邬焜
疫情全球大流行的蝴蝶效应

邬焜，信息社会50人论坛成员，西安交通大学人文社会科学学院二级教授、博士生导师，西安交通大学国际信息哲学研究中心主任；国际信息研究学会（lS4Sl）副主席及中国分会（IS4Sl-CC）副主席，中国自然辩证法研究会常务理事及复杂性与系统科学专业委员会副理事长，陕西省自然辩证法研究会理事长。

一、蝴蝶效应

美国气象学家洛伦兹1963年提出一个天气预测模型。他选取了三个天气参量（温度、气压、风速）建立微分方程系统，通过计算机计算，给出了天气模式运行轨迹曲线，发现了如下一些结果。

1. 天气变化模式对初始条件敏感依赖（蝴蝶效应）

从几乎相同的初始条件出发，计算机产生的天气模式差别越来越大，终至毫无相似之处。哪怕小数点后的多位取舍上的微小差异，也将导致未来大相径庭的天气模式。

图1标出了从两个几乎相同的初始条件出发产生的两条未来天气的演化轨迹曲线。图的纵向指标由下到上标明的是天气变化从恶劣到晴好的程度，图的横向指标由左到右标明的是时间的迁移。

2. 长期天气预报是不可能的

对天气未来发展趋势的预测时间越长，越需要高精度的初始条件，有时甚至需要无限精度。如果不能精确地把握初始条件，那么会“差之毫厘，谬以千里”，对未来发展做出的预测无任何真实价值。洛伦兹比喻说：远在西欧的一只蝴蝶煽动一下翅膀，便可能成为一段时间后美国得克萨斯州产生一场龙卷风的契机。

3. 洛伦兹吸引子（一种奇怪吸引子）

奇怪吸引子是指混沌吸引子，以区别于有序吸引子（或称平庸吸引子）。前者不是通常意义上的点、环、环面吸引子。

当一系列3元组合出现时，在洛伦兹模型中，积分曲线不规则地运动，在相空间中，以某种数值画出的环状圈构成了奇怪吸引子，它吸引了某一区域的所有轨迹。并且，系统轨迹从不完全地自我重复，点的轨迹也永远不会自己相交。洛伦兹吸引子曲线的环状圈的维数介于1和2，它既不是一条直线，也不是一个平面，而是一个分形物。

洛伦兹吸引子是由无限多张无限接近的曲面构成的一个复杂几何对象。如图2所示，在混沌区内，运动轨迹在绕A点若干圈后随机地被甩到B点附近，再绕B点若干圈后又被随机地甩回A点附近，如此反复无穷地进行下去。运动轨迹每次绕A点或B点的圈数、圈的大小都是不确定的，表现出一种典型的无规则运动。

二、疫情全球大流行与诸多偶然因素的叠加效应

新冠肺炎疫情也是某一微小的变化因素经过相关众多演化条件的叠加所导致的巨大灾难。这也正符合复杂性理论中所说的蝴蝶效应。

蝴蝶效应的难以预测和预防的关键在于其初始发端的微小性和不确定性。由于其微小，因此不易察觉；由于其不确定，因此无法预测其未来发展的方式、方向、规模和程度。这就给对其进行有效预防带来了困难。

由于初始发端因素的微小性和未来发展方式的不确定性，最初偶然形成的基因模式还不可能直接导致大规模的灾难性后果。它还需要同之后发生的许多偶然事件叠加才能产生特定的综合效应。就此而言，这些在之后叠加其上的诸多偶然事件都应该对这个大规模的灾难性后果负有责任。

三、不确定性分形与嬗变

蝴蝶效应的一个显著特点就是，多因素综合基础上的随时间推移的动态随机变化的复杂性。

在英国民间流传着这样一首歌谣[3]：

钉铁缺，马掌卸；马掌卸，战马蹶；

战马蹶，骑士绝；骑士绝，战事折；

战事折，战役挫；战役挫，王朝没。

（由缺少打马掌的铁钉引起的）运动的、变化的、众多前后相继的微小因素的叠加、放大所造成的连锁反应，最终酿成了灾难性的后果（国家灭亡）。

这其中呈现的随机变化的动态复杂性是一种演变路径中的偶然不确定性的综合。如果在这一演变路径中所介入的偶然不确定性因素稍微有所差别，那么，其所造成的最终后果可能大相径庭，甚至完全相反。就此而言，蝴蝶效应的复杂性决定了它是一种随机变化中的不确定性分形与嬗变。

