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渾沌：一種新的自然觀 刊于《科技日?qǐng)?bào)》1997年8月11日 渾沌：一種新的自然觀 劉華杰 (100871,北京大學(xué)科學(xué)與社會(huì)研究中心副教授) 渾沌(chaos),，也作混沌，是一個(gè)有趣的概念,，近20年來(lái)又成了現(xiàn)代科學(xué)前沿研究的重要內(nèi)容,。渾沌、分形,、孤子、小波等是當(dāng)今非線性科學(xué)是最有影響的少數(shù)幾個(gè)科學(xué)概念,，據(jù)初步估計(jì),，到目前為止國(guó)際上已出版有關(guān)渾沌的專著300余部、科學(xué)論文3000篇以上,。 什么是渾沌?我們首先得限定一下研究范圍,，單就自然科學(xué)而言，渾沌指“確定性系統(tǒng)出現(xiàn)的一種有界的非周期的運(yùn)動(dòng)”,?！按_定性”是指制約系統(tǒng)演化的規(guī)則是確定性的，不含任何隨機(jī)因素,?！坝薪纭笔侵赶到y(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌道不會(huì)跑掉，被限定在一定范圍內(nèi)(數(shù)學(xué)上不穩(wěn)定的那種渾沌暫不考慮),?！胺侵芷凇笔侵高\(yùn)動(dòng)軌道不會(huì)首尾閉合(閉合了就成周期運(yùn)動(dòng)了),。這樣的一種運(yùn)動(dòng)有什么特別之處呢?大致說(shuō)來(lái)，這種運(yùn)動(dòng)局部非常不穩(wěn)定,，但整體上又十分穩(wěn)定,；停不下來(lái)，也跑不掉,。也可以這樣說(shuō)：軌道不穩(wěn)定,，但結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。你可以這樣設(shè)想：一個(gè)臺(tái)球在臺(tái)球桌上的框子里無(wú)摩擦,、無(wú)限地運(yùn)動(dòng),。 那么這種渾沌運(yùn)動(dòng)有什么深刻含義呢?我們得看滿足上述條件的運(yùn)動(dòng)類型究竟有什么特別的性質(zhì)。由于軌道停不下又跑不掉,，所以運(yùn)動(dòng)軌道對(duì)初始條件極其敏感,。也就是說(shuō)，初始條件只要有極微小的偏差,，隨后的演化則完全不同,。用“差之毫厘，謬以千里”形容一點(diǎn)不過(guò),。如果單純是分離,，事情也還好辦，問(wèn)題是空間有限,，軌道只能在有限空間內(nèi)折來(lái)折去,。“謬以千里”中的“千里”是指“折線”長(zhǎng)度,，其“直線”距離則很難說(shuō),，一會(huì)兒十分遙遠(yuǎn)，一會(huì)兒十分貼近,，甚至可以差一點(diǎn)就重合,。這種性質(zhì)意味著，對(duì)這類系統(tǒng)進(jìn)行通常意義下的預(yù)測(cè)變得幾乎不可能!即由于渾沌系統(tǒng)具有對(duì)初始條件的敏感依賴性,，其長(zhǎng)期行為不可預(yù)測(cè),。渾沌研究還表明，簡(jiǎn)單規(guī)則就能生成復(fù)雜性,，復(fù)雜現(xiàn)象背后也可能存在極簡(jiǎn)單的規(guī)律,。 人們馬上會(huì)問(wèn)，這類系統(tǒng)有多少,。如果很少,，沒(méi)有什么值得大驚小怪的。但事實(shí)是,，渾沌運(yùn)動(dòng)是非線性系統(tǒng)一種基本的運(yùn)動(dòng)類型,，大量非線性系統(tǒng)都能出現(xiàn)渾沌,。過(guò)去的科學(xué)十分注重線性問(wèn)題，發(fā)展了許多研究方法,、工具?，F(xiàn)在人們清楚地認(rèn)識(shí)到非線性是普遍的，線性只是特例,，只對(duì)局部情形成立,，要解決大量現(xiàn)實(shí)問(wèn)題必須研究非線性系統(tǒng)。 渾沌運(yùn)動(dòng)一經(jīng)數(shù)學(xué)家,、物理學(xué)家確證,，迅速引起科學(xué)界的震動(dòng)，有人形容當(dāng)時(shí)的感受“好像觸電似的”,。渾沌理論也自然引起哲學(xué)社會(huì)科學(xué)工作者的注意,，從渾沌的觀念看待一切原有的現(xiàn)象、問(wèn)題,，會(huì)得出新鮮的見(jiàn)解,。渾沌已具有世界觀、方法論意義,，特別地“渾沌自然觀”代表著人類認(rèn)識(shí)自然和自身的一場(chǎng)重大突破,。 渾沌理論首先是嚴(yán)格的科學(xué)，有艱深的內(nèi)容,，其次才是方法學(xué),、哲學(xué)上的啟示。現(xiàn)有的渾沌理論著作充滿大量數(shù)學(xué)公式和專業(yè)術(shù)語(yǔ),，要在短時(shí)間內(nèi)搞清楚它并非易事,。我寫(xiě)《渾沌之旅：科學(xué)與文化》(山東教育出版社1996年，北京“風(fēng)入松”書(shū)店有售)一書(shū)的動(dòng)機(jī)是,，以通俗的語(yǔ)言向一般讀者講解渾沌概念,，使更多的非專業(yè)讀者也能理解渾沌并感受渾沌理論帶來(lái)的震動(dòng)。在寫(xiě)作方法上還是動(dòng)了些腦筋,，先從《侏羅紀(jì)公園》入手，再提莊子寓言和《艾麗絲漫游奇境記》,，然后過(guò)渡到天氣預(yù)報(bào)問(wèn)題,，一步一步講渾沌的由來(lái)和內(nèi)涵。最后一章試圖作點(diǎn)文化學(xué)上的思辨,。作者的中心觀點(diǎn)是：非線性耦合創(chuàng)造系統(tǒng)的節(jié)律(渾沌也是一種重要節(jié)律),，節(jié)律通過(guò)頻率表現(xiàn)出來(lái)，子系統(tǒng)欲求得發(fā)展,，必須協(xié)調(diào)好自身頻率與環(huán)境及其他系統(tǒng)頻率之間的役使,、驅(qū)動(dòng)關(guān)系,。 文章來(lái)源： 刊于《科技日?qǐng)?bào)》1997年8月11日 |
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來(lái)自： 養(yǎng)生丸子 > 《混沌》
