不可预测的宇宙:暗藏着令人惊奇规律的混沌理论

  • 时间:
  • 浏览:11
  • 来源:5分快3技巧_五分快3玩法_五分快3官网
  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,倒不完是是否是不可能 它很繁杂(有或多或少问题图片比这繁杂得多,科学家都能轻松解决),就说 我不可能 并是是否是更根本的原困着:科学家在20世纪中叶发现,大伙所在的你这些宇宙十分混乱,从或多或少方面而言完整篇 不可预测。但在你这些混沌深处,却又暗藏着或多或少令人惊奇的规律。就说 大伙能充分理解哪些规律,或许还可以揭露出更多事情的真相。

  理解混沌

  物理学最美妙的或多或少便在于其“决定性”。就说 你了解某个系统的完整篇 行态(这里所说的“系统”还可以有单个粒子、也还可以有地球上的天气规律、甚至还可以有整个宇宙的演变史),也了解物理法则,你就还可以精准地预测你这些系统的未来走向。这就说 我所谓的“决定论”。物理学家正是利用你这些点,对粒子、天气和整个宇宙的未来演化过程进行预测的。

  但大伙发现,自然界既具有决定性,又具有不可预测性。大伙最早在19世纪就意识到了你这些点。当时的瑞典国王曾针对“三体问题图片”进行悬赏,谁能解决你这些问题图片,便可得到奖励。三体问题图片研究的主就说 我利用牛顿法则预测物体的运动轨迹。就说 太阳系所含一另另四个 天体仅靠引力地处相互作用,牛顿的物理法则便能精确预测出它们的未来。但就说 向你这些引力系统中引入第一另另四个 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,但并未真正解决三体问题图片。相反,他针对该问题图片撰写了一篇论文,完整篇 解释了该问题图片不可解的原困着。其中一另另四个 关键原困着是,系统起始时哪怕非要一丁点微小差别,到开始时是是否是原困着天差地别。

  你这些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。一另另四个 劲到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,不可能 他每次输入的数据都完整篇 相同,而且他用的是计算机,理应很擅长做重复性工作才对。

  事实上,你这些模拟系统的初始条件具有极高的敏感性。哪怕开始时非要或多或少点化整误差、连一百分之一是是否是到,也会原困着该系统模拟出的天气全然不同。

  洛伦兹发现的你这些问题图片,就说 我所谓的“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行态。一般来说,不可能 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。但天气系统并是是否是另一另另四个 。一次微缺乏道的变化(如一只蝴蝶在南美洲扇了一下翅膀)便不可能 使天气地处巨变(如大西洋形成了一场新的飓风)。

  事实上,混沌系统无处不在 ,甚至遍及整个宇宙。将一另另四个 单摆连接在另一另另四个 单摆末端,就得到了一另另四个 非常简单、却又十分混沌的系统;令庞加莱大伤脑筋的三体问题图片也是一另另四个 混沌系统;物种随时间的演变也是一另另四个 混沌系统……没错,混沌的确无处不在 。

  初始条件的敏感性原困着,大伙永远无法对混沌系统做出准确预测,不可能 大伙太少再可能 得知系统地处的确切走向。就说 在你这些过程中每项了一丁点,过了一段时间,你就搞不清系统的清况 了。

  这就说 我天气预报太少再可能 百分之百精确的原困着。

  分形的秘密

  在你这些不可选着性和混沌头上,深藏着或多或少令人惊讶的行态。哪些行态在“相空间”(phase space)中体现得淋漓尽致。“相空间”描述了一另另四个 系统在不同去间点上地处的清况 。不可能 你知道一另另四个 系统在特定时间拥哪些属性,就还可以在相空间中描述出对应的点。随着系统不断演变,其清况 和属性也在不断变化。而且你再选着一另另四个 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,你就还可以观察到系统在你这些时期的行为变化了。

  或多或少系统会呈现出并是是否是叫青 “吸引子”的规律:无论你从哪里启动系统,它最终是是否是演变为被委托人倾向的某个特定清况 。这些于,无论你在山谷中的哪个位置扔下一另另四个 球,它最终是是否是滚落到谷底。而且谷底就说 我你这些系统的“吸引子”。

  洛伦兹在研究上述简单天气系统的相空间时,也发现了一另另四个 吸引子。但你这些吸引子不同于他你会见过的任何事物。他的天气系统是是否是一定规律可言,但同并是是否是清况 从未重复老出过。也就说 我说,相空间中永远太少再老出相互重叠的一另另四个 点。

  矛盾之处

  这看上去明显很矛盾:系统有一另另四个 吸引子,即系统会倾向于演变成某一系列清况 ;但同并是是否是清况 从未老出过两次。唯一能描述你这些特殊构造的非要所谓的“分形”行态。

  就说 将洛伦兹天气系统的相空间的某一每项放大观察,就会看得人它的行态与整个相空间完整篇 相同,只不过缩小了或多或少;而不可能 从你这些每项中再截取出一每项放大观察,又会看得人同一另另四个 “吸引子”的缩小版……以此类推。你这些无论为社 放大、看上去都与另一另另四个 相同的行态就叫做“分形”。

  而且,该天气系统的确有一另另四个 吸引子,就说 我很奇特而已。而且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是是否是可能 地处奇异吸引子。

  大伙尚未弄清奇异吸引子的本质、它们的重要性、以及怎么才能 才能 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。哪些混沌系统在一定程度上就说 我可能 具有决定性和可预测性,就说 我大伙目前还不甚了然。就目前来说,大伙还是先努力解决天气预报的问题图片吧。