国产精品 久久久精品,亚洲午夜福利精品久久完整版,国产精品女人呻吟在线观看,人妻少妇精品无码专区二

1
2
位置:西E網(wǎng)首頁 > 解密 > 不可預(yù)測的宇宙:暗藏著令人驚奇規(guī)律的混沌理論

不可預(yù)測的宇宙:暗藏著令人驚奇規(guī)律的混沌理論

編輯:黃榮      信息來源: 西e網(wǎng)-新浪網(wǎng)發(fā)布時間:2019-12-16

 
  據(jù)國外媒體報道,精確進(jìn)行天氣預(yù)報是件非常困難的事情,倒不完全是因為它很復(fù)雜(有許多問題比這復(fù)雜得多,科學(xué)家都能輕松解決),而是由于某種更根本的原因:科學(xué)家在20世紀(jì)中葉發(fā)現(xiàn),我們所在的這個宇宙十分混亂,從許多方面而言完全不可預(yù)測。但在這種混沌深處,卻又暗藏著一些令人驚奇的規(guī)律。假如我們能充分理解這些規(guī)律,或許可以揭露出更多事情的真相。
 
  理解混沌
 
  物理學(xué)最美妙的一點(diǎn)便在于其“決定性”。假如你了解某個系統(tǒng)的全部特性(這里所說的“系統(tǒng)”可以是單個粒子、也可以是地球上的天氣規(guī)律、甚至可以是整個宇宙的演變史),也了解物理法則,你就可以精準(zhǔn)地預(yù)測這個系統(tǒng)的未來走向。這就是所謂的“決定論”。物理學(xué)家正是利用這一點(diǎn),對粒子、天氣和整個宇宙的未來演化過程進(jìn)行預(yù)測的。
 
  但我們發(fā)現(xiàn),自然界既具有決定性,又具有不可預(yù)測性。我們最早在19世紀(jì)就意識到了這一點(diǎn)。當(dāng)時的瑞典國王曾針對“三體問題”進(jìn)行懸賞,誰能解決這一問題,便可得到獎勵。三體問題研究的主要是利用牛頓法則預(yù)測物體的運(yùn)動軌跡。假如太陽系中有兩個天體僅靠引力發(fā)生相互作用,牛頓的物理法則便能精確預(yù)測出它們的未來。但假如向這個引力系統(tǒng)中引入第三個天體,就無法對該系統(tǒng)的未來進(jìn)行預(yù)測了。
 
  具有爭議性的超級天才、法國數(shù)學(xué)家亨利·彭加萊(Henri Poincaré)贏得了此次懸賞,但并未真正解決三體問題。相反,他針對該問題撰寫了一篇論文,詳細(xì)解釋了該問題不可解的原因。其中一個關(guān)鍵原因是,系統(tǒng)起始時哪怕只有一丁點(diǎn)微小差別,到結(jié)束時都會導(dǎo)致天差地別。
 
  這一觀點(diǎn)在當(dāng)并未得到重視,物理學(xué)家仍然認(rèn)為宇宙是決定性的。一直到20世紀(jì)中葉,愛德華·洛倫茲(Edward Lorenz)利用早期計算機(jī)研究地球天氣的簡單模型后,科學(xué)家才開始轉(zhuǎn)變觀念。洛倫茲發(fā)現(xiàn),每次他重啟模擬時,得到的結(jié)果都相差甚遠(yuǎn)。這令他十分詫異,因為他每次輸入的數(shù)據(jù)都完全相同,而且他用的是計算機(jī),理應(yīng)很擅長做重復(fù)性工作才對。
 
  事實上,這種模擬系統(tǒng)的初始條件具有極高的敏感性。哪怕開始時只有一點(diǎn)點(diǎn)化整誤差、連一百分之一都不到,也會導(dǎo)致該系統(tǒng)模擬出的天氣全然不同。
 
  洛倫茲發(fā)現(xiàn)的這種現(xiàn)象,就是所謂的“混沌”。
 
  暗中摸索
 
  正如龐加萊最早發(fā)現(xiàn)的那樣,這正是混沌系統(tǒng)的標(biāo)志性特征。一般來說,如果對系統(tǒng)的初始條件稍加改動,最終輸出的結(jié)果僅會稍有不同。但天氣系統(tǒng)并不是這樣。一次微不足道的變化(如一只蝴蝶在南美洲扇了一下翅膀)便可能使天氣發(fā)生巨變(如大西洋形成了一場新的颶風(fēng))。
 
