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 不測風雲的背後-真理為新科學播下了種子
葛雷易克（James
Gleick）
陽光從永遠晴朗的藍天長驅直入。風吹掠過玻璃般光滑平坦的地面，沒有夜晚，秋天不再轉變成隆冬。雨水絕跡。愛德華•勞倫茲的新電腦中所模擬的天氣慢慢但確切不疑地變遷，經過盛季乾燥的正午。彷彿世界又回到圓桌武士的凱美洛城（Camelot），或類似特別溫熙的南加州天候。
窗外，可以看見實際的天氣狀況，麻省理工學院的校園裡瀰漫著濃濃的晨霧，建築物上有從大西洋飄來的低雲輕輕掠過。霧和雲並不曾在他的電腦程式中出現過，這架名為皇家馬克比（Royal
McBee）、體內塞滿了電線和真空管的機器，占據了勞倫茲研究室中一塊不起眼的角落，不時還發出嚇人一跳和騷擾的聲音，並且不時三五天來次罷工什麼的，就速度或記憶容量來說，它都不可能模擬實際大氣與海洋的狀態。不過勞倫茲在一九六○年所創造出袖珍玩具般的天氣，使得他的同事大為著迷，每一分鐘，機器都在報表紙上印出一行數字，如果你知道如何去讀那些印出來的結果，你也許會看到目前盛行西風移向北方，而後向南、再向北，數值化的氣旋沿著理想化的地球慢慢地轉動。當風聲從系裡散布，其他的氣象學家會攏簇一群研究生為勞倫茲下一步天氣預測，但不論如何，從來沒有任何狀況重複出現。
勞倫茲沈醉於天氣的樂趣裡，儘管那不算是氣象學者的必要條件，他覺得天氣的變幻賞心悅目，喜歡大氣中川流不息的各類天氣型態，熟悉那些乖乖遵守數學定律，但卻永不重視的擾動和氣旋。當觀察雲朵時，他覺得領悟到了其中某種結構，一度他以為研究天氣的科學像是用螺絲起子拆散魔術盒一樣，現在則懷疑科學能否有一日揭穿魔術？天氣有種特性是不能以平均表達的，麻省劍橋的六月平均溫度是華氏七十五度，而在沙烏地阿拉伯利雅德每年下雨的平均天數是十天，這些是統計資料，但重要的是大氣形態隨著時間而變，這也就是勞倫茲從皇家馬克比中想要捕捉到的東西。
他是這個機器世界的主宰，可以隨意選擇自己有興趣的自然定律，經過一番苦工嘗試與錯誤，他選擇了十二條方程式，方程式顯示出溫度與壓力、或者壓力與風速之間數值的關係，勞倫茲知道自己正在操作牛頓定律，就像時間之神，創造一套世界，使其運行不息。感謝物理定律的決定性，啟動之後即不需要再操心，那些模式製造者滿懷信心，藉由運動定律來提供數學肯定性的因果關連。一旦掌握法則，也就等於了解宇宙內涵，這是以電腦模擬天氣背後隱藏的哲學基礎。
確實，如果十八世紀的哲學家想像上帝像隱藏在幕後，仁慈而不動聲色的不介入主義者，可以想像勞倫茲就是這類人物。他是一位很絕的氣象學家，有張像新英格蘭鄉下農夫飽經風霜的臉，令人驚奇的明亮眼睛，說不準他是否在笑，而別人總覺得他在開懷大笑。很少談論自己或工作，常常只是傾聽，他往往沈浸在計算狀態或同仁無法思議的夢想中，連他最親近的朋友也覺得大多數時候勞倫茲飄飄神遊太虛幻境。
當勞倫茲還是小男孩時，他就是位天氣迷，看緊了他父母在康乃狄克州西哈特福屋外懸掛的最高最低溫度計，記錄下每天最高最低溫度，不過他比觀察溫度計花了更多時間在數學謎題的書本上，有時候父親會和他一起解決書本上的謎題，有一次他們碰上特別困難的問題，根本無解，父親告訴他，這也行得通，證明沒有答案亦為解決之道。勞倫茲喜歡如此想，就像他喜歡數學的澄明一樣，當他在一九八三年於達特茅斯學院（Dartmouth
College）畢業時，他覺得數學便是他的終身志業了。但是二次世界大戰這件事使得整個情況有些改變，大戰期間他擔任陸軍的航空單位的天氣預報員，戰後勞倫茲決定留在氣象圈子裡，研究氣象理論，多鑽研一些數學，他在諸如大氣環流的正統問題上發表文章，博得響亮名聲，同時他繼續思索預測的問題。
即使對最嚴謹的氣象學家而言，預報還稱不上科學，這是一種熟能生巧的工作，需要一些擁有直覺的技術員從儀器和雲況中讀出明天天氣，偏向猜測。對於類似麻省理工學院這樣的研究中心，氣象學喜歡那些有確實答案的問題，曾經親自提供預報給軍機駕駛員，勞倫茲自然能體會到天氣預報的雜亂潦草，但他對問題懷抱著別具匠心的興趣——一種數學上的興趣。
