生活中的混沌現(xiàn)象

1、僅供個人參考生活中的混沌現(xiàn)象最近全國許多地方不是鬧旱災(zāi)就是發(fā)大水，貌似老天爺有點變化無常了。不過話說回 來，這位老天爺好像愛你個從來都是變化無常的。記得小學(xué)時候?qū)W過一篇課文叫 看云識天氣學(xué)完后將信將疑的，回去試了一下，發(fā)現(xiàn)根據(jù)那些云來預(yù)測天氣好多都不準(zhǔn)。從此心 中就有一個結(jié)一一我們到底能不能知道明天到底是什么天氣呢？在氣象學(xué)出現(xiàn)之前人們只能根據(jù)經(jīng)驗來預(yù)測天氣，但這種經(jīng)驗性的方法誤差很大，往 往不能精確預(yù)報。我想那時候的人們一定會像，要是能精確預(yù)報天氣該多好啊！那時的人們大多靠天吃飯，而且天氣與人們的聲場生活密切相關(guān)。幸運的是現(xiàn)在我們有了計算機(jī)，有了衛(wèi)星云圖，精確預(yù)報明天甚至后天的天氣情況是-沒

2、多大問題的。更進(jìn)一步，氣象學(xué)家已經(jīng)建立了大氣環(huán)流模型。模型的思想是用網(wǎng)格劃分全球，確定每個格點上某些氣象數(shù)據(jù)（氣壓、溫度、密度等）的值，然后在計算機(jī)上模擬這些 數(shù)據(jù)的時間演化。初始數(shù)據(jù)（即某個時刻氣象參數(shù)的值） 由衛(wèi)星、探空和地面觀測搜集獲得。 然后計算機(jī)用這些數(shù)據(jù)、已知的山脈位置及其他許多資料，算出之后某個時刻的氣象數(shù)值， 當(dāng)然這些預(yù)測面臨著現(xiàn)實的檢驗。這么說只要知道初始值， 我們就應(yīng)該能夠預(yù)測將來任意時刻的天氣了，這是多么激動人心??！ 但是結(jié)果讓所有人失望了， 大約一周后計算機(jī)模擬的與 實際的天氣情況的誤差已經(jīng)大得不可接受了。問題到底出在哪呢？難道是計算機(jī)出錯了？當(dāng)然計算機(jī)是很忠誠的，它并

3、沒有出錯。究其原因，是因為任何測量都會有誤差，無論過去、 現(xiàn)在、還是未來，誤差都將于我們同在，只要有測量，就一定有誤差，無論將來的測量技術(shù) 有多發(fā)達(dá)，這都是一個真理，因為任何測量都是有一定精度的。明白了這個事實，那么我們對于初始值的測量就變得不是那么準(zhǔn)確了，雖然可能只有十分微小的誤差?；蛟S有人會不服：“不就是一點微小的誤差嘛！至于造成這么大的影響嗎？” 為了證明初始值的微笑誤差會造成氣象上的巨大變化，我們只需將初始值做十分微小的變動然后再輸入計算機(jī)進(jìn)行模擬就可 以了。模擬結(jié)果不出所料，這么點小小的誤差（就像一股小小的風(fēng)）卻造成了巨大的氣象災(zāi)難。發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象的美國科學(xué)家愛德華洛倫茨形象地稱之為“

4、蝴蝶效應(yīng)”。洛倫茨發(fā)現(xiàn)了 “蝴蝶效應(yīng)”之后并沒有停留在這表面的現(xiàn)象上，若停留在可預(yù)料性被 單純的隨機(jī)性戰(zhàn)勝這一圖像上，那他不過是帶來了一條非常壞的消息而已。洛倫茨看到的不僅僅是隨機(jī)性潛伏在他的氣象模型中，他還看到一種精致的幾何結(jié)構(gòu)，這是一種偽裝成隨機(jī)性的規(guī)律性，這就是混沌！“天氣是不可長期準(zhǔn)確預(yù)料”這一事實對于經(jīng)典的決定論是絕對不能容忍的。按照牛 頓力學(xué)，如果知道了一個系統(tǒng)初始時刻的狀態(tài)我們就能知道它在其他任何時刻的狀態(tài)。天體運動是牛頓力學(xué)的第一塊試金石，根據(jù)牛頓力學(xué)預(yù)言的眾多天文現(xiàn)象如海王星的位置一再證 明它的可靠性。它給出的是一副完全確定的世界圖景：如果我們知道宇宙在某個（任意選擇的）初始

