1963年,,美國氣象學(xué)家洛倫茲提出混沌理論,。混沌理論,、相對論和量子力學(xué)三者一起被列為20世紀(jì)的最偉大發(fā)現(xiàn)和科學(xué)傳世之作?;煦缋碚摓槿藗兠枥L了一幅嶄新的世界圖景,,它認(rèn)為有序與無序、有限與無限,、確定性與隨機性,、穩(wěn)定性與不穩(wěn)定性有機地統(tǒng)一在一起?;煦缋碚撜J(rèn)為在混沌系統(tǒng)中,,初始條件十分微小的變化,經(jīng)過不斷放大,,對其未來狀態(tài)會造成極其巨大的影響,,這就是蝴蝶效應(yīng)。它指出世界在絕大多數(shù)情況下都處于混沌狀態(tài),,整個世界就是一個混沌的海洋,。
什么是混沌和混沌理論
混沌指發(fā)生在確定性系統(tǒng)中的貌似隨機的不規(guī)則運動,是一種隱藏于隨機背后的全新的秩序,,是一種被限制在確定而且穩(wěn)定的范圍內(nèi)的混亂,,是各種有序的疊加,表現(xiàn)為無窮鑲嵌,、自相似的精細(xì)結(jié)構(gòu),。它在時間上非周期,,空間上非對稱,時時處處蘊含著豐富的隨機性,。
混沌是非線性系統(tǒng)普遍存在的現(xiàn)象,,是非線性動力系統(tǒng)的固有特性?;煦鐦?gòu)成了世界的主干,,它涵蓋一切領(lǐng)域,主宰著生生不息,、瞬息萬變的宇宙,。美國物理學(xué)家詹姆斯·格萊克在《混沌:開創(chuàng)新科學(xué)》中說:“跨越學(xué)科界限,是混沌研究的重要特點,。普適性,、標(biāo)度律、自相似性,、分形幾何學(xué),、符號動力學(xué)、重整化群等概念和方法,,正在超越原來數(shù)理學(xué)科的狹窄背景,,走進(jìn)化學(xué)、生物,、地學(xué),,乃至社會科學(xué)的廣闊天地?!?br> 美國氣象學(xué)家洛倫茲(E?Lorenz)等人創(chuàng)立的混沌理論,,主要揭示了以往科學(xué)未曾預(yù)料到的隱藏在混亂現(xiàn)象深處的驚人秩序,在簡單與復(fù)雜,、隨機與確定之間架起了一座橋梁,,從根本上消除了拉普拉斯決定論的可預(yù)測性觀念。作為當(dāng)代系統(tǒng)科學(xué)的重要組成部分,,與量子力學(xué)和相對論產(chǎn)生一樣,,它的出現(xiàn)對現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。
狂風(fēng)驟雨,、電閃雷鳴,、股市起伏、價格變化,、媒體傳播等都呈現(xiàn)出混沌性,。混沌理論具有三個重要特征,。
對初始條件的敏感依賴性,?!昂?yīng)”是其最明顯的特征?!昂?yīng)”是美國氣象學(xué)家洛倫茲在一次科學(xué)促進(jìn)會上的演講中提出的,,其大意是一只南美洲亞馬遜河流域熱帶雨林中的蝴蝶,偶爾扇動幾下翅膀,,卻很有可能于兩周后在美國德克薩斯州引起一場龍卷風(fēng),。作為一種混沌現(xiàn)象,“蝴蝶效應(yīng)”反映的是在一個系統(tǒng)中,,初始條件下細(xì)微的變化卻能帶動整個系統(tǒng)巨大的連鎖反應(yīng),,最終將會引起結(jié)果的極大差異。處于混沌狀態(tài)的系統(tǒng),,其長期行為將敏感地依賴于初始條件,。即從兩個極其臨近的初值出發(fā)的兩條軌道,在短時期內(nèi)其差距可能不大,,但在足夠長的時間以后會必然性地呈現(xiàn)出顯著的差異,。混沌理論的這一特征提示我們,,要對事物的初始狀態(tài)和初始條件保持高度的敏感性,,即使是微小差別,經(jīng)過不斷的放大,,也會按指數(shù)律增長,,很可能對未來狀態(tài)產(chǎn)生極大的影響。這是一種“差之毫厘,,失之千里”的現(xiàn)象。
確定性系統(tǒng)內(nèi)在的隨機性,?;煦缡谴_定性系統(tǒng)內(nèi)在固有的屬性,它所表現(xiàn)出的隨機性是確定性系統(tǒng)內(nèi)在的隨機性,。在混沌系統(tǒng)中,,確定性與隨機性共存,二者同時發(fā)揮作用,,隨機性被限制在確定性之中,。牛頓力學(xué)描述的是宇宙間的一切事物都像一架鐘表,它們按照確定的方式運行,,科學(xué)的任務(wù)就是闡明鐘表的結(jié)構(gòu),,揭示其運行規(guī)律。但是應(yīng)用牛頓定律只能解決線性問題,,而在自然界普遍存在著非線性,?;煦缋碚摰难芯縿t打破了牛頓式的鐘表型世界模式,破壞了這種模式的科學(xué)根基,,指出在絕大多數(shù)情況下世界都處于混沌狀態(tài),。
隱藏于隨機背后全新的秩序?;煦缦到y(tǒng)是一個復(fù)雜的非線性系統(tǒng),,但它并不是雜亂無章和無序可循的?;煦缦到y(tǒng)有無窮的內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu),,呈現(xiàn)著高度有序的微觀結(jié)構(gòu),它蘊含著豐富的隨機性,,但又絕不是完全無規(guī)律可循的混亂和無序,。混沌系統(tǒng)是一種無周期的有序性運動,,是一種不具備周期性和明顯對稱性的有序態(tài),,是一種隱藏于隨機背后全新的秩序,這些特性昭示著混沌系統(tǒng)會遵循一些基本而普遍的規(guī)律,。
混沌理論助推科學(xué)決策
混沌理論要求把正反饋和負(fù)反饋放在同樣重要的地位來看待,。正反饋能夠引發(fā)系統(tǒng)的重組,促進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展,;負(fù)反饋可以引導(dǎo)系統(tǒng)向預(yù)定目標(biāo)前進(jìn),,對所有偏離目標(biāo)的行為加以調(diào)節(jié)和控制,抵抗系統(tǒng)內(nèi)部的熵的增加,,使系統(tǒng)維持某種自穩(wěn)定狀態(tài),。
混沌理論認(rèn)為,線性系統(tǒng)不可能出現(xiàn)混沌,,只有非線性系統(tǒng)才有可能出現(xiàn)混沌,,非線性才是現(xiàn)實世界豐富多彩、復(fù)雜多變的真正根源,。線性是指量與量之間成直線,、按比例的關(guān)系,在時間上和空間上代表規(guī)則和光滑的運動,,而非線性則指不成直線,、不按比例的關(guān)系,代表的是不規(guī)則的運動和突變,。
有序是事物在時間延續(xù)中的周期性和空間排列上的規(guī)整性,,而無序則被認(rèn)為是時間中的隨機變化和空間上的偶然堆砌。現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展表明純粹的有序只是一種抽象的概念?;煦缋碚撜J(rèn)為,,事物是有序與無序的結(jié)合,在混沌的背后隱藏著一種奇異的秩序,,而在表面的有序背后隱藏著一種奇異的混沌,,混沌中包含有序,而有序中又包含著混沌,。