不僅僅是氣象學家看輕預報，一九六○年代中，幾乎所有嚴謹的科學家都不信任電腦，這些加足馬力的計算器不像是理論科學需要的工具。所以數值天氣模擬變成進退維谷的問題。但時機逐漸成熟，天氣預報等待一部可以幹粗活兒，重複計算成千上萬次的機器已經整整兩個世紀了，只有電腦能兌現牛頓式的期望︰世界沿著前因後果的軌道演進，像是行星奉行的規則，或像日月食、潮汐一般可靠預測。理論上，電腦應該能讓氣象學家辦到天文學家用鉛筆和計算尺達成的效果，從初始狀況和控制其演變的物理定律來計算宇宙的未來，描述氣體和液體運動的方程式和描述行星運動的方程式一樣地老早為人熟知，對付這座由九大行星、成打衛星和千萬個小殞石間重力場形成的大陽系，天文學家並未達到盡善盡美，而且也永遠不會。但天體運動的計算已經準確到使人們忘了那是預測，當一個天文學家說「哈雷彗星在七十六年後將會由這條路徑回來」，這像陳述一項事實，不像是預言，決定型的數值預測刻畫出太空船和火箭的精確路徑，為什麼風和雨卻不能如此？
天氣現象複雜許多倍，但是它卻由相同的定律所控制，也許一部能力強大的電腦擁有拉普拉斯理想中的卓越智慧，這位十八世紀的哲學兼數學家感染上無可匹敵的牛頓式狂熱，他曾寫過︰「這樣一位大智者，可以用相同的方程式處理宇宙間最大的星體和最小的原子，對它來說，沒有所謂的曖昧，未來和過去都會歷歷如繪，直逼眼前。」在愛因斯坦的相對論和海森堡測不準原理相繼問世後的時日，拉普拉斯的樂觀幾乎像滑稽歌手，但大多數的現代科學仍在追求他的夢想，暗地裡許多二十世紀的科學家，包括生物學、神經學和經濟學家的任務即是去解析其領域到遵循科學規律運行、最簡單的元素，在這許多學門中，都背負著牛頓式決定論的擔子。現代計算的長老們心裡都念著拉普拉斯，自從一九五○年代馮紐曼（John
von Neumann）在紐澤西州普林斯頓高等研究院中設計他的第一部機器起，計算和預報的歷史就開始融合在一起。馮紐曼體認到天氣模擬會是電腦相當妥貼的目標。
還有一項小小的但書，小到科學家們幾乎都忘了擱在何處？隱藏在他們哲學的角落像一張未付清的帳單，那就是測量絕不可能精確。在牛頓旗幟下踏步前進的科學家們，實際上也搖著另一支旗幟如此說︰給我一些系統初始狀態的近似資料和明確的物理定律，就可以計算出系統的近似行為。這項假設座落於科學哲學的核心，就像一位理論學家喜歡告訴他的學生︰「西方科學的基本理念就是如此︰如果你正在計算地球檯面上的一顆撞球，你就不必去理會另一座星系某星球上樹葉的掉落。很輕微的影響可以被忽略，事物進行總會殊途同歸，任意的小干擾，並不致於膨脹到任意大的後果。」信任這種近似和聚集的確有它的道理，修正一九一○年哈雷彗星位置的小錯誤，只會造成它在一九八六年來臨時的小誤差，而且百萬年後來臨時誤差仍然會很小。電腦也在同樣的假設下引導太空船航行，近似正確的輸入會獲得近似正確的輸出；經濟預測也根據相同的假設，雖然較少明顯的成功；全球天氣預報的開拓者亦是。
使用他的洪荒級電腦，勞倫茲簡化天氣至一付乾淨的骸骨，一行一行表印出來的風和溫度，似乎大體符合可辨識的地球特色，印證了藏在他心中對天氣的直覺，他覺察到天氣會自我模仿，每隔一段時間就會出現似曾相識的類型，氣壓此起彼落，氣流的南北遷移。他發現倘若一條從高降低的線段未曾經歷顛簸，下回就會碰上雙重崎嶇突起，他說︰「那是預報員可以用得上的規則。」但是所謂的重複並非那麼精確，而是帶著一點混亂的類型，一種井井有條的無秩序。
讓類型一目瞭然，勞倫茲創造出一種基礎圖表，取代只印出通常的一行數字，他指令機器在字母ａ前印一字數量的空格，他可以選擇一項變數，比方說是氣流的方向。逐漸地這些ａ沿著印表捲筒前進，循著波形線條，前後搖擺，製造出一長系列的山峰與山谷，代表西風穿越大陸南北遷移的方式，其中可辨認的循環代表有秩序的部分，一次又一次發生，但絕不雷同，像一場催眠下的銷魂舞，這座系統慢慢在預測者的視線前揭露自己的奧秘。
一九六一年冬季某日，為了檢查一段較長的序列，勞倫茲決定抄捷徑而行，捨棄重新由開頭計算的方式，他改由從中間開始，直接根據先前印出的結果敲進數字，提供給機器當做初始條件，然後離開那些噪音，走下樓小啜一杯咖啡，一小時後當他回來，卻看到一些出乎意料的成果。一些真理為新科學播下了種子。
 ｛本文摘自《混沌》第1章｝
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