基本介紹
- 中文名：愛德華·諾頓·洛倫茨
- 外文名：Edward Norton Lorenz，
- 國籍：美國
- 職業：美國數學與氣象學家
- 性別：男
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生平
愛德華·諾頓·羅倫茲，美國氣象學家，混沌理論之父，蝴蝶效應的發現者。愛德華·諾頓·羅倫茲（也有翻譯為愛德華·諾頓·洛倫茨，媒體則大都以愛德華·羅倫茲來稱呼）。1917年5月23日羅倫茲出生在美國西康乃狄克州哈特福德。他在很小的時候就喜歡科學。“孩提時，我最有興趣做的事就是關心天氣的變化。”他後來寫道。羅倫茲後考入達特茅斯學院，1938年畢業。1940年又畢業於哈佛大學，並獲得數學專業學位。第二次世界大戰期間，羅倫茲作為氣象預報員曾在美國陸軍航空兵團服役。1943年獲麻省理工學院理科碩士學位。1948年，進入該學院任教，從事氣象學領域研究。1963年獲美國氣象學會邁辛格獎，同年提出“混沌理論”（Chaos Theory）。
1967年出版的《大氣環流的性質和理論》一書中，羅倫茲精闢地闡述了大氣環流研究工作的歷史發展、現狀和展望。1969年獲美國氣象學會羅斯比研究獎章。1972年提出“蝴蝶效應”（Butterfly Effect）。1973年獲西蒙斯紀念金獎。1975年他成為美國國家科學院院士。1983年獲得瑞典皇家科學院頒發的克拉福德獎（Crafoord Prize），這一獎項主要授予研究領域不在諾貝爾獎授獎範圍內，而確有突出成就的科學家。1987年退休。1991年羅倫茲獲得地球和星體學方面的基礎科學“京都獎” ，評審會稱他的混沌理論“繼牛頓之後，為人類自然觀帶來了最為戲劇性的改變”。羅倫茲的妻子簡死於2001年，他們留有一子兩女。2008年4月16日因為癌症在麻薩諸塞州的家中去世，享年90歲。羅倫茲還著有《動力學方程的最大簡化》《振盪力學》《大氣環流的低階模式》《用大的數值模式進行大氣可預測性試驗》等 。
羅倫茲是個興趣十分廣泛的人，他喜歡越野滑雪、徒步旅行，去世前的一周，他還參加過一次徒步活動。儘管他給人的印象是嚴謹和注重細節，但事實上，羅倫茲自己的辦公室是一個非常混亂的空間，多年前，他的學生曾在其中發現了一堆讓人從未發表的論文和研究報告。羅倫茲的朋友和學生形容他是個“安靜的怪傑”、“所見過最有組織的人”，他的同事也說羅倫茲惜字如金，讓他開口說話難如登天，但他們都稱讚他是個親切且謙虛的人。
羅倫茲提出的混沌理論被認為是“對基礎科學產生了深遠的影響，是繼牛頓之後讓人類對自然的看法發生了翻天覆地的變化。”他的理論最為人稱道的是“蝴蝶效應”，即“巴西的蝴蝶拍一下翅膀，會對周圍的大氣系統產生一些作用，這些作用會不斷地被放大，最後可能會引發美國德州的龍捲風”。它比喻長時期大範圍天氣預報往往因一點點微小的因素造成難以預測的嚴重後果．微小的偏差是難以避免的，從而使長期天氣預報具有不可預測性或不準確性。“廣義的蝴蝶效應”已不限於天氣預報，而是一切複雜系統對初值極為敏感性的代名詞或同義語，其含義是：對於一切複雜系統，在一定的“閾值條件”下，其長時期大範圍的未來行為，對初始條件數值的微小變動或偏差極為敏感，即初值稍有變動或偏差，將導致未來前景的巨大差異，這往往是難以預測的或者說帶有一定的隨機性。
洛倫茨到70歲仍活躍於研究工作，更於1991年獲京都賞（英語：Kyoto Prize）大地與地球領域的基礎科學獎（英語：basic sciences, in the field of earth and planetary sciences），以表揚他對科學的重大貢獻。
2008年4月16日，洛倫茨因癌症病逝於麻薩諸塞州劍橋的家中，享齡90歲。
研究成就
混沌理論
1963年羅倫茲提出了“混沌理論”，這一理論擁有巨大的影響力，其主要精神是，在混沌系統中，初始條件的微小變化，可能造成後續長期而巨大的連鎖反應。此理論最為人所知的論述之一是“蝴蝶效應”：“一隻蝴蝶在巴西輕拍翅膀，會使更多蝴蝶跟著一起振翅，最後將有數千隻的蝴蝶都跟著那隻蝴蝶一同揮動翅膀，結果可以導致一個月後在美國德州發生一場龍捲風。”
羅倫茲發現“混沌理論”頗具戲劇性效果，也可以算是混混沌沌中發現的。1961年，冬季的一天，羅倫茲在電腦上進行關於天氣預報的計算。為了考察一個很長的序列，他走了一條捷徑，沒有令計算機從頭運行，而是從中途開始。他把上次的輸出直接打入作為計算的初值，然後他穿過大廳下樓，去喝咖啡。一小時後他回來時，發生了出乎意料的事。
第一次的計算機運算結果，列印只顯示到小數點後三位的0.506，而非完整的小數點後六位：0.506127。這個遠小於千分之一的差異，造成第二次的仿真結果和第一次完全不同。在短時間內，相似性完全消失了。進一步的計算表明，輸入的細微差異可能很快成為輸出的巨大差別。
