1．失穩(wěn)中的多姿多彩或險(xiǎn)象重重

沉穩(wěn)就是一種情緒的穩(wěn)定狀態(tài)，失控或者沖動(dòng)就是一種情緒失穩(wěn)狀態(tài)。下雨天在路面滑倒就是一種失去穩(wěn)定的結(jié)果。失去穩(wěn)定可能導(dǎo)致危害，也可能有利用價(jià)值。失去穩(wěn)定可能演化出多姿多彩的有序現(xiàn)象，也可能演化出捉摸不透的混亂形態(tài)。有的影響小，比如騎自行車滑倒的影響范圍極小。有的可能大，比如傳說中的蝴蝶效應(yīng)。有的系統(tǒng)本身不穩(wěn)定，為此人們發(fā)明了巧妙的使系統(tǒng)穩(wěn)定的方法，使本身不穩(wěn)定的標(biāo)槍、弓箭、飛機(jī)與游船等變得穩(wěn)定可控。穩(wěn)定往往比追求變化更重要，至少是追求和諧變化的基礎(chǔ)。一個(gè)不穩(wěn)定狀態(tài)，失穩(wěn)后可能演化出一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，“野渡無人舟自橫”就是這種情況。

野渡無人舟自橫（圖1.17）

一艘自由的船在水流中也會(huì)像小石片或翅膀在氣流中一樣，其豎直方向與水流方向之間稍有偏轉(zhuǎn)，就產(chǎn)生迎角效應(yīng)，包括升力效應(yīng)和抬頭效應(yīng)。對(duì)于船這樣的外形，迎角效應(yīng)雖然沒有機(jī)翼那么大，但足夠可以改變姿態(tài)。

野渡無人舟自橫就是這種原因?qū)е碌?，該詩句出自《唐·韋應(yīng)物·滁州西澗》:“獨(dú)憐幽草澗邊生，上有黃鸝深樹鳴。春潮帶雨晚來急，野渡無人舟自橫”。

沒有人操控的船，如果豎直對(duì)著水流方向，那么稍有偏轉(zhuǎn)，就產(chǎn)生上面所說的令其進(jìn)一步偏轉(zhuǎn)的迎角效應(yīng)。因此，船身豎對(duì)著水流方向，是不穩(wěn)定的，會(huì)慢慢偏離方向。

船橫對(duì)著水流方向則不會(huì)失穩(wěn)。即使遇到偏轉(zhuǎn)，那么試圖偏向上游的一側(cè)撞擊水流的力度就大，產(chǎn)生的額外阻力作用在這一側(cè)，就會(huì)阻止其進(jìn)一步偏轉(zhuǎn)。試圖偏向下游的一側(cè)撞擊水流的力度就小，減小那側(cè)本來的阻力，因此也會(huì)阻止進(jìn)一步偏轉(zhuǎn)。

因此，橫對(duì)著河道（即流水方向）的無控船只更穩(wěn)定，即使遇到擾動(dòng)偏轉(zhuǎn)，也會(huì)產(chǎn)生使其恢復(fù)到橫向的力。這就是野渡無人舟自橫的原因。

秋風(fēng)掃落葉與飄落的紙片（圖1.18）

樹葉下落時(shí)可能會(huì)翻滾以及側(cè)飄。這些現(xiàn)象淋漓盡致地出現(xiàn)在一些詩文中，例如《隋·孔紹安·落葉》:“早秋驚落葉，飄零似客心。翻飛未肯下，猶言惜故林”。還有司空曙的“隨風(fēng)偏可羨，得到洛陽宮”。我們看到的大多數(shù)樹葉落下時(shí)，要么搖擺，要么翻滾。在垂直風(fēng)的帶動(dòng)下，落下的樹葉還有可能飄起來。樹葉形狀比較復(fù)雜，經(jīng)常有五個(gè)角。如果是長方形名片，則更好理解失穩(wěn)和翻滾，雖然道理和樹葉是一樣的。

現(xiàn)在用名片或撲克牌等紙片來做一個(gè)實(shí)驗(yàn)。端平長方形紙片輕輕松開，讓它平躺著開始下落。重一點(diǎn)的紙片會(huì)一直平躺著直接落入地上。輕一點(diǎn)的，會(huì)左右搖擺著下落。

如果從足夠高的地方釋放紙片，或者釋放時(shí)讓紙片豎著且長邊對(duì)地，那么下落一定高度后，紙片會(huì)翻滾下落，并且往左側(cè)或右側(cè)飄。

釋放時(shí)，如果讓紙片下側(cè)的邊緣朝左偏轉(zhuǎn)一點(diǎn)點(diǎn)，就會(huì)順時(shí)針翻滾向左飄落；讓紙片下側(cè)的邊緣朝右偏轉(zhuǎn)一點(diǎn)點(diǎn)，就會(huì)逆時(shí)針翻滾向右飄落。