5、時刻的狀態(tài)，我們就應(yīng)該能夠確定它在其他任意時刻的狀態(tài)。在這點上，我認(rèn)為愛因斯坦和牛頓是一致的，愛因斯坦也堅持認(rèn)為：上帝從來不擲骰子。這就是經(jīng)典的決定論， 對此拉普拉斯曾給出過一段優(yōu)美而著名的描述：一種智慧，如果他能夠知道，使得自然界生機(jī)勃勃的所有力，以及構(gòu)成自然的所有元 素各自的狀態(tài)，在某個給定瞬間時的全部情況，進(jìn)而，如果它豬狗龐大以至于可以分析所有這些數(shù)據(jù)，那么它將可以用同一個公式囊括宇宙中最龐大的物體和最微小原子的運動：對它來說，沒有什么事情是不確定的， 無論將來還是過去都將呈現(xiàn)在它眼中。 已經(jīng)能夠早就完美 天文學(xué)的人類的頭腦，朦朧地顯現(xiàn)了這種智慧的樣子。那么到底孰是孰非呢？此刻我們見證著

6、隨機(jī)性與確定性的搏斗。著名的法國數(shù)學(xué)家龐 加萊給出了他的觀點，這是一段相當(dāng)精辟的描述：被我們忽略了的非常微小的原因決定著我 們不可忽略的的可觀的結(jié)果，而時候我們說這個結(jié)果歸因于隨機(jī)性。這么看來隨機(jī)性確實只是我們所看到的偽裝起來的表面現(xiàn)象，隨機(jī)性背后肯定還隱藏著更為本質(zhì)的東西，或 許那就是自然界的本質(zhì)， 那會是什么呢？是的， 就是它， 我們已經(jīng)提到過的混沌偽裝成 隨機(jī)性的規(guī)律性。那么什么樣的系統(tǒng)才會出現(xiàn)混沌現(xiàn)象呢？現(xiàn)在我們知道了混沌其實是非線性系統(tǒng)在一 定條件下的一種狀態(tài)， 而事實上幾乎自然界存在的所有系統(tǒng)都是非線性的， 在一定條件下都 能產(chǎn)生混沌現(xiàn)象。自 20 世紀(jì) 70 年代末以來，在世界學(xué)

7、術(shù)界迅速掀起了研究混沌的熱潮，從數(shù)學(xué)到物理 學(xué)乃至天文學(xué)、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等等其他自然科學(xué)領(lǐng)域?；煦缋碚撛?20 世紀(jì) 90 年代開始走向應(yīng)用階段，下面簡單介紹一下混沌的應(yīng)用。 首先在天體運動方面，混沌理論可以解釋火星與木星之間的小行星的分布。假如僅僅 根據(jù)牛頓力學(xué)， 這些小行星繞太陽運行應(yīng)有穩(wěn)定的軌道。 但是事實并非如此， 由于它們離木 星較近， 而木星又是太陽系最大的型星， 木星對小行星運動的長期引力影響就可能引起小行 星進(jìn)入混沌運動。 其后果是小行星偏離原來的軌道， 有些甚至成為流星， 并不斷地散落到地 球上來。目前最流行的解釋恐龍滅絕的假說就是 6500 萬年前一顆大的小行星在混沌運

8、動中 脫離小行星帶撞擊地球?qū)е铝丝铸垳缃^。其次，人體的免疫反應(yīng)也可以說有反饋的混沌?；煦缬捎谄涠鄻有裕涂梢蕴峁┏?分的選擇機(jī)會。 某種病菌入侵體內(nèi)后， 人體的生產(chǎn)器官就開始制造各種各樣的分子， 并把它 們輸送到病菌入侵出。 當(dāng)發(fā)現(xiàn)某種型號的分子能完全包圍入侵者時， 就先生產(chǎn)器官發(fā)出反饋 信息。不得用于商業(yè)用途僅供個人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu

9、 kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l ' e tude et la recherche uniquementa des fins personnelles; pasa des fins commerciales.to員bko gA.nrogeHKO TOpMenob3ygoiccH6yHeHuac egoB u HHuefigoHMucno 員 B30BaTbCEb KOMMepqeckuxqe 員 ex.For personal use only in study and research; not for commercial use以下無正文僅供個人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l ' e tude et la recherche uniquementa de