提到蝴蝶效应，我猜测你脑海中浮现的可能是阿什顿・库彻（Ashton Kutcher）和艾米・斯马特（Amy Smart）在 2004 年参演的同名电影，我猜对了吗？其实这部电影只是对一个古老概念的重新包装。
蝴蝶效应是一个概念，即看似微不足道的小事最终可能导致巨大的后果 —— 换句话说，这些微不足道的小事对极其复杂的系统产生了非线性的影响。举一个经典的例子：当一只蝴蝶在印度拍动翅膀时，微小的气压变化可能最终引起爱荷华州的一场龙卷风。
在开篇提到的电影中，库彻饰演的角色找到了一种回到童年的方法。每次他进行时空穿越时，他的行动都会有一些微小的变化 —— 但这些微小的变化最终对他的成年生活产生了重大的（而且可怕的）影响。
“蝴蝶效应”这个术语是由爱德华・洛伦兹（Edward Lorenz）在 20 世纪 60 年代创造的，他是麻省理工学院的气象学教授，当时他正在研究气象模式。他设计了一个模型来描述：假设存在两个彼此相近的、能指示当前天气的起点，这两个点会很快分离，随后，其中一个点代表的地区可能会遭受严重的风暴，而另一个地区则风平浪静。
当时，气象统计学家认为，人们应该能通过查询历史记录来预测未来的天气，查看以前和当下情况相同的时候发生了什么。洛伦兹对此持怀疑态度。他当时运行了一个计算机程序来模拟各种天气，他发现如果把一个变量从 0.506127 四舍五入到 0.506，程序对未来两个月的天气预测会发生巨大的变化。
他的观点是，长期天气预测几乎是不可能的，主要是因为人类没有能力测量大自然超乎寻常的复杂性。有太多微小的变量可以称为枢轴点，从而导致更大的后果。
正如科学记者彼得・迪兹克斯（Peter Dizikes）在波士顿环球报中写道：“洛伦兹指出，自然界中‘无数’的相互联系意味着一只蝴蝶的振翅可能引发龙卷风 —— 或者反过来说，可能阻止一场龙卷风。同样，如果我们对自然进行超级微小的改变，‘我们将永远不会知道如果没干扰它会发生什么’，因为后续的变化太复杂且纠缠不清，以至于无法恢复到先前的状态。”
因此，虽然人们常常认为蝴蝶效应意味着微小的变化可能产生严重后果（而且我们可以追溯发展过程来梳理前因后果），但洛伦兹想表达的是我们无法追踪这些变化。我们不确定什么会导致气象模式向不同的方向发展。
洛伦兹在 1963 年发表的一篇题为《确定的非周期性流场》的论文中向公众介绍他的工作时，将前述的概念称为“初始条件敏感性”（ “蝴蝶效应”这个术语是他在后续的演讲中提出的）。这篇论文曾经很少被引用（至少一开始是这样的）。
蝴蝶效应和混沌理论
后来，其他科学家意识到了洛伦兹发现的重要性。他敏锐的洞察力奠定了一个数学学科分支的基础，称为混沌理论，即试图预测本质上不可预测的系统的行为。
你每天都看到蝴蝶效应的例子。天气只是一个例子，气候变化也是。事实证明，气候变暖 —— 机缘巧合下 —— 正在影响北美的高山蝴蝶物种。
“预计气候变化将引起一些重大影响，例如气候变得对某些物种来说太热，或对其他物种来说太干燥；而与此同时，也会发生无数个更小的间接影响。”阿尔伯塔大学群落生态学家和数据科学家、博士后研究员亚历山德罗・菲拉佐拉（Alessandro Filazzola）在电子邮件中写道。
“在我们的研究中，我们调研了其中一个间接影响，并发现未来的气候将逐渐导致蝴蝶和其寄主植物的栖息地不重合。在幼虫时期（毛毛虫），由于这种蝴蝶只吃这一种植物，所以二者的栖息地发生任何的错位，都将导致蝴蝶数量下降。”
他补充说，如果我们暂停下来去考虑食物链中的其他所有物种，就会忽然发现有许多物种可能受到影响 —— 不仅仅是一只小蝴蝶。这就是蝴蝶效应在更大尺度的应用。“例如，以前以那种蝴蝶为食的动物和以这些动物为食的动物，或者其他的昆虫，或者其他蝴蝶呢（它们都有可能受到影响）？我们进行的项目非常可控，因为我们研究的蝴蝶物种只吃一种植物，而当你研究整个生态系统时，也是同样的逻辑（只是更难测量）。”当我们开始思考一个小小的变化会如何快速导致很多意外的后果时，自然会变得忧心忡忡。
举例来说：限制水电站建设可能会减少某些类型的环境被破坏。但是，在减少这种潜在的清洁能源的同时，我们变得更依赖加速全球变暖的化石燃料。生物燃料津贴，虽然目的在于减少我们对化石燃料依赖，但实际上已经加重了雨林破坏、淡水浪费和食品价格上涨等问题，影响了人类最贫困的群体。
那么，我们如何在生活中自由生活而无需担心造成伤害呢？菲拉佐拉在这里举蝴蝶为例。“若想减轻这些间接影响，最重要的事情之一可能是更好地理解这些影响。简单地说，让自然保持原始状态就是最重要的事情，”他说。“生态系统非常复杂，一个物种的消失可能不会产生明显的影响，但它可能对整个系统产生了连锁影响。”例如，将狼重新引入黄石公园不仅增加了海狸数量，还增加了柳树和白杨树的数量，并为鸟类、郊狼和熊等动物提供了食物，诸如此类还有许多好处。
其次，让我们想一想蝴蝶效应如何影响我们的个人生活。在地球有近 80 亿人口的情况下，一个人的行为是否可以在全球范围引发改变？
菲拉佐拉说，他确实思考过个人行为会产生什么间接影响。“我购买的物品、我接触过的人、我说过的话，我相信每一样东西都可能在社会中产生连锁效应，”他说。“这就是努力成为一个好人的重要之处：对社会产生积极影响。另外，我认为这些间接影响常常并不像许多人认为的那样微小和孤立。”
NASA 希望利用蝴蝶效应来引导航天器。1978 年发射的国际彗星探测器（International Cometary Explorer）成为第一艘拦截彗星的航天器，穿过贾可比尼-金纳（Giacobini-Zinner）彗星的尾部并收集了宝贵的数据。研究人员利用混沌系统计算得知，只需准确地在某一时刻使用一点点燃料，就可以使航天器又快又准地到达正确的地点 —— 这一切都完美地实现了。
作者：Nathan Chandler
翻译：七号机
审校：悦悦
原文链接：What Is the Butterfly Effect and How Do We Misunderstand It? | HowStuffWorks
本文来自微信公众号：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：Nathan Chandler