題:
蝴蝶拍打翅膀會在遠處導致龍捲風嗎？
Kenshin
2014-04-17 06:32:37 UTC
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我聽說極端風暴事件可能僅由一隻蝴蝶在遙遠的地方拍打翅膀引起。某個地方的空氣乾擾很小，是否會在另一個單獨的位置導致如此大的災難性事件，這是真的嗎？如果是這樣，我們怎麼知道這是可能的，那怎麼可能呢？

這個問題離題，因為它不是科學的。科學的方法無法回答。不能構建任何實驗來測試答案的真假。思想實驗還不夠。甚至OP都問“我們怎麼知道這是可能的？”這是一個形而上的問題。
@kwknowles,我不同意這個問題的科學性質。通過模擬可以回答物理學中的許多問題，如果您具有某種現象的模擬模型，那麼它們就不會被認為是不科學的。我是否知道是否有這樣的模擬，但這不是重點，理論上可以通過科學方法回答這個問題。
@Mew這不是“如何”檢驗理論的問題。為了使用科學方法，理論必須是“可檢驗的”。為了檢驗該理論，必須收集數據。模擬用於科學方法中，但是不能代替真實世界的數據來測試理論。這不僅僅是我的意見，請參見[Scientific方法]（http://en.wikipedia.org/wiki/Scientific_method）。我只是在強加於此，因為我們現在正在定義該站點。請參閱[到目前為止的問題級別]（http://meta.earthscience.stackexchange.com/questions/34/level-of-the-questions-so-far）
@kwknowles,假設一種藥物已經在臨床試驗中顯示出對所有接受測試的人類有益。我可以找一位科學家問問這種藥對我有好處嗎？科學家可以說，這是無法檢驗和不科學的-是的。這是無法測試的，因為即使我服藥並變得更好，也無法知道我是否因服藥而變得更好。這是否意味著所有這些問題都不屬於科學領域？沒有。這就是應用科學的本質。它採用的是我們通過科學開發的模型，並將該模型應用於特定情況。
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@kwknowles:儘管您在技術上是正確的，但我認為，如果將其視為微小擾動導致大效果的標誌性隱喻，該問題將很好地解決。這是可測試的：例如，您可以設置僅具有極小的初始差異的可重複的物理流體動力學實驗，並顯示在不同時間，不同地點的渦流。
五 答案:
gerrit
2014-04-17 07:36:34 UTC
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蝴蝶是混沌理論的生動例證，“蝴蝶”一詞來自狀態空間圖（請參見下文）。

是的系統> chaotic 對它的初始值非常敏感。原則上，如果您確切地知道宇宙的狀態，則可以計算出它的發展方式（但由於其他原因，理論上不可能 ）準確說明-但這不是重點。混沌系統的問題在於，初始狀態中的非常很小的變化會導致系統中的完全不同的結果（給定的時間）。

因此，假設我們考慮了整個大氣層併計算了未來20天的天氣情況；假設暫時我們實際上知道一點點。現在，我們重複計算，但是有一個微小的位不同。例如拍打翅膀的蝴蝶。由於混沌系統的性質使得初始值的很小變化會導致最終狀態的非常大變化，這兩個初始系統之間的差異

是不是說蝴蝶拍打翅膀會導致龍捲風？ 不，不是真的。這只是一個問題，但並不是很準確。

許多系統都很混亂：

  • 嘗試從樹上放下一個假。它永遠不會以相同的方式掉落兩次。
  • 將一個鐘擺懸在另一個鐘擺下方並跟踪其運動：

Double pendulum
（圖來自Wikipedia） sup>

  • 或者嘗試幫助你的男朋友必須是有史以來最可愛的混沌理論插圖之一。假設您正在趕公共汽車。您會看到一隻蝴蝶，它會使您延遲一秒鐘。此瞬間會導致您錯過公共汽車，該公共汽車隨後撞向山溝，致使車上所有人喪生。在生活的後期，您將繼續擔任第三次世界大戰的主要政治獨裁者（注意：這不是鏈接電影的情節，而是我自己病態的重新詮釋。）

