生活中的混沌現(xiàn)象

1、僅供個(gè)人參考生活中的混沌現(xiàn)象最近全國(guó)許多地方不是鬧旱災(zāi)就是發(fā)大水，貌似老天爺有點(diǎn)變化無(wú)常了。不過(guò)話說(shuō)回 來(lái)，這位老天爺好像愛(ài)你個(gè)從來(lái)都是變化無(wú)常的。記得小學(xué)時(shí)候?qū)W過(guò)一篇課文叫 看云識(shí)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(lái)預(yù)測(cè)天氣好多都不準(zhǔn)。從此心 中就有一個(gè)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(yàn)來(lái)預(yù)測(cè)天氣，但這種經(jīng)驗(yàn)性的方法誤差很大，往 往不能精確預(yù)報(bào)。我想那時(shí)候的人們一定會(huì)像，要是能精確預(yù)報(bào)天氣該多好??！那時(shí)的人們大多靠天吃飯，而且天氣與人們的聲場(chǎng)生活密切相關(guān)。幸運(yùn)的是現(xiàn)在我們有了計(jì)算機(jī)，有了衛(wèi)星云圖，精確預(yù)報(bào)明天甚至后天的天氣情況是-沒(méi)

2、多大問(wèn)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(gè)格點(diǎn)上某些氣象數(shù)據(jù)（氣壓、溫度、密度等）的值，然后在計(jì)算機(jī)上模擬這些 數(shù)據(jù)的時(shí)間演化。初始數(shù)據(jù)（即某個(gè)時(shí)刻氣象參數(shù)的值） 由衛(wèi)星、探空和地面觀測(cè)搜集獲得。 然后計(jì)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(gè)時(shí)刻的氣象數(shù)值， 當(dāng)然這些預(yù)測(cè)面臨著現(xiàn)實(shí)的檢驗(yàn)。這么說(shuō)只要知道初始值， 我們就應(yīng)該能夠預(yù)測(cè)將來(lái)任意時(shí)刻的天氣了，這是多么激動(dòng)人心??！ 但是結(jié)果讓所有人失望了， 大約一周后計(jì)算機(jī)模擬的與 實(shí)際的天氣情況的誤差已經(jīng)大得不可接受了。問(wèn)題到底出在哪呢？難道是計(jì)算機(jī)出錯(cuò)了？當(dāng)然計(jì)算機(jī)是很忠誠(chéng)的，它并

3、沒(méi)有出錯(cuò)。究其原因，是因?yàn)槿魏螠y(cè)量都會(huì)有誤差，無(wú)論過(guò)去、 現(xiàn)在、還是未來(lái)，誤差都將于我們同在，只要有測(cè)量，就一定有誤差，無(wú)論將來(lái)的測(cè)量技術(shù) 有多發(fā)達(dá)，這都是一個(gè)真理，因?yàn)槿魏螠y(cè)量都是有一定精度的。明白了這個(gè)事實(shí)，那么我們對(duì)于初始值的測(cè)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(huì)不服：“不就是一點(diǎn)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(huì)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(dòng)然后再輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬就可 以了。模擬結(jié)果不出所料，這么點(diǎn)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(guó)科學(xué)家愛(ài)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(méi)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(guò)是帶來(lái)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(zhǎng)期準(zhǔn)確預(yù)料”這一事實(shí)對(duì)于經(jīng)典的決定論是絕對(duì)不能容忍的。按照牛 頓力學(xué)，如果知道了一個(gè)系統(tǒng)初始時(shí)刻的狀態(tài)我們就能知道它在其他任何時(shí)刻的狀態(tài)。天體運(yùn)動(dòng)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(gè)（任意選擇的）初始

5、時(shí)刻的狀態(tài)，我們就應(yīng)該能夠確定它在其他任意時(shí)刻的狀態(tài)。在這點(diǎn)上，我認(rèn)為愛(ài)因斯坦和牛頓是一致的，愛(ài)因斯坦也堅(jiān)持認(rèn)為：上帝從來(lái)不擲骰子。這就是經(jīng)典的決定論， 對(duì)此拉普拉斯曾給出過(guò)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(gè)給定瞬間時(shí)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(gè)公式囊括宇宙中最龐大的物體和最微小原子的運(yùn)動(dòng)：對(duì)它來(lái)說(shuō)，沒(méi)有什么事情是不確定的， 無(wú)論將來(lái)還是過(guò)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(jiàn)證著

6、隨機(jī)性與確定性的搏斗。著名的法國(guó)數(shù)學(xué)家龐 加萊給出了他的觀點(diǎn)，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(shí)候我們說(shuō)這個(gè)結(jié)果歸因于隨機(jī)性。這么看來(lái)隨機(jī)性確實(shí)只是我們所看到的偽裝起來(lái)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(huì)是什么呢？是的， 就是它， 我們已經(jīng)提到過(guò)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(huì)出現(xiàn)混沌現(xiàn)象呢？現(xiàn)在我們知道了混沌其實(shí)是非線性系統(tǒng)在一 定條件下的一種狀態(tài)， 而事實(shí)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(lái)，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(kāi)始走向應(yīng)用階段，下面簡(jiǎn)單介紹一下混沌的應(yīng)用。 首先在天體運(yùn)動(dòng)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(yáng)運(yùn)行應(yīng)有穩(wěn)定的軌道。 但是事實(shí)并非如此， 由于它們離木 星較近， 而木星又是太陽(yáng)系最大的型星， 木星對(duì)小行星運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)期引力影響就可能引起小行 星進(jìn)入混沌運(yùn)動(dòng)。 其后果是小行星偏離原來(lái)的軌道， 有些甚至成為流星， 并不斷地散落到地 球上來(lái)。目前最流行的解釋恐龍滅絕的假說(shuō)就是 6500 萬(wàn)年前一顆大的小行星在混沌運(yùn)

8、動(dòng)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(shuō)有反饋的混沌?；煦缬捎谄涠鄻有?，它就可以提供充 分的選擇機(jī)會(huì)。 某種病菌入侵體內(nèi)后， 人體的生產(chǎn)器官就開(kāi)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(hào)的分子能完全包圍入侵者時(shí)， 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(gè)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(wú)正文僅供個(gè)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