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,倒不完就有可能它其他样化(有其他大大问题比这多样化得多,科学家都能轻松补救),却说可能并就有更根本的原因 :科学家在20世纪中叶发现,亲戚亲戚大伙所在的其他宇宙十分混乱,从其他方面而言全部不可预测。但在其他混沌深处,却又暗藏着其他令人惊奇的规律。我希望亲戚亲戚大伙能充分理解哪此规律,或许还前会 揭露出更多事情的真相。

  理解混沌

  物理学最美妙的其他便在于其“决定性”。我希望你了解某个系统的全部内部(这里所说的“系统”还前会 是单个粒子、也还前会 是地球上的天气规律、甚至还前会 是整个宇宙的演变史),也了解物理法则,你就还前会 精准地预测其他系统的未来走向。这却说所谓的“决定论”。物理学家正是利用其他点,对粒子、天气和整个宇宙的未来演化过程进行预测的。

  但亲戚亲戚大伙发现,自然界既具有决定性,又具有不可预测性。亲戚亲戚大伙最早在19世纪就意识到了其他点。当时的瑞典国王曾针对“三体大大问题”进行悬赏,谁能补救其他大大问题,便可得到奖励。三体大大问题研究的主却说利用牛顿法则预测物体的运动轨迹。我希望太阳系含有另一二个天体仅靠引力存在相互作用,牛顿的物理法则便能精确预测出它们的未来。但我希望向其他引力系统中引入第另一二个天体,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,但并未真正补救三体大大问题。相反,他针对该大大问题撰写了一篇论文,全部解释了该大大问题不可解的原因 。其中另一二个关键原因 是,系统起始时哪怕不到一丁点微小差别,到事先刚开始时前会原因 天差地别。

  其他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。无缘无故到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,科学家才事先很久开始转变观念。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,可能他每次输入的数据都全部相同,有很久他用的是计算机,理应很擅长做重复性工作才对。

  事实上,其他模拟系统的初始条件具有极高的敏感性。哪怕事先很久开始时不到其他点化整误差、连一百分之一就有到,也会原因 该系统模拟出的天气全然不同。

  洛伦兹发现的其他大大问题,却说所谓的“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内部。一般来说,可能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。但天气系统并就有如此 。一次微严重不足道的变化(如一只蝴蝶在南美洲扇了一下翅膀)便可能使天气存在巨变(如大西洋形成了一场新的飓风)。

  事实上,混沌系统无处找不到,甚至遍及整个宇宙。将另一二个单摆连接在如此 单摆末端,就得到了另一二个非常简单、却又十分混沌的系统;令庞加莱大伤脑筋的三体大大问题也是另一二个混沌系统;物种随时间的演变也是另一二个混沌系统……没错,混沌的确无处找不到。

  初始条件的敏感性原因 ,亲戚亲戚大伙永远无法对混沌系统做出准确预测,可能亲戚亲戚大伙可能得知系统存在的确切走向。我希望在其他过程中次要了一丁点,过了一段时间,你就搞不清系统的请况了。

  这却说天气预报可能百分之百精确的原因 。

  分形的秘密

  在其他不可选则性和混沌身后,深藏着其他令人惊讶的内部。哪此内部在“相空间”(phase space)中体现得淋漓尽致。“相空间”描述了另一二个系统在不同时间点上存在的请况。可能你知道另一二个系统在特定时间拥有哪此属性,就还前会 在相空间中描述出对应的点。随着系统不断演变,其请况和属性也在不断变化。我就再选则另一二个时间点,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太少。有了足够多的点,你就还前会 观察到系统在其他时期的行为变化了。

  其他系统会呈现出并就有叫青 “吸引子”的规律:无论你从哪里启动系统,它最终前会演变为当时人倾向的某个特定请况。同类,无论你在山谷中的哪个位置扔下另一二个球,它最终前会滚落到谷底。有很久谷底却说其他系统的“吸引子”。

  洛伦兹在研究上述简单天气系统的相空间时,也发现了另一二个吸引子。但其他吸引子不同于他事先见过的任何事物。他的天气系统就有一定规律可言,但同并就有请况从未重复再次出现过。也却说说,相空间中永远我太少 再次出现相互重叠的另一二个点。

  矛盾之处

  这看上去明显很矛盾:系统有另一二个吸引子,即系统会倾向于演变成某一系列请况;但同并就有请况从未再次出现过两次。唯一能描述其他特殊构造的不到所谓的“分形”内部。

  我希望将洛伦兹天气系统的相空间的某一次要放大观察,就会看多它的内部与整个相空间全部相同,只不过缩小了其他;而可能从其他次要中再截取出一次要放大观察,又会看多同另一二个“吸引子”的缩小版……以此类推。其他无论为什么我么我放大、看上去都与如此 相同的内部就叫做“分形”。

  有很久,该天气系统的确有另一二个吸引子,却说很奇特而已。有很久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可能存在奇异吸引子。

  亲戚亲戚大伙尚未弄清奇异吸引子的本质、它们的重要性、以及如可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。哪此混沌系统在一定程度上也可能具有决定性和可预测性,却说亲戚亲戚大伙目前还不甚了然。就目前来说,亲戚亲戚大伙还是先努力补救天气预报的大大问题吧。