告訴我，這只蝴蝶引起了第三次世界大戰嗎？

不是真的。

Lorenz attractors
（來自維基百科的圖片） sup>

準確地說，蝴蝶是一個重要因素：P
我想我終於弄清楚了這個答案讓我感到煩惱的地方。這很有趣，甚至可以考慮，但這不是科學的。科學由可檢驗的假設組成。一個理論並不僅僅因為它是有道理的。您必須能夠設計實驗，收集數據並測試索賠的真假。如果您將蝴蝶釋放到許多風暴中，您可能會看到比平時更多的龍捲風（我對此表示懷疑），但是您永遠無法說任何特定的龍捲風是由蝴蝶引起的。構造此答案的方式，蝴蝶可能會引起任何後果。
@kwknowles我們無法設計物理實驗來驗證或偽造問題所提出的假設，因此我們需要通過類比和模型進行研究。我們確實知道，初始條件的任意小改變都會導致最終情況的大改變。是否將其稱為“原因”是一個定義問題。最終，我認為這個問題更多是關於語義，而不是關於可檢驗的假設。從嚴格意義上講，您可能希望看到一個答案，這個問題是無法回答的。
@gerrit類比和模型只是科學方法的一部分。假設必須是“可檢驗的”。如果答案指出這不是一個真正的科學問題，那麼這裡的問題可能就可以了。但是，這個答案肯定是題外話。這只是羊毛聚會。請參閱[到目前為止的問題級別]（http://meta.earthscience.stackexchange.com/questions/34/level-of-the-questions-so-far）
問題最後在@kwknowles,中指出：“我們怎麼知道它是否正確？”答案是我們不能，但是我們可以算出，如果我們的天氣模型與之一致，那可能是正確的。科學是模型的產生，但是我的問題更多是關於將這種模型應用於蝶形錶殼。
@GeoDude這樣看。但是，蝴蝶撲的“理論”可以用來解釋任何東西。蝴蝶能把我推下懸崖嗎？是。如果您正處於搖搖欲墜的邊緣，僅需吹一口氣，然後大聲疾呼。蝴蝶會導致飛機墜毀嗎？是。如果就在災難的邊緣就在那裡，只需要再吹一口空氣，那麼BOOM（蝴蝶）就會摧毀噴氣機襯裡。看到它作為“科學”理論是多麼無用嗎？它無助於我們了解世界的真正運作方式。
@kwknowles確實對我們有幫助，儘管我認為您的示例不是很好。這不僅僅是處於邊緣狀態；當發生很小的變化時，這是系統通過*完全不同的路徑*的問題。蝴蝶會導致交通事故嗎？如果我騎自行車，這很容易分散我的注意力。關鍵是任何改變，無論多麼微小，都可能永遠改變宇宙的進程。
@gerrit這不是“原因”的非常有用的定義。如果說得那麼廣泛，就是說_anything_會導致_anything_。就像我之前說的...這是一個美麗的形而上學理論。這不是地球科學。
@kwknowles我同意* cause *一詞不是在這裡使用的最佳方法。這個問題用於*導致*，但我願意接受其他建議。確實，這只是語義。無論如何表述，我認為*理解*混沌的原理*確實*有助於我們進一步了解自然的運作方式。
我喜歡您的混沌理論巴士範例！我聽說過類似的解釋，就是蝴蝶剛降落在花朵上之後飛過一個女人。花粉使女人打噴嚏，男人說“上帝保佑你”（或適當的短語）。男人和女人最終談論更多...婚姻...孩子...孩子竟然是[插入獨裁者的名字，例如希特勒，斯大林等。]都起源於一隻蝴蝶，翅膀上有花粉。女人打噴嚏。混沌理論是一個有趣的話題。 =>
這個答案在某種程度上歪曲了混沌理論與天氣之間的聯繫。沒有人聲稱天氣對初始大氣條件中的任意微小差異敏感。差異的“大小”具有適用的時間範圍。小擾動具有較短的時間尺度，因此具有局部效應。大的擾動具有較長的時間尺度，因此影響範圍更大。如果要以其他方式聲明，此答案需要引用參考。具體來說，“任意小想法”（惡劣天氣）從何而來？
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@gerrit我試圖將其編輯掉（虛假陳述），但是我花了很長時間才意識到自己的錯誤，即我實際上並不認識自己。那麼，是否有天氣參考（而不是天氣模型）？您在模型中談論的敏感性被認為是一個缺陷。
@kwknowles我的理解是，它直接來自於以下觀察：天氣是一個混沌系統（對此有很多參考文獻），並且*任何*混沌系統都具有此特性。我之前從未聽說過，這是天氣模型中的一個屬性，與實際天氣相比，它被認為是一個缺陷。後者似乎無法驗證或偽造。
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@gerrit給出1位的下限。那不算小。愛德華·洛倫茲（Edward Lorenz）指出，下界將是我們測量可觀測物的準確性。再次，不要小。這不是挑剔。這是科學與哲學之間的區別。這是什麼都可能導致任何事情與理論進一步促進天氣預報之間的區別。您是否考慮將“任意小”更改為“非常小”？您還可以量化結果的變化：例如，測量_X_的錯誤每_N_天（或小時）就會增加一倍。那是科學。
@kwknowles我已經*任意*更改為*非常*。我對該主題的了解不夠，無法量化（我認為不需要回答這個問題）。
@gerrit定量術語對於答案是絕對必要的。實際上，它們是您唯一可以添加到答案中的有價值的東西。否則，您可能只是在鏈接到Wikipedia文章“蝴蝶是_Chaos Theory_的生動說明”之後停下來了，因為其餘的答案只是重申了其中的內容。這種現象公認的李雅普諾夫指數是多少？蝴蝶襟翼是否達到該閾值？如果您不是專家，也許您不應該發布答案。
@kwknowles我不同意上述問題需要定量答案。它沒有詢問結果是否可能在1天/ 3天/ 1個月後發生，而是詢問是否可能*根本*發生。專業知識是相對的；我相信我的回答是有用的，但是我當然會歡迎更全面，用數學表達的定量答案。對於問題本身也有相同的評論：我認為定量化不是使帖子（問題或答案）具有科學依據的必要條件。
@gerrit我同意一般情況下不需要定量答案。我是說，這個特定答案中的定量信息會將其從pop-sci / philosophy / repeat-of-ready-available-info變成專家級的問題。
這是一個非常有趣的討論，但是我擔心，如果主持人出現並決定取消冗長的討論，將來會丟失。解決分歧的更好方法也許是問更多問題？我知道我有一些很好的參考資料，例如可以回答模型中的行為如何與現實世界相關（或不相關）。
David Hammen
2014-04-30 22:30:08 UTC
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可預測性：巴西蝴蝶翅膀的襟翼會在德克薩斯州掀起龍捲風嗎？

