人物履歷
1917年 5月23日羅倫茲出生在美國西康涅狄格州哈特福德。他在很小的時(shí)候就喜歡科學(xué)!昂⑻釙r(shí),我最有興趣做的事就是關(guān)心天氣的變化。”他后來寫道。羅倫茲后考入 達(dá)特茅斯學(xué)院,1938年畢業(yè)。1940年又畢業(yè)于 哈佛大學(xué),并獲得 數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)位。 第二次世界大戰(zhàn)期間,羅倫茲作為氣象預(yù)報(bào)員曾在美國陸軍航空兵團(tuán)服役。1943年獲 麻省理工學(xué)院理科碩士學(xué)位。1948年,進(jìn)入該學(xué)院任教,從事氣象學(xué)領(lǐng)域研究。1963年獲美國氣象學(xué)會(huì)邁辛格獎(jiǎng),同年提出“混沌理論”(Chaos Theory)!1967年出版的《 大氣環(huán)流的性質(zhì)和理論》一書中,羅倫茲精辟地闡述了大氣環(huán)流研究工作的歷史發(fā)展、現(xiàn)狀和展望。1969年獲美國氣象學(xué)會(huì)羅斯比研究獎(jiǎng)?wù)隆?972年提出“蝴蝶效應(yīng)”(Butterfly Effect)。1973年獲 西蒙斯紀(jì)念金獎(jiǎng)。1975年他成為 美國國家科學(xué)院院士。1983年獲得 瑞典皇家科學(xué)院頒發(fā)的克拉福德獎(jiǎng)(Crafoord Prize),這一獎(jiǎng)項(xiàng)主要授予研究領(lǐng)域不在 諾貝爾獎(jiǎng)授獎(jiǎng)范圍內(nèi),而確有突出成就的科學(xué)家。1987年退休。1991年羅倫茲獲得地球和星體學(xué)方面的 基礎(chǔ)科學(xué)“ 京都獎(jiǎng)”(Kyoto Prize) ,評委會(huì)稱他的混沌理論“繼 牛頓之后,為人類 自然觀帶來了最為戲劇性的改變”。羅倫茲的妻子簡死于2001年,他們留有一子兩女。2008年 4月16日因?yàn)榘┌Y在 馬薩諸塞州的家中去世,享年90歲。羅倫茲還著有《動(dòng)力學(xué)方程的最大簡化》《振蕩力學(xué)》《大氣環(huán)流的低階模式》《用大的數(shù)值模式進(jìn)行大氣可預(yù)測性試驗(yàn)》等 。
愛好
羅倫茲是個(gè)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(dòng)。盡管他給人的印象是嚴(yán)謹(jǐn)和注重細(xì)節(jié),但事實(shí)上,羅倫茲自己的辦公室是一個(gè)非;靵y的空間,多年前,他的學(xué)生曾在其中發(fā)現(xiàn)了一堆讓人從未發(fā)表的論文和研究報(bào)告。羅倫茲的朋友和學(xué)生形容他是個(gè)“安靜的怪杰”、“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,但他們都稱贊他是個(gè)親切且謙虛的人。
混沌理論
羅倫茲提出的混沌理論被認(rèn)為是“對基礎(chǔ)科學(xué)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響,是繼牛頓之后讓人類對自然的看法發(fā)生了翻天覆地的變化!彼睦碚撟顬槿朔Q道的是“ 蝴蝶效應(yīng)”,即“巴西的蝴蝶拍一下翅膀,會(huì)對周圍的大氣系統(tǒng)產(chǎn)生一些作用,這些作用會(huì)不斷地被放大,最后可能會(huì)引發(fā)美國德州的龍卷風(fēng)”。它比喻長時(shí)期大范圍 天氣預(yù)報(bào)往往因一點(diǎn)點(diǎn)微小的因素造成難以預(yù)測的嚴(yán)重后果.微小的偏差是難以避免的,從而使長期天氣預(yù)報(bào)具有不可預(yù)測性或不準(zhǔn)確性。“廣義的蝴蝶效應(yīng)”已不限于天氣預(yù)報(bào),而是一切復(fù)雜系統(tǒng)對初值極為敏感性的代名詞或同義語,其含義是:對于一切復(fù)雜系統(tǒng),在一定的“ 閾值條件”下,其長時(shí)期大范圍的未來行為,對初始條件數(shù)值的微小變動(dòng)或偏差極為敏感,即初值稍有變動(dòng)或偏差,將導(dǎo)致未來前景的巨大差異,這往往是難以預(yù)測的或者說帶有一定的隨機(jī)性。
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(tǒng)中,初始條件的微小變化,可能造成后續(xù)長期而巨大的連鎖反應(yīng)。此理論最為人所知的論述之一是“蝴蝶效應(yīng)”:“一只蝴蝶在巴西輕拍翅膀,會(huì)使更多蝴蝶跟著一起振翅,最后將有數(shù)千只的蝴蝶都跟著那只蝴蝶一同揮動(dòng)翅膀,結(jié)果可以導(dǎo)致一個(gè)月后在美國德州發(fā)生一場 龍卷風(fēng)! 羅倫茲發(fā)現(xiàn)“混沌理論”頗具戲劇性效果,也可以算是混混沌沌中發(fā)現(xiàn)的。1961年,冬季的一天,羅倫茲在 電腦上進(jìn)行關(guān)于天氣預(yù)報(bào)的計(jì)算。為了考察一個(gè)很長的 序列,他走了一條捷徑,沒有令計(jì)算機(jī)從頭運(yùn)行,而是從中途開始。