羅倫茲從這個驚人的結果發現，準確預測天氣只是人類的幻想，進而揭示出混沌現象具有不可預言性和對初始條件的極端敏感依賴性這兩個基本特點，羅倫茲最初使用的是“海鷗效應”來形容這種現象，不過這並不是一個完全新穎的比喻：愛倫·坡曾聲稱人們揮著手可能會影響大氣條件，但羅倫茲是第一次對此進行系統思考並形成新的理論的人。他把這一發現寫成研究論文，於1963年出版，並於1972年正式提出“蝴蝶效應”這一著名的名詞。
另外羅倫茲所提出的“決定性混沌（Deterministic Chaos）”被指是自牛頓以來另一引人注目的人類自然觀的“進化論”，他因此於1991年獲頒基礎科學京都獎。羅倫茲認為：人類本身都是非線性的：與傳統的想法相反，健康人的腦電圖和心臟跳動並不是規則的，而是混沌的，混沌正是生命力的表現，混沌系統對外界的刺激反應，比非混沌系統快得多。
科學家們對混沌理論評價很高，認為“混沌學是物理學發生的第三次革命”，它與相對論、量子力學同被列為20世紀的最偉大發現之一。量子力學質疑微觀世界的物理因果律，而混沌理論則緊接著否定了包括巨觀世界拉普拉斯﹙Laplace﹚式的決定型因果律。這一理論已被廣泛套用於各個領域，如商業周期研究、動物種群動力學、流體運動、行星運轉軌道、半導體電流、醫學預測（如癲癇發作）以及軍事等。
1961年冬天，洛倫茨在使用電腦程式來計算他所設計，來模擬大氣中空氣流動的數學模型，在進行第二次計算時，想要省事，直接從程式的中段開始執行，並輸入前一次模擬結果列印出來的數據，計算出來的結果卻與第一次完全不同。經檢查後發現原因是出在列印的數據是0.506，精度只有小數後3位，但該數據正確的值為0.506127，到小數後6位。
蝴蝶效應
“蝴蝶效應”是指在一個動力系統中，初始條件下微小的變化能帶動整個系統的長期而巨大的連鎖反應。這是一種混沌現象，“一隻蝴蝶在巴西輕拍翅膀，會使更多蝴蝶跟著一起振翅。最後將有數千隻的蝴蝶都跟著那隻蝴蝶一同揮動翅膀，其所產生的颶風可以導致一個月後在美國得州發生一場龍捲風。”
在《混沌學傳奇》等書中皆有這樣的描述：“1961年冬季的一天，羅倫茲在計算機上進行關於天氣預報的計算。為了考察一個很長的序列，他走了一條捷徑，沒有令計算機從頭運行，而是從中途開始。他把上次的輸出直接打入作為計算的初值，然後他穿過大廳下樓，去喝咖啡。一小時後他回來時，發生了出乎意料的事，他發現天氣變化同上一次的模式迅速偏離，在短時間內，相似性完全消失了。進一步的計算表明，輸入的細微差異可能很快成為輸出的巨大差別。
學術著作
1955——Available potential energy and the maintenance of the general circulation. Tellus. Vol.7
1963——Deterministic nonperiodic flow. Journal of Atmospheric Sciences. Vol.20 : 130—141 link [8].
1967——The nature and theory of the general circulation of atmosphere.
World Meteorological Organization. No.218
1969——Three approaches to atmospheric predictability. American Meteorological Society. Vol.50
1976——Nondeterministic theories of climate change. Quaternary Research. Vol.6
1990——Can chaos and intransitivity lead to interannual variability? Tellus. Vol.42A
2005——Designing Chaotic Models. Journal of the Atmospheric Sciences: Vol. 62,
No. 5, pp. 1574–1587.
得獎
1969, Carl Gustaf Rossby Research Medal, American Meteorological Society
1973, Symons Memorial Gold Medal, Royal Meteorological Society
1975, Fellow, National Academy of Sciences (U.S.A.)
1981, Member, Norwegian Academy of Science and Letters
1983, Crafoord Prize, Royal Swedish Academy of Sciences
1984, Honorary Member, Royal Meteorological Society
1991, Kyoto Prize for ‘… his boldest scientific achievement in discovering "deterministic chaos" .’
2004, Buys Ballot medal
