对于戚相元来说,混沌理论是一个再熟悉不过的理论,而且每天面对复杂的天气变化,对于这个理论的理解更为深刻,但如何把这个问题浅显易懂地解释给自己的女儿戚怪,这让他多少有点头疼。
有一天,他听了一本书,终于知道怎么来给戚怪解释混沌理论了。
大气的运动就单次单个分子看,实际是很简单的,但这些简单的运动在无数次的重复中,有极其细微的变化,最后的结果就让事情变得极其复杂了。
这样对女儿说,女儿只能傻愣愣地看着他,所以,得有一个比较直观的且有点亲身体验的方式,让女儿把这个问题理解清楚。在听了一个音频之后,戚相元得到了一个办法。
某数的平方的2倍再加0.2,用数学来量化地表达:
A×A×2+0.2=A1
A1×A1×2+0.2=A2
A2×A2×2+0.2=A3
……
重复10次运算,然后,再做另外一个运算:
B×B×2+0.2=B1
B1×B1×2+0.2=B2
B2×B2×2+0.2=B3
……
也是重复10次运算。A和B的差别很小,在小数点后的第7位有一点差别,最终看A10和B10的值差了多少。
周末,戚怪的作业做完了,准备翻手机,戚相元把这两个数学式给了戚怪,请她做运算。
戚怪很有兴趣,她对数学有一种特别的爱好。她选择的A为0.1234567,选择的B为0.1234561,于是,打开电脑上的计算器,开始了她的运算:
A系列:
0.1234567
0.23048311354978
0.3062449312632016
0.3875719158488061
0.5004239799094281
0.7008483193367833
1.182376733434388
2.996029479533946
18.1523852844729
659.2181830318963
869,137.4256797494
B系列:
0.1234561
0.23048281725442
0.3062446580990687
0.387571581228431
0.5004234611518126
0.7008472809423194
1.182373822408485
2.996015711833702
18.1522202911088
659.2062029938844
869,105.8361312286
“看来你电脑上的计算器是省略了数字的。”戚相元说。
“是,我估计它的容量有限,也可以找一个更精确的计算器重新算一遍。”戚怪说。
“不用了,我们只是要说明问题,你看看,初始数字和最终数字的差别。”
“嗯,最初是差0.0000006,而经过10次运算之后,31.58954852081808……哇,差别竟然有这么大!太不可思议了。”戚怪脸上露出了非常惊讶的神情。
“这就是混沌理论,我们这才运算了10次,是一个简单的运算,但到最后,事情就已经完全失去控制了。而实际中,这样简单的重复可能要重复100次,甚至成千上万次,你可以想见,最后的差值会有多大。这就是蝴蝶效应:‘一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶,偶尔扇动几下翅膀,可以在两周以后引起美国得克萨斯州的一场龙卷风。’这是由美国气象学家爱德华·洛伦兹1963年提出来的。”戚相元趁热打铁,把这个有点玄妙的理论解释给女儿。
“多次重复,简单的事情也变得非常复杂了,甚至可能出现可怕的后果。”
“是,这就是我要告诉你的道理,你如果有更好的计算器,把这样的运算再算10次,甚至算到100次,最后的结果绝对会让你瞠目结舌。我作为一个天气预报员,面对看似简单的大气,但这种简单中,有无数的重复,这种多次的重复会让整个系统变得极其复杂。”
戚怪开始在编写一个程序,看来她是想用计算机的程序来做一个运算了,戚相元不再打扰她,去了自己的房间。当你把孩子的兴趣提起来,她自己就会去寻找答案。
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