他把上次的輸出直接打入作為計(jì)算的初值,然后他穿過大廳下樓,去喝咖啡。一小時(shí)后他回來時(shí),發(fā)生了出乎意料的事。 第一次的計(jì)算機(jī)運(yùn)算結(jié)果,打印只顯示到小數(shù)點(diǎn)后三位的0.506,而非完整的小數(shù)點(diǎn)后六位:0.506127。這個(gè)遠(yuǎn)小于千分之一的差異,造成第二次的仿真結(jié)果和第一次完全不同。在短時(shí)間內(nèi),相似性完全消失了。進(jìn)一步的計(jì)算表明,輸入的細(xì)微差異可能很快成為輸出的巨大差別。 羅倫茲從這個(gè)驚人的結(jié)果發(fā)現(xiàn),準(zhǔn)確預(yù)測 天氣只是人類的幻想,進(jìn)而揭示出混沌現(xiàn)象具有不可預(yù)言性和對初始條件的極端敏感依賴性這兩個(gè)基本特點(diǎn),羅倫茲最初使用的是“海鷗效應(yīng)”來形容這種現(xiàn)象,不過這并不是一個(gè)完全新穎的比喻: 愛倫·坡曾聲稱人們揮著手可能會(huì)影響大氣條件,但羅倫茲是第一次對此進(jìn)行系統(tǒng)思考并形成新的理論的人。他把這一發(fā)現(xiàn)寫成研究論文,于1963年出版,并于1972年正式提出“蝴蝶效應(yīng)”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(jìn)化論”,他因此于1991年獲頒基礎(chǔ)科學(xué)京都獎(jiǎng)。羅倫茲認(rèn)為:人類本身都是 非線性的:與傳統(tǒng)的想法相反,健康人的 腦電圖和 心臟跳動(dòng)并不是規(guī)則的,而是 混沌的,混沌正是生命力的表現(xiàn),混沌系統(tǒng)對外界的刺激反應(yīng),比非混沌系統(tǒng)快得多。科學(xué)家們對混沌理論評價(jià)很高,認(rèn)為“ 混沌學(xué)是 物理學(xué)發(fā)生的第三次革命”,它與 相對論、 量子力學(xué)同被列為20世紀(jì)的最偉大發(fā)現(xiàn)之一。量子力學(xué)質(zhì)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宏觀世界拉普拉斯﹙Laplace﹚式的決定型 因果律。目前,這一理論已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,如 商業(yè)周期研究、動(dòng)物種群動(dòng)力學(xué)、流體運(yùn)動(dòng)、 行星運(yùn)轉(zhuǎn)軌道、 半導(dǎo)體電流、 醫(yī)學(xué)預(yù)測(如癲癇發(fā)作)以及 軍事等。
蝴蝶效應(yīng)
“蝴蝶效應(yīng)”是指在一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)中,初始條件下微小的變化能帶動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)的長期而巨大的連鎖反應(yīng)。這是一種混沌現(xiàn)象,“一只蝴蝶在巴西輕拍翅膀,會(huì)使更多蝴蝶跟著一起振翅。最后將有數(shù)千只的蝴蝶都跟著那只蝴蝶一同揮動(dòng)翅膀,其所產(chǎn)生的颶風(fēng)可以導(dǎo)致一個(gè)月后在美國德州發(fā)生一場龍卷風(fēng)!
在《混沌學(xué)傳奇》等書中皆有這樣的描述:“1961年冬季的一天,羅倫茲在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行關(guān)于天氣預(yù)報(bào)的計(jì)算。為了考察一個(gè)很長的序列,他走了一條捷徑,沒有令計(jì)算機(jī)從頭運(yùn)行,而是從中途開始。他把上次的輸出直接打入作為計(jì)算的初值,然后他穿過大廳下樓,去喝咖啡。一小時(shí)后他回來時(shí),發(fā)生了出乎意料的事,他發(fā)現(xiàn)天氣變化同上一次的模式迅速偏離,在短時(shí)間內(nèi),相似性完全消失了。進(jìn)一步的計(jì)算表明,輸入的細(xì)微差異可能很快成為輸出的巨大差別。羅倫茲最初使用的是“海鷗效應(yīng)”來形容這種現(xiàn)象,但在1979年于華盛頓的美國科學(xué)促進(jìn)會(huì)的演講上卻問道:“一只蝴蝶在巴西扇動(dòng)翅膀會(huì)在德克薩斯引起龍卷風(fēng)嗎?”“蝴蝶效應(yīng)”因此得名。
學(xué)術(shù)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. 1574u20131587.
獲得榮譽(yù)
Professor Emeritus at MIT since 1981, Lorenz has received
many awards for his work,
including:
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 u2018… his boldest scientific achievement in discovering
"deterministic chaos" .u2019.
2004——Buys Ballot medal.