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双摆 · 初值敏感

十几个摆同时释放,初值只差 0.1°。前两秒几乎重合,之后却各走各的—— 不是数值误差,是确定性系统自己把差别指数放大。

运行中 · 14 条轨迹
下球质量 m₂ 1.0 kg
下杆长 L₂ 1.00 m
初始角 θ₁ 150°
初值离散 ε
框架:经典力学 · 描述:质点 · 拉格朗日方程
两条轨迹的末端距离正在指数增长——这就是“初值敏感”。
为什么 0.1° 会变成完全不同的轨迹

双摆的运动方程是确定的:给定四个初值(θ₁、ω₁、θ₂、ω₂),之后每一步都能算出来。 但相邻初值的距离会按 e^{λt} 增长,λ 就是最大李雅普诺夫指数。 本页参数下 λ ≈ 3–5 s⁻¹:0.1° 的差别大约 1 秒翻一倍,十几秒后就是整个摆长。

所以“预测”失效不是因为方程错了,而是因为初值永远测不到无限精确。 把 ε 调到 0.05°,只会晚一点分岔,不会避免分岔。