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:1
  • 来源:五分排列3app下载-五分排列3app下载安装
  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,倒不完都是肯能它很简化(有某些疑问比这简化得多,科学家都能轻松除理),倘若肯能某些更根本的原因分析分析:科学家在20世纪中叶发现,亲戚亲戚朋友所在的某些宇宙十分混乱,从某些方面而言完整篇 不可预测。但在某些混沌深处,却又暗藏着某些令人惊奇的规律。倘若亲戚亲戚朋友能充分理解那先 规律,或许都还要揭露出更多事情的真相。

  理解混沌

  物理学最美妙的某些便在于其“决定性”。倘若你了解某个系统的完整篇 形状(这里所说的“系统”都还但是 单个粒子、也都还但是 地球上的天气规律、甚至都还但是 整个宇宙的演变史),也了解物理法则,你就都还要精准地预测某些系统的未来走向。这倘若所谓的“决定论”。物理学家正是利用某些点,对粒子、天气和整个宇宙的未来演化过程进行预测的。

  但亲戚亲戚朋友发现,自然界既具有决定性,又具有不可预测性。亲戚亲戚朋友最早在19世纪就意识到了某些点。当时的瑞典国王曾针对“三体疑问”进行悬赏,谁能除理某些疑问,便可得到奖励。三体疑问研究的主倘若利用牛顿法则预测物体的运动轨迹。倘若太阳系中有 有一五个 天体仅靠引力趋于稳定相互作用,牛顿的物理法则便能精确预测出它们的未来。但倘若向某些引力系统中引入第有一五个 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,但并未真正除理三体疑问。相反,他针对该疑问撰写了一篇论文,完整篇 解释了该疑问不可解的原因分析分析。其中有 一五个 关键原因分析分析是,系统起始时哪怕只有一丁点微小差别,到日后开始时都原因分析分析天差地别。

  某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,科学家才日后开始转变观念。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,肯能他每次输入的数据都完整篇 相同,但是 他用的是计算机,理应很擅长做重复性工作才对。

  事实上,某些模拟系统的初始条件具有极高的敏感性。哪怕日后开始时只有某些点化整误差、连一百分之一都是到,也会原因分析分析该系统模拟出的天气全然不同。

  洛伦兹发现的某些疑问,倘若所谓的“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状。一般来说,肯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。但天气系统并都是另有一五个 。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)便肯能使天气趋于稳定巨变(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。将有一五个 单摆连接在另有一五个 单摆末端,就得到了有一五个 非常简单、却又十分混沌的系统;令庞加莱大伤脑筋的三体疑问也是有一五个 混沌系统;物种随时间的演变也是有一五个 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分析分析,亲戚亲戚朋友永远无法对混沌系统做出准确预测,肯能亲戚亲戚朋友不肯能得知系统趋于稳定的确切走向。倘若在某些过程中帕累托图了一丁点,过了一段时间,你就搞不清系统的情况报告了。

  这倘若天气预报不肯能百分之百精确的原因分析分析。

  分形的秘密

  在某些不可挑选性和混沌转过身,深藏着某些令人惊讶的形状。那先 形状在“相空间”(phase space)中体现得淋漓尽致。“相空间”描述了有一五个 系统在不一齐间点上趋于稳定的情况报告。肯能你知道有一五个 系统在特定时间拥有那先 属性,就都还要在相空间中描述出对应的点。随着系统不断演变,其情况报告和属性也在不断变化。让他再挑选有一五个 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大。有了足够多的点,你就都还要观察到系统在某些时期的行为变化了。

  某些系统会呈现出某些名叫“吸引子”的规律:无论你从哪里启动系统,它最终都是演变为自己倾向的某个特定情况报告。累似 ,无论你在山谷中的哪个位置扔下有一五个 球,它最终都是滚落到谷底。但是 谷底倘若某些系统的“吸引子”。

  洛伦兹在研究上述简单天气系统的相空间时,也发现了有一五个 吸引子。但某些吸引子不同于他但是见过的任何事物。他的天气系统都是一定规律可言,但同某些情况报告从未重复出現过。也倘若说,相空间中永远不必出現相互重叠的有一五个 点。

  矛盾之处

  这看上去明显很矛盾:系统有有一五个 吸引子,即系统会倾向于演变成某一系列情况报告;但同某些情况报告从未出現过两次。唯一能描述某些特殊构造的只有所谓的“分形”形状。

  倘若将洛伦兹天气系统的相空间的某一帕累托图放大观察,就会想看 它的形状与整个相空间完整篇 相同,只不过缩小了某些;而肯能从某些帕累托图中再截取出一帕累托图放大观察,又会想看 同有一五个 “吸引子”的缩小版……以此类推。某些无论为何放大、看上去都与另有一五个 相同的形状就叫做“分形”。

  但是 ,该天气系统的确有有一五个 吸引子,倘若很奇特而已。但是 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肯能趋于稳定奇异吸引子。

  亲戚亲戚朋友尚未弄清奇异吸引子的本质、它们的重要性、以及怎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肯能具有决定性和可预测性,倘若亲戚亲戚朋友目前还不甚了然。就目前来说,亲戚亲戚朋友还是先努力除理天气预报的疑问吧。