原來，這種事先讓紙片偏轉(zhuǎn)，或者下落過程中因?yàn)閿_動(dòng)或不平衡隨機(jī)地出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)，就會(huì)使紙片與下落方向產(chǎn)生迎角。迎角的升力效應(yīng)使紙片受到垂直于下落方向的力，使紙片側(cè)飄；迎角的抬頭效應(yīng)使紙片翻滾。

翻滾下落本身又代表了一種旋轉(zhuǎn)，引起馬格勞斯效應(yīng)，這種馬格勞斯效應(yīng)對(duì)應(yīng)的側(cè)向力，加劇了側(cè)飄。樹葉形狀更復(fù)雜，除了有長方形紙片那樣的情況，還會(huì)產(chǎn)生輕易捉摸不透的力，因此下落時(shí)還可能出現(xiàn)飛舞現(xiàn)象，即突然快速翻滾。如果遇到什么大氣塵卷風(fēng)，那么樹葉會(huì)在塵卷風(fēng)中時(shí)而飛舞，時(shí)而落地，時(shí)而迅速飄起。

曲面上的彈球（圖1.19）

也許沒有比曲面上的彈球更好的例子來幫助理解什么是穩(wěn)定狀態(tài)和不穩(wěn)定狀態(tài)了。

將一顆彈球放在平坦的桌面上，輕輕推一下，彈球移動(dòng)到一個(gè)新的位置，停在新的位置上，不會(huì)自動(dòng)回到原位，也不會(huì)無限地遠(yuǎn)離原位。這種情況叫中性穩(wěn)定。如果將彈球放在球形鍋底這樣的凹面的上面，輕輕推一下彈球，彈球在重力作用下最終會(huì)回到原位。這種情況就是穩(wěn)定的。如果把鍋翻過來，將彈球放在其凸面上，輕輕推一下彈球，彈球就會(huì)在重力作用下滾下去，再也回不到原位。這種情況就是不穩(wěn)定的。

更復(fù)雜的問題中的穩(wěn)定與失穩(wěn)，道理類似。失之毫厘謬以千里，指的就是處在一種不穩(wěn)定狀態(tài)，稍有偏差就會(huì)導(dǎo)致不可復(fù)原的變化。

失穩(wěn)中的多姿多彩（圖1.20）

自然界也像人，不滿足于單調(diào)與乏味。美麗的形態(tài)，往往是一種更和諧更有序的狀態(tài)，因此就容易從一個(gè)單調(diào)乏味的狀態(tài)通過失去穩(wěn)定演化而來。最直觀的例子就是波浪，如大氣波浪云、水面的長條形波浪和旗子飄揚(yáng)形成的波浪。這些波浪也稱為開爾文波，因?yàn)殚_爾文解釋了其產(chǎn)生的原因。

看似一串蘑菇型花朵的波浪云，是由單調(diào)乏味的兩股速度不一樣的氣流相互搓動(dòng)引起失穩(wěn)導(dǎo)致的。

假設(shè)高空有一股冷空氣從遠(yuǎn)方吹過來，在低空的熱空氣上面流過。兩股氣流相互搓動(dòng)，總是會(huì)引起它們交界面的變形，導(dǎo)致相互滲透。

我滲透一部分到你那邊一側(cè)，對(duì)你而言就相當(dāng)于鼓起來一個(gè)小鼓包，迫使你走弧線。你就產(chǎn)生離心力了吧，于是你就得降低氣壓來補(bǔ)償離心力。你氣壓小了后，抵抗我的力氣就更小了，于是我得寸進(jìn)尺，進(jìn)一步深入你的腹地。當(dāng)然你也不甘示弱，把我突進(jìn)去的部分吹彎，把我突進(jìn)去的部分吹得滾起來，讓我在那里打轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。把我變成旋渦了。你來我往，我從一個(gè)位置插進(jìn)你的同時(shí)，也把邊上的你擠得有一部分來不及吹走，來不及吹走的走投無路，只能往我這邊擠，突進(jìn)我的腹地。我也如法炮制，先假裝讓你，實(shí)則也在通過走弧線產(chǎn)生離心力降低氣壓，把你勾引過來多點(diǎn)，再猛地把你吹翻。

因此，兩股有速度差的氣流的交界面是不穩(wěn)定的。一旦出現(xiàn)一側(cè)向另一側(cè)鼓進(jìn)去的情況，就迫使另一側(cè)走彎路，產(chǎn)生離心力降低氣壓，使鼓起效應(yīng)放大。

波浪云也好水面上的波浪也好，為何有時(shí)是一種有序的、有浪峰有浪底的一段段諧波（即看上去和諧變化的波）？尤其是，波長不是隨意的，而是發(fā)展出一個(gè)特定的波長（相鄰兩個(gè)浪峰之間的距離）。