不确定性分形和通常意义上的确定性分形具有十分不同的特点和运行轨迹。通常，教科书式的数学分形是按照一个固定的分形规则对给定的、固定的初始原形进行反复操作性的运演所得到的结果。这就是通常意义上的一种确定性标准分形的模式。而不确定性分形的运行轨迹却不是这样的，其分形演化的出发点虽然也有一个初始原形，但在其演化的路径中，将有众多随机因素介入。由于后续介入的随机因素的不确定性，即使初始出发点是确定的，也不能保证未来演化的路径和结果相同或相似。

洛伦兹关于长期天气预报不可预测的蝴蝶效应模型强调，对天气未来发展趋势的预测时间越长，越需要高精度的初始条件，有时甚至需要无限的精度，其中就需要精确到类似于蝴蝶扇动翅膀这样的一些微小因素。然而，天气变化的真实情景，比洛伦兹所强调的把握初始条件的精确度的问题更为复杂。事实上，即使能把蝴蝶扇动翅膀这样的一些微小因素精确测度，准确地做出长期天气预报也是不可能的。因为蝴蝶具有自由意志，即使能够把蝴蝶当下扇动翅膀的方向和力度精确测度，却不可能知道蝴蝶下一步的动作如何，不可能知道它是否扇动翅膀，以及向哪个方向用什么力度扇动翅膀。因为蝴蝶的这样一些行为并不是当下可以既定给出的，而是由后来的相关因素和条件，尤其是由蝴蝶自身的随机决断的自由意志所规定的。这就是不确定性分形与嬗变的复杂性特征。而真实的蝴蝶效应恰恰具有这样的复杂性特征。更何况，在事态演变的整个过程中，有很多这样的具有自由意志的蝴蝶介入，因此更难预测和把握。

此次疫情的发展正是一种具有不确定性特征的分形与嬗变。在不同国家和地区，虽然最初新冠肺炎的感染情况是相似或相近的，都是首先在个别人身上发病或个别人感染，但由于各国国情和生活习惯的不同、对病患情况发现的早晚与关注程度的不同、医疗条件和设施的完善程度的不同、采取防控措施的时间和方式的不同，不同国家和地区最终被感染人数的规模、死亡人数、疫情严重的程度、绵延的时间各不相同。具体到每个人的遭遇，则同样是存在普遍差异的。能否被感染取决于个人工作和生活的方式与习惯、接触的人和环境，以及是否采取了防护措施，以及防护措施的有效程度等多方面的不确定因素。对于被感染者来说，其症状表现的程度、病情拖延的时间、能否痊愈等，也都是存在普遍差异的。导致不同情景出现的因素很多：身体状况、医疗条件和措施、就诊的及时性和有效性……

不确定性分形与确定性分形的一个重要区别在于，前者分形演化所生成的后续模式存在某种无规则的变异性，而后者分形演化所生成的后续模式则是有规则的，不存在模式上的变异性。新冠病毒作为一种不确定性分形的嬗变，在其演化路径中存在某种无规则的变异性，这将会导致比不具有变异性的病毒更难以应对的复杂性。这种不确定性的分形与嬗变中的变异，将可能使之前所采取的抗病措施部分或全部失效。这就进一步增加了疫情的危险性，以及防范与治疗的困难程度及应对局面的复杂性。

四、反思与对策

这次疫情所具有的类似蝴蝶效应的不确定性的分形与嬗变的复杂性，能够给人类的行为和应对策略带来怎样的反思和启迪呢？

第一，应该尽快建立、健全和完善覆盖全民的防控医疗体系。从一般社区和乡村医疗站、点的建设开始，逐级建立相应的防控医疗机构体系，以保证能够及时发现和防控相应的疫情。在这方面，国家需要大力投入人力、物力，建立、健全自下而上的公立医疗机构体系，以便更为有效且及时地捕捉到那只最先扇动翅膀的蝴蝶，同时更为精准且明确地探明并跟踪其分形与嬗变的轨迹。

