你真的知道“蝴蝶效应”吗?

“蝴蝶效应”是人们经常谈论的一个科学典故,说巴西的一只蝴蝶震动翅膀,有可能在几周之后,在美国德克萨斯州,导致一场飓风。人们经常用蝴蝶效应形容微小的事情可能带来很大的影响。

人们谈论蝴蝶效应的时候,基本上都说错了。而这个认知错误更体现了一个重要的观念错误。

1961年,美国数学家爱德华·洛伦兹(Edward Lorenz)在用计算机模拟天气变化的时候,发现一个有意思的现象。我们知道计算机模拟都有输入的参数和输出的结果。本来有个输入参数的数值应该是 0.506127,有一次模拟中洛伦兹为了省事,就把它给来了个四舍五入,用 0.506 代替,误差不到万分之二,可是洛伦兹发现,计算机输出的结果,不是相差万分之二,也不是相差百分之二,也不是相差百分之二十 —— 而是变成了一个完全不同的天气状况。

这就相当于说,测量某地大气压数值如果有万分之二的误差,预测出来的天气就从晴天变成下雨了。

这是一个令人绝望的发现。如果是这样的话,请问谁能保证测量的参数都无比准确呢?那所谓的天气预测还有什么意义呢?

不过数学家们可不是第一次遇到这种情况。数学家早就知道,对于“非线性系统”,结果有时候就是会对初始值非常敏感 —— 初始值差一点点,结果就会相差很大。这也是“混沌”这个概念的起源。“线性系统”就简单了,输入差一点,输出也差一点。

洛伦兹有感于非线性系统这个性质实在太不好对付,就打了个夸张的比方,说这简直就是说巴西的蝴蝶震动翅膀,带来了德克萨斯的一场飓风啊……

当然,只是一个夸张的比喻而已。蝴蝶不会导致飓风。

非线性系统并不是完全不可控的系统。今天我们的天气预报是相当准确的,气象局能够很好地预测下雨、下雪、飓风和台风。气象局是通过卫星云图和地面气象数据的观测来预测天气,他们压根就不考虑蝴蝶的事儿。

洛伦兹当初可能正好用了一个特别敏感的模型。事实上并不是所有的非线性系统对所有的输入参数都那么敏感。天气系统并不是一个特别夸张的变化多端的系统。

人们经常用蝴蝶效应形容小事导致了大事,但这个观念是错误的。小事不会“导致”大事,蝴蝶总要震动翅膀,你应该怪罪的是系统,而不是导火索。

那什么样的系统容易出危险呢?1979 年,美国宾夕法尼亚州的三里岛核电站,发生了一次严重的反应堆融毁事故。事故没有造成直接或者间接的人员伤亡,但是光是清理费用就超过了 10 亿美元。当时美国政府请了一位叫查尔斯·佩罗(Charles Perrow)的社会学家帮着分析事故原因。佩罗的研究,从此改变了人们对大事故的看法 。

跟一般公众的观点相反,核电站,其实是一种非常不容易出毛病的东西。切尔诺贝利核电站是完全没经验的设计,才出了那么大的灾难。三里岛核电站是老式的设计,安全性能跟今天的新型核电站不能比,但就是这样,它也没那么容易出问题。佩罗发现,三里岛事故,是由三个原因同时起作用导致的 。

第一,反应堆有个给水系统,正常情况下应该供水,但是出现故障没用供水。本来这个可能性在设计方案中就考虑到了,还有两个备用系统可以自动供水 —— 但不巧的是,备用系统在之前维护的时候被关闭了,没有按规定打开。

第二,因为没有水,反应堆温度就上升,这时候有个泄压阀就自动开启降低温度。等到温度降下来,按理说泄压阀应该自动关闭,可是因为故障它没有关上,于是导致反应堆的冷却剂往外流。

第三,如果工作人员能正确判断发生了什么,也能立即采取有效措施。可是工作人员看到的指示灯显示泄压阀已经关闭了。这是因为指示灯的设计是显示是否已经“命令 ”泄压阀关闭,而不是显示泄压阀的真实状态。工作人员被误导了。

这三件事只要有一件不发生,大事故就不会发生。英文中有个词叫“完美风暴(perfect storm)”,意思是几个因素恰好一起发生了,导致一个剧烈的后果 —— 三里岛核事故,就是一场完美风暴。

那请问,这个事故里谁是蝴蝶呢?应该指责谁呢?人们本能反应是指责当时负责操作的工作人员,可是三件事是在 13 秒内发生的!工作人员根本来不及反应!

佩罗说,我们真正应该指责的是系统。

从三里岛事故出发,佩罗总结,现代几乎所有重大事故 —— 包括飞机坠毁、化工厂爆炸等等 —— 都有两个共同特征。

第一个特征是“复杂(complex)”。系统的各个部分互相关联,不是简单的连接。

系统里有正反馈和负反馈回路 。正反馈回路会让系统不稳定,负反馈回路会让系统回归稳定。核电站这种系统实在太复杂了,其中有各种反馈回路,有些部分之间的关联还是隐藏的,可能设计者都想不到。那么如果有一个正反馈关联回路是你没想到的,在事故中开启了,就会很麻烦。

第二个特征是“紧致耦合(tight coupling)”。所谓紧致耦合,就是这个系统缺少缓冲地带 ,错一点都不行,没有余闲。

出现这个情况往往是系统过于追求效率,搞得什么东西都一环套一环可丁可卯,结果错一步就导致后面全错。

比如大桥就是一个不复杂、耦合也不紧的系统。哪个桥墩有问题,不至于马上波及别的桥墩,大桥对付着还能用上一段时间。道路交通也不复杂,但是耦合比较紧,一条路上任何一个地方出事故,整条路都得堵车。大学系统很复杂,但是耦合不紧,教授们就算搞搞政治斗争也翻不了天。可是像核电站和化工厂这种东西,如果又复杂耦合又紧,那就容易出大事故。

当人们强调“安全”的时候,总爱说什么要狠抓“安全意识”,什么“年年讲月月讲天天讲”,什么“警钟长鸣”。可是安全意识有用吗?

安全意识关注的是蝴蝶。如果飓风真的是由蝴蝶引起的,那你就应该好好教育蝴蝶们,不要随便震动翅膀。如果事故真的是因为工作人员疏忽,那你就应该给员工天天讲。

其实“天天讲”是个不好的教育方法,重复的信息会被人脑自动忽略。如果一个烟雾报警器有事儿没事儿动不动就叫,你会直接关掉它了事。

更重要的是,真正的大事故不是蝴蝶引起的。我们需要的不是安全意识,而是安全系统。

经常与蝴蝶效应共同出现的一句话是“XX无小事”,这也是一个错误的观念。无小事 = 无大事。

如果一个领导只会笼统地说什么“这很复杂啊!这很重要啊!千里之堤毁于蚁穴啊!核电站无小事!”,我认为这领导啥也不懂。做事得善于分清轻重缓急。敢于忽略小事,你才能做好大事。

把系统搞好了,有缓冲区有余闲有稳定回路,我们就可以有恃无恐。反过来说如果系统不行,人就算整天战战兢兢也难保不出事儿。

凡夫畏果,菩萨畏因,我们有现代化管理知识的人还要再加一句:佛畏系统。

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