【篇一】
定理:喝醉的酒鬼總能找到回家的路,喝醉的小鳥則可能永遠也回不了家。
假設有一條水平直線,從某個位置出發,每次有50%的概率向左走1米,有50%的概率向右走1米。按照這種方式無限地隨機游走下去,最終能回到出發點的概率是多少?答案是100%。在一維隨機游走過程中,只要時間足夠長,我們最終總能回到出發點。
現在考慮一個喝醉的酒鬼,他在街道上隨機游走。假設整個城市的街道呈網格狀分布,酒鬼每走到一個十字路口,都會概率均等地選擇一條路(包括自己來時的那條路)繼續走下去。那么他最終能夠回到出發點的概率是多少呢?答案也還是100%。剛開始,這個醉鬼可能會越走越遠,但最后他總能找到回家路。
不過,醉酒的小鳥就沒有這么幸運了。假如一只小鳥飛行時,每次都從上、下、左、右、前、后中概率均等地選擇一個方向,那么它很有可能永遠也回不到出發點了。事實上,在三維網格中隨機游走,最終能回到出發點的概率只有大約34%。
這個定理是數學家波利亞(GeorgePólya)在1921年證明的。隨著維度的增加,回到出發點的概率將變得越來越低。在四維網格中隨機游走,最終能回到出發點的概率是19.3%,而在八維空間中,這個概率只有7.3%。
【篇二】
定理:你永遠不能理順椰子上的毛。
想象一個表面長滿毛的球體,你能把所有的毛全部梳平,不留下任何像雞冠一樣的一撮毛或者像頭發一樣的旋嗎?拓撲學告訴你,這是辦不到的。這叫做毛球定理(hairyballtheorem),它也是由布勞威爾首先證明的。用數學語言來說就是,在一個球體表面,不可能存在連續的單位向量場。這個定理可以推廣到更高維的空間:對于任意一個偶數維的球面,連續的單位向量場都是不存在的。
毛球定理在氣象學上有一個有趣的應用:由于地球表面的風速和風向都是連續的,因此由毛球定理,地球上總會有一個風速為0的地方,也就是說氣旋和風眼是不可避免的。
【篇三】
氣象學家Lorenz提出一篇論文,名叫「一只蝴蝶拍一下翅膀會不會在Taxas州引起龍卷風?
論述某系統如果初期條件差一點點,結果會很不穩定,他把這種現象戲稱做「蝴蝶效應」。就像我們投擲骰子兩次,無論我們如何刻意去投擲,兩次的物是相同的。Lorenz為何要寫這篇論文呢?這故事發生在1961年的某個冬天,他如往常一般在辦公室操作氣象電腦。平時,他只需要將溫度、濕度、壓力等氣象數據輸入,電腦就會依據三個內建的微分方程式,計算出下一刻可能的氣象數據,因此模擬出氣象變化圖。
這一天,Lorenz想更進一步了解某段紀錄的后續變化,他把某時刻的氣象數據重新輸入電腦,讓電腦計算出更多的后續結果。當時,電腦處理數據資料的數度不快,在結果出來之前,足夠他喝杯咖啡并和友人閑聊一陣。在一小,結果出來了,不過令他目瞪口呆。結果和原資訊兩相比較,初期數據還差不多,越到后期,數據差異就越大了,就像是不同的兩筆資訊。而問題并不出在電腦,問題是他輸入的數據差了0.000127,而這些微的差異卻造成天壤之別。
所以長期的準確預測天氣是不可能的。