内容发布更新时间 : 2024/12/24 10:37:41星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

神秘的混沌理论

神秘的混沌理论

物理师范 胡晖130112748

宇宙起于混沌，也比终将归于混沌。我们对于混沌的研究也只是开了个头。 图灵相信数学可以用来描述生物系统，包括最高级的智能。正是这种痴迷，诞生了一种更激进的思想诞生。那个思想就是胚胎发育的神秘过程可以用简单的数学描述表示。这种令人迷惑的过程叫做生态发生。他领悟了万物的创造源于简单的规则的思想，向着科学新领域迈出了第一步。 鲍里斯·别洛乌索夫在试验中发现混合溶液周期性地在无色和有色间来回变化。他的化学振荡反应，绝未违背物理定律，而是一个现实世界里可用图灵方程式精确预测的例子。 20世纪初业之前，科学家一直把宇宙看作是一个巨大而复杂的机械装置，像是这个星像仪的超大版。他们认为宇宙是个庞大而错综复杂的机器，遵守着有序的数学规则。如果你知道这个机器如何启动，那么只需一圈圈转动手柄，它就完全按预测的方式运动。

但一旦事物开始运动，就一直遵循规律。人们从中发现，只要能用数学规则描述的东西，事实上都相当简单：只要找到描述某个系统的数学方程，就可以以此预测该系统的走向。牛顿物理学说就像终极水晶球，提出一种诱人的可能性，即未来大体上是可预测的，你测量得越仔细，对未来的预测就越精准。

20世纪下半业，人们发现了一个细节错误，正是这个细节，击碎了牛顿学说的美梦。让我们骤然陷入了一片混沌。

讽刺的是，让科学家接受自组织观点的，正是一种称为混沌现象的发现。

Chaos是英语的常用词，但其在科学里没有特定含义。它表示一个完全由数学方程描述的系统。即使不存在外界干扰，也是不可预测的。

混沌是科学史上最不受欢迎的发现之一。迫使科学界正视它的，是位美国气象学家，爱德华德·洛伦斯。20世纪60年代早期，他试图找到可以预测天气的数学方程，与那个时代的所有人一样，他相信，气象系统原理上与星象仪无异，都是可以用数学描述和预测的机械系统。但事实并非如此，当洛伦斯用看似很简单的数学方程来描述气流运动时，所得结果与实际大相径庭。没有获得任何有用的预测。

像星象仪一样按钟表工作机理工作的简单系统怎能如此难料呢？这取决于系统的设定，齿轮的衔接，要即定的环境下。初始时，齿轮上哪怕是最微小的差别，小到无法衡量的差别也会在运动中越变越大。随着系统一步步运作，结果会离原来的设想越来越远。

我们都曾相信，随着电脑计算能力的不断提升，我们必然能够解出更加复杂的方程。混沌理论认为这种想法不一定对，哪怕是你能想到的最简单的方程式不含任何随机因子，一切可知，但只要运行过程中出现一点点偏差，结果也会跟最初的设想大相径庭。 混沌理论在近二三十年间，影响巨大。它改变了所有人对科学研究的看法，让人们接受了与之间截然不同的理论。混沌理论说明，简单数学具有的内在可能性，比你想象的要广泛而普遍得多，所以宇宙真如钟表装置，也可能带给我们纷繁复杂的体验。

混沌理论的发现，是科学史上真正的转折点，它撕碎了牛顿学说的美梦，科学家们开始偏好图灵和别洛乌索夫关于自发模型形成的学说。更重要的是，他们也着手研究此理论，他们发现了真正惊人的东西，就是有一种出乎意料的深深联系，一种真正无尽的联系，存在于自然界自组织的神奇力量和蝴蝶效应的混沌结果之间。

从20世纪70年代起，越来越多的科学家开始接受混沌与模式是自然界最基本规则这一观念。曼德勃罗特教授在二十世纪七十年代发现了曼德勃罗集，这是人类有史以来做出的最奇异,最瑰丽的几何图形.曾被称为“上帝的指纹”。并且更进一步发明了“碎形”的概念，

区别于欧几里德式基于长度，深度，厚度上的古典几何学。碎形演绎的是一种自然几何学：在不规则中蕴藏着某种规则的秩序，却和尺寸无关，就算放大或缩小，其中的复杂程度并未因此减弱。碎形试图解释过去被科学忽略的非线性现象与大自然的复杂结构间的联系。

我们目睹了自然界的复杂后，不禁会问：复杂是从何而来的？我们的思维定式认为：复杂不可能来源于简单，它必然脱胎于同样复杂的事物。我们让复杂守恒了，但这个领域的数学研究告诉我们的就是十分简单的规则自发的产生了复杂的事物。因此，你面对一项看起来复杂的事物时，想想触发它的规则，其实很简单。因此，从两个不同的角度来看，同一件事物，既简单，又复杂，这意味着我们必须重新考虑简单和复杂的关系。复杂系统可以建立于简单的规则的基础之上，这是巨大的发现，同样也是惊人的想法。它似乎可以应用到全世界。

人们对自发模式形成的观点感到不自在的原因之一，就是无论如何都不需要一个创造者。

不过真正聪明的设计师，应该会把宇宙看作一个巨大的模拟器，只需设定初始条件，然后就让它自然而然地发展，这会是一个充满着神奇而美丽的过程。

模式形成的数学表达，表明同样的模式可见于各种物理、生物和化学系统中，而究其本质，它们都建立在同样的数学基础之上。

隐藏在表像之下的，是随处可见的美丽图案。这是一个令人兴奋的想法。

我们最终可以从中得出什么样的结论呢？那就是宇宙中所有的复杂性，及其无尽魅力，都来源于毋庸思索的简单规则的不断重复。但请记住，尽管这个过程十分强大，却依然是不可预知的。虽然我可以自信地告诉你，未来是令人惊叹的，但我也可以说，就算有了科学确定性，我依然不清楚未来的样子。