那是愛德華·洛倫茲（Edward Lorenz）邀請的標題在1972年舉行的美國科學發展協會第139次會議上的演講。這就是“蝴蝶效應”一詞的由來。醒目的標題提示答案必須為“是！”。為什麼還要問這個問題？大部分談話都說答案是“沒人知道”。 “沒有人知道”與聳人聽聞，不科學的新聞不合。巴西的一隻蝴蝶可能會在德克薩斯州引發龍捲風。

洛倫茨（Lorenz）於1961年發現，1960年代初的天氣模擬對初始條件極為敏感。這是否意味著天氣本身對微小的變化非常敏感？這個問題的答案也是“是”，這標誌著一個非常重要的發現。天氣和氣候是典型的混沌系統。洛倫茲的工作標誌著現代混沌理論的開始。據Google學者稱，他在1963年發表的開創性論文 確定性非週期性流。 （相比之下，他1972年的演講“僅”被引用了345次。）13479次引用中的絕大部分是在1972年AAAS演講之後。有時候，要引起科學家的注意才需要一個吸引人的頭銜。

從字面上看洛倫茲的談話，詢問巴西的蝴蝶翅膀的襟翼是否真的能在德克薩斯州引發龍捲風，卻錯過了他的論點。談論他的工作。關鍵是天氣混亂。從現在開始的14天，詳細天氣預報的準確性非常低，因為兩週的間隔遠遠超出了進行此類詳細預報的相關Lyapunov時間範圍。

那隻蝴蝶呢？它的機翼襟翼是很小的擾動。很難說那次襟翼引起了任何重要的事情發生，因為這種無限小的擾動的相關時間尺度非常短。

我聽說有人根據他的狀態空間圖對外行人的看法向他建議了“蝴蝶效應”一詞，但是我對此事沒有權威來源。
這是一個很好的答案-簡潔，內容翔實，始終保持話題。它確實值得成為第一和公認的答案。
kwknowles
2014-04-19 22:22:10 UTC
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可能永遠無法完全理解單個特定極端天氣事件（如龍捲風）的成因，尤其是在它是一個混沌系統的情況下。對於特定大氣條件下預期的龍捲風數量的成因或貢獻因素已得到更充分的了解，並且肯定不會造成混亂。從這個意義上講，蝴蝶不會引起龍捲風。

L84
2014-05-05 08:51:51 UTC
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雖然與蝴蝶無關，但科學家發現美國的天氣和南極的夜光雲之間有數千英里的聯繫。

以下是他們發現的一些摘錄：

來自NASA的AIM航天器的新數據表明，地球大氣層中的“電話連接”從北極一直延伸到南極，然後再返回，與簡單的地理環境相比，天氣和氣候之間的聯繫更加緊密

例如，AIM科學小組成員兼科羅拉多大學大氣與海洋科學系主任Cora Randall說：“我們發現印第安納州印第安納波利斯的冬季氣溫，與南極洲的夜光雲的頻率具有很好的相關性。“

它證明了實際上無關的事件實際上可以如何相互關聯。

這是全文閱讀。

Ben A. Noone
2014-04-18 08:03:18 UTC
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這只是因果關係的證明。

隨著時間的流逝（數年和數年），即使是最小的運動複合音，蝴蝶翅膀上的渦流也將是龍捲風和清風之間的區別。一天。

解決方案：消除所有蝴蝶！
開玩笑，我愛蝴蝶。
[這對荷馬·辛普森來說效果不佳。]（http://deadhomersociety.files.wordpress.com/2013/10/tohv-11.jpg）荷馬時光倒流，偶然踩到了昆蟲，當他回到現在時，反過來又產生了複雜的影響，徹底改變了社會。
即使是最小的運動？布朗運動怎麼樣？


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