原來，初始變形的波長如果太大，那么鼓出來一點(diǎn)點(diǎn)，相對(duì)彎曲程度就小，從而離心力不足以驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生快速的失穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。如果波長太小，就像車行駛在鐵軌上不會(huì)產(chǎn)生離心力一樣，也不容易失穩(wěn)。因此，一定有一個(gè)特定的波長，最容易失穩(wěn)，或者說失穩(wěn)后變化最容易快速發(fā)展。那些失穩(wěn)不容易的雜亂變形，變化不怎么快。因此，一定是那種本身就像波浪一樣的且具有合適的波長的變形得以快速發(fā)展，最終形狀被它決定。

當(dāng)然，氣流交界面的初始變形不會(huì)恰到好處地是拱橋路面那樣的弧形表面。但任何變形可以看成許許多多的波浪形變形疊加而來。這種從隨機(jī)的初始變形中“選擇”其中包含的令失穩(wěn)發(fā)展最快的波浪，也可以理解為一種優(yōu)勝劣汰。

在波浪云中，熱空氣遇到冷空氣后，其中的水蒸氣凝結(jié)成白色水霧，隨波浪一起運(yùn)動(dòng)，因此就形成了看得見的波浪云。

名片的翻滾下落以及燒開水形成六角形對(duì)流腔等，也是失穩(wěn)引起的多姿多彩的有序現(xiàn)象的例子。

蝴蝶效應(yīng) 失穩(wěn)導(dǎo)致的險(xiǎn)象與混亂

一只蝴蝶在巴西扇動(dòng)翅膀，就有可能在美國的得克薩斯引起一場(chǎng)龍卷風(fēng)。這就是所謂的蝴蝶效應(yīng)。當(dāng)然這只是說有這種可能性，實(shí)際上發(fā)生的概率極小。蝴蝶效應(yīng)是指某些不穩(wěn)定系統(tǒng)，稍微受到點(diǎn)擾動(dòng)，就會(huì)失穩(wěn)導(dǎo)致變化被放大的現(xiàn)象與混亂。

其實(shí)，蝴蝶翅膀扇動(dòng)很慢，每秒也就5～10次。蝴蝶那么小，扇動(dòng)翅膀時(shí)引起的氣流與氣壓變化當(dāng)然很小，怎么可能誘發(fā)龍卷風(fēng)呢？

在平路上要推動(dòng)一輛大卡車當(dāng)然很困難。如果這兩大卡車懸在懸崖邊上，你輕輕一推，就掉下去了，因?yàn)榭ㄜ囁幍臓顟B(tài)是極不穩(wěn)定的。如果卡車停在平坦路面上，你輕輕一推，它紋絲不動(dòng)，因?yàn)榭ㄜ囁幍臓顟B(tài)是穩(wěn)定的。同理，如果大氣條件恰好處在一個(gè)極度不穩(wěn)定狀態(tài)，蝴蝶效應(yīng)就有可能發(fā)生。

雪崩、煙柱的上層變成湍流、房屋倒塌、騷亂、踩踏事故、連環(huán)車禍、墜機(jī)事故、波濤洶涌等，均是失穩(wěn)導(dǎo)致的險(xiǎn)象或混亂。

用平底鍋燒水，水慢慢加熱，我們從上面可以看到被加熱的空氣蒸發(fā)形成的白霧，水可能在慢慢流動(dòng)，但幅度不大。如果持續(xù)一段時(shí)間，水會(huì)突然沸騰起來。這表明失穩(wěn)有可能特別快。

讓不穩(wěn)定變得穩(wěn)定（圖1.21）

有迎角的機(jī)翼產(chǎn)生抬頭力矩，因此飛行的機(jī)翼一般是不穩(wěn)定的。為了穩(wěn)定，就需要采用控制措施。水平尾翼包括鳥的尾翼就是用于控制這種不穩(wěn)定的。機(jī)翼抬頭的同時(shí)平尾也抬頭，機(jī)尾的平尾增加的升力相對(duì)于飛機(jī)重心的扭矩就與前方機(jī)翼增加的升力相對(duì)于飛機(jī)重心的扭矩大小相等，方向相反，相互抵消，保證飛機(jī)穩(wěn)定。

不難理解，導(dǎo)彈、船舶、火箭和弓箭，也是通過穩(wěn)定舵或箭羽來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定。稍微偏離方向，穩(wěn)定舵就獲得迎角，產(chǎn)生恢復(fù)姿態(tài)的扭矩。

秦弩采用三棱箭頭，也能幫助增加穩(wěn)定性。道理稍微復(fù)雜點(diǎn)。標(biāo)槍則因其使用性質(zhì)，不能加穩(wěn)定舵。通過改變質(zhì)量分布，讓質(zhì)心靠前，這樣遇到偏離方向的擾動(dòng)，產(chǎn)生的迎角升力近似作用在質(zhì)心上，就不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)的扭矩。

某些子彈在出膛前令其高速旋轉(zhuǎn)，這樣不容易跑偏，原來，旋轉(zhuǎn)也可以幫助物體運(yùn)動(dòng)時(shí)更穩(wěn)定。