  事實上,混沌系統(tǒng)無處不在,甚至遍及整個宇宙。將一個單擺連接在另一個單擺末端,就得到了一個非常簡單、卻又十分混沌的系統(tǒng);令龐加萊大傷腦筋的三體問題也是一個混沌系統(tǒng);物種隨時間的演變也是一個混沌系統(tǒng)……沒錯,混沌的確無處不在。
 
  初始條件的敏感性意味著,我們永遠(yuǎn)無法對混沌系統(tǒng)做出準(zhǔn)確預(yù)測,因為我們不可能得知系統(tǒng)所處的確切走向。只要在這一過程中偏離了一丁點(diǎn),過了一段時間,你就搞不清系統(tǒng)的狀態(tài)了。
 
  這就是天氣預(yù)報不可能百分之百精確的原因。
 
  分形的秘密
 
  在這種不可確定性和混沌背后,深藏著許多令人驚訝的特征。這些特征在“相空間”(phase space)中體現(xiàn)得淋漓盡致。“相空間”描述了一個系統(tǒng)在不同時間點(diǎn)上所處的狀態(tài)。如果你知道一個系統(tǒng)在特定時間擁有哪些屬性,就可以在相空間中描述出對應(yīng)的點(diǎn)。隨著系統(tǒng)不斷演變,其狀態(tài)和屬性也在不斷變化。你可以再選取一個時間點(diǎn),在相空間中描述出與該時間點(diǎn)對應(yīng)的點(diǎn)。這般持續(xù)下去,相空間中描述的點(diǎn)越積越多。有了足夠多的點(diǎn),你就可以觀察到系統(tǒng)在這一時期的行為變化了。
 
  有些系統(tǒng)會呈現(xiàn)出一種名叫“吸引子”的規(guī)律:無論你從哪里啟動系統(tǒng),它最終都會演變?yōu)樽约簝A向的某個特定狀態(tài)。例如,無論你在山谷中的哪個位置扔下一個球,它最終都會滾落到谷底。因此谷底就是這個系統(tǒng)的“吸引子”。
 
  洛倫茲在研究上述簡單天氣系統(tǒng)的相空間時,也發(fā)現(xiàn)了一個吸引子。但這個吸引子不同于他之前見過的任何事物。他的天氣系統(tǒng)也有一定規(guī)律可言,但同一種狀態(tài)從未重復(fù)出現(xiàn)過。也就是說,相空間中永遠(yuǎn)不會出現(xiàn)相互重疊的兩個點(diǎn)。
 
  矛盾之處
 
  這看上去明顯很矛盾:系統(tǒng)有一個吸引子,即系統(tǒng)會傾向于演變成某一系列狀態(tài);但同一種狀態(tài)從未出現(xiàn)過兩次。唯一能描述這種特殊構(gòu)造的只有所謂的“分形”結(jié)構(gòu)。
 
  假如將洛倫茲天氣系統(tǒng)的相空間的某一部分放大觀察,就會看到它的結(jié)構(gòu)與整個相空間完全相同,只不過縮小了一些;而如果從這一部分中再截取出一部分放大觀察,又會看到同一個“吸引子”的縮小版……以此類推。這種無論怎么放大、看上去都與原來相同的結(jié)構(gòu)就叫做“分形”。
 
  因此,該天氣系統(tǒng)的確有一個吸引子,只是很奇特而已。因此科學(xué)家按字面意思將其命名為“奇異吸引子”。事實上,不僅是天氣系統(tǒng)、任何種類的混沌系統(tǒng)中都可能存在奇異吸引子。
 
  我們尚未弄清奇異吸引子的本質(zhì)、它們的重要性、以及如何在不可預(yù)測的混沌系統(tǒng)中運(yùn)用它們。在數(shù)學(xué)界和科學(xué)界,這仍然是一片全新的領(lǐng)域。這些混沌系統(tǒng)在一定程度上也可能具有決定性和可預(yù)測性,只是我們目前還不甚了然。就目前來說,我們還是先努力解決天氣預(yù)報的問題吧。
信息產(chǎn)業(yè)部備案號 隴ICP備10200311號互聯(lián)網(wǎng)新聞信息服務(wù)許可證編號6201021|中國互聯(lián)網(wǎng)視聽節(jié)目服務(wù)自律公約 版權(quán)所有:中共白銀市委網(wǎng)信辦
西e網(wǎng)運(yùn)營維護(hù):西e網(wǎng)IDC中心技術(shù)支持:西e網(wǎng)技術(shù)服務(wù)中心 白銀鴻途網(wǎng)絡(luò)科技有限公司
未經(jīng)本站許可不得建立鏡像連接,相關(guān)權(quán)益受法律保護(hù)。