不可预测的宇宙:暗藏着令人惊奇规律的混沌理论

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  新浪科技讯 北京时间12月16日消息,据国外媒体报道,精确进行天气预报是件非常困难的事情,倒不完算不算为何让它很复杂性(有一点疑问比这复杂性得多,科学家都能轻松防止),为何让为何让一点更根本的原因分析分析:科学家在20世纪中叶发现,大家所在的一点宇宙十分混乱,从一点方面而言删剪不可预测。但在一点混沌深处,却又暗藏着一点令人惊奇的规律。假如有一天大家能充分理解那先 规律,或许能没人揭露出更多事情的真相。

  理解混沌

  物理学最美妙的一点便在于其“决定性”。假如有一天你了解某个系统的删剪形态(这里所说的“系统”能没人是单个粒子、都时会 没人是地球上的天气规律、甚至能没人是整个宇宙的演变史),也了解物理法则,你就能没人精准地预测一点系统的未来走向。这为何让所谓的“决定论”。物理学家正是利用一点点,对粒子、天气和整个宇宙的未来演化过程进行预测的。

  但大家发现,自然界既具有决定性,又具有不可预测性。大家最早在19世纪就意识到了一点点。当时的瑞典国王曾针对“三体疑问”进行悬赏,谁能防止一点疑问,便可得到奖励。三体疑问研究的主为何让利用牛顿法则预测物体的运动轨迹。假如有一天太阳系包含曾经天体仅靠引力位于相互作用,牛顿的物理法则便能精确预测出它们的未来。但假如有一天向一点引力系统中引入第曾经天体,就无法对该系统的未来进行预测了。

  具有争议性的超级天才、法国数学家亨利·彭加莱(Henri Poincaré)赢得了此次悬赏,但并未真正防止三体疑问。相反,他针对该疑问撰写了一篇论文,删剪解释了该疑问不可解的原因分析分析。其中曾经关键原因分析分析是,系统起始时哪怕没人一丁点微小差别,到现在开始时算不算原因分析分析天差地别。

  一点观点在当并未得到重视,物理学家仍然认为宇宙是决定性的。老要到20世纪中叶,爱德华·洛伦兹(Edward Lorenz)利用早期计算机研究地球天气的简单模型后,科学家才现在开始转变观念。洛伦兹发现,每次他重启模拟时,得到的结果都相差甚远。这令他十分诧异,为何让他每次输入的数据都删剪相同,为何让他用的是计算机,理应很擅长做重复性工作才对。

  事实上,一点模拟系统的初始条件具有极高的敏感性。哪怕现在开始时没人一点点化整误差、连一百分之一算不算到,也会原因分析分析该系统模拟出的天气全然不同。

  洛伦兹发现的一点疑问,为何让所谓的“混沌”。

  暗中摸索

  正如庞加莱最早发现的那样,这正是混沌系统的标志性形态。一般来说,为何让对系统的初始条件稍加改动,最终输出的结果仅会稍有不同。但天气系统从算不算另曾经。一次微匮乏道的变化(如一只蝴蝶在南美洲扇了一下翅膀)便为何让使天气位于巨变(如大西洋形成了一场新的飓风)。

  事实上,混沌系统无处沒有,甚至遍及整个宇宙。将曾经单摆连接在另曾经单摆末端,就得到了曾经非常简单、却又十分混沌的系统;令庞加莱大伤脑筋的三体疑问也是曾经混沌系统;物种随时间的演变也是曾经混沌系统……没错,混沌的确无处沒有。

  初始条件的敏感性原因分析分析,大家永远无法对混沌系统做出准确预测,为何让大家不为何让得知系统位于的确切走向。假如有一天在一点过程中每种了一丁点,过了一段时间,你就搞不清系统的情况了。

  这为何让天气预报不为何让百分之百精确的原因分析分析。

  分形的秘密

  在一点不可确定 性和混沌手中,深藏着一点令人惊讶的形态。那先 形态在“相空间”(phase space)中体现得淋漓尽致。“相空间”描述了曾经系统在不一同间点上位于的情况。为何你时会 知道曾经系统在特定时间拥有那先 属性,就能没人在相空间中描述出对应的点。随着系统不断演变,其情况和属性也在不断变化。给你再确定 曾经时间点,在相空间中描述出与该时间点对应的点。这般持续下去,相空间中描述的点越积很多。有了足够多的点,你就能没人观察到系统在一点时期的行为变化了。

  一点系统会呈现出一点又名“吸引子”的规律:无论你从哪里启动系统,它最终算不算演变为被委托人倾向的某个特定情况。之类,无论你在山谷中的哪个位置扔下曾经球,它最终算不算滚落到谷底。为何让谷底为何让一点系统的“吸引子”。

  洛伦兹在研究上述简单天气系统的相空间时,也发现了曾经吸引子。但一点吸引子不同于他前一天见过的任何事物。他的天气系统算不算一定规律可言,但同一点情况从未重复老要老出过。也为何让说,相空间中永远很多再老要老出相互重叠的曾经点。

  矛盾之处

  这看上去明显很矛盾:系统有曾经吸引子,即系统会倾向于演变成某一系列情况;但同一点情况从未老要老出过两次。唯一能描述一点特殊构造的没人所谓的“分形”形态。

  假如有一天将洛伦兹天气系统的相空间的某一每种放大观察,就会看一遍它的形态与整个相空间删剪相同,只不过缩小了一点;而为何让从一点每种中再截取出一每种放大观察,又会看一遍同曾经“吸引子”的缩小版……以此类推。一点无论为何放大、看上去都与另曾经相同的形态就叫做“分形”。

  为何让,该天气系统的确有曾经吸引子,为何让很奇特而已。为何让科学家按字面意思将其命名为“奇异吸引子”。事实上,不仅是天气系统、任何种类的混沌系统中都为何让位于奇异吸引子。

  大家尚未弄清奇异吸引子的本质、它们的重要性、以及咋样在不可预测的混沌系统中运用它们。在数学界和科学界,这仍然是一片全新的领域。那先 混沌系统在一定程度上也为何让具有决定性和可预测性,为何让大家目前还不甚了然。就目前来说,大家还是先努力防止天气预报的疑问吧。