第二，应该改变我们的某些习惯性聚集方式，使其更具有健康合理性。例如，尽量减少大型集会、庆典、聚集等活动，开小会能解决的事情就不开大会，能不开会解决的事情就不开会，能通过网络沟通和讨论的事情就不聚集开会，各类务虚性质的庆典仪式活动应当尽量少办，当不得不办时也应当尽量减小规模。保持一定的距离不仅是一种美德，而且是一种隔绝病毒，切断造成病毒分形与嬗变所需叠加的相关因素，防止疫情传播和蔓延的有效方式。

第三，培养生态文明意识，制定相应的法律法规，保护好环境。须知，很多疫情的发生皆源于人与自然环境的关系失调。大面积森林、绿地、湿地的消失，使得原本人兽、人禽相对隔绝的生态环境遭到破坏。这种发展态势如果不能从根本上扭转，则不可预料的疫情未来将不可避免。另外，不应食用未经检疫的野生动物和家养动物。

第四，改变单纯追求大城市、超大城市规模建设的传统发展模式。2007年，我曾在一篇题为《信息化与城市化——变革西部社会时空模式的战略性思考》[4]的文章中列举了单纯追求城市化规模发展的工业化战略带来的11个城市病，其中所列第10个城市病便是“突发性灾难事件频发，后果严重”，文中所列的多项灾难性后果中有一项便是“人口密度的增加导致各类传染性疾病极易灾难性蔓延，控制起来难度加大”。在那篇文章中，我还提出了结合信息化和生态化发展的构想，应当相应采取“大城市人口、版图、功能有限发展”的“去大城市化”发展战略，相应地，另一个应当采取的对策则是“中、小城市加速发展”和“城市网络化”及“去中心化”或“多中心化”的发展战略。

第五，尽量减少或改变封闭性的生活环境。封闭性场所是病毒分形和嬗变的最佳环境。相对分散或独立的开放性场所能够在一定程度上阻断病毒分形和嬗变的系统链，从而达到延缓或中断病毒扩散和传播的效果。

第六，加强国际合作，共同抗疫，构建人类卫生健康共同体。病毒是全人类的共同敌人，不分民族、肤色、国家和地区。人类全球化的发展不仅是信息、物资和金融流通的全球化，而且是人口流通和病毒流通的全球化。此次新冠肺炎疫情全球性暴发的现实已经说明了一切。这就要求各国政府和相关国际机构必须协同一致、紧密合作，共同抗疫，真正做到相关信息的全球性发布和共享，相关抗疫资源的互助互济，相关医药、疫苗的合作研发和成果共享。这一切都是合理维护和保障人类共同体的共同利益的应有诉求。2020年上半年，在全球疫情暴发以后，中国不仅首先控制了国内疫情的蔓延，而且尽其所能给100多个国家予以了资金和物资上的援助。这些都表明，中国已经为加强国际合作、共同抗疫做出了表率。

人类命运共同体，包括人类卫生健康共同体的建立并非一件易事。它需要各国政府和相关国际机构做出共同的努力。

在全球化发展的今天，建立人类命运共同体更显得紧迫和重要。所有有利于人类发展，有利于提高地球人幸福指数的科学创造和技术发明都应当及时实现全球共享。要达到这样的目标，就需要全人类共同努力。在人类智能化社会高度发展的背景下，在不久的未来，建立一种高度共享的全新社会体制不仅应当是每个国家，而且应当是全部地球人要实现的共同的、整体性的目标。

此次疫情的全球化蔓延给我们敲响了警钟：不同的国家、不同的地区已经结成了密切相关的网络，每逢大事必牵连，一损俱损，一荣俱荣，没有谁能够绝对超然于各类复杂的关系和事件之外而独善其身。

问题是复杂的，道路是曲折的。通向未来的美好之路需要地球人通力合作去创造。

参考文献

[1] [美] 詹姆斯·格莱克. 混沌——开创新科学[M]. 张淑誉，译. 上海：上海译文出版社，1990.

[2] [德] 克劳斯·迈英策尔. 复杂性中的思维[M]. 曾国屏，译. 北京：中央编译出版社，2000.

[3] 吴彤. 复杂性的科学哲学探究[M]. 呼和浩特：内蒙古人民出版社，2008.

[4] 邬焜. 信息化与城市化——变革西部社会时空模式的战略性思考[J]. 科学技术与辩证法，2007（6）：96-100.