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浑沌：一种新的自然观 刊于《科技日报》1997年8月11日 浑沌：一种新的自然观 刘华杰 (100871,北京大学科学与社会研究中心副教授) 浑沌(chaos)，也作混沌，是一个有趣的概念，近20年来又成了现代科学前沿研究的重要内容。浑沌、分形、孤子、小波等是当今非线性科学是最有影响的少数几个科学概念，据初步估计，到目前为止国际上已出版有关浑沌的专著300余部、科学论文3000篇以上。 什么是浑沌?我们首先得限定一下研究范围，单就自然科学而言，浑沌指“确定性系统出现的一种有界的非周期的运动”。“确定性”是指制约系统演化的规则是确定性的，不含任何随机因素。“有界”是指系统的运动轨道不会跑掉，被限定在一定范围内(数学上不稳定的那种浑沌暂不考虑)。“非周期”是指运动轨道不会首尾闭合(闭合了就成周期运动了)。这样的一种运动有什么特别之处呢?大致说来，这种运动局部非常不稳定，但整体上又十分稳定；停不下来，也跑不掉。也可以这样说：轨道不稳定，但结构稳定。你可以这样设想：一个台球在台球桌上的框子里无摩擦、无限地运动。 那么这种浑沌运动有什么深刻含义呢?我们得看满足上述条件的运动类型究竟有什么特别的性质。由于轨道停不下又跑不掉，所以运动轨道对初始条件极其敏感。也就是说，初始条件只要有极微小的偏差，随后的演化则完全不同。用“差之毫厘，谬以千里”形容一点不过。如果单纯是分离，事情也还好办，问题是空间有限，轨道只能在有限空间内折来折去。“谬以千里”中的“千里”是指“折线”长度，其“直线”距离则很难说，一会儿十分遥远，一会儿十分贴近，甚至可以差一点就重合。这种性质意味着，对这类系统进行通常意义下的预测变得几乎不可能!即由于浑沌系统具有对初始条件的敏感依赖性，其长期行为不可预测。浑沌研究还表明，简单规则就能生成复杂性，复杂现象背后也可能存在极简单的规律。 人们马上会问，这类系统有多少。如果很少，没有什么值得大惊小怪的。但事实是，浑沌运动是非线性系统一种基本的运动类型，大量非线性系统都能出现浑沌。过去的科学十分注重线性问题，发展了许多研究方法、工具。现在人们清楚地认识到非线性是普遍的，线性只是特例，只对局部情形成立，要解决大量现实问题必须研究非线性系统。 浑沌运动一经数学家、物理学家确证，迅速引起科学界的震动，有人形容当时的感受“好像触电似的”。浑沌理论也自然引起哲学社会科学工作者的注意，从浑沌的观念看待一切原有的现象、问题，会得出新鲜的见解。浑沌已具有世界观、方法论意义，特别地“浑沌自然观”代表着人类认识自然和自身的一场重大突破。 浑沌理论首先是严格的科学，有艰深的内容，其次才是方法学、哲学上的启示。现有的浑沌理论著作充满大量数学公式和专业术语，要在短时间内搞清楚它并非易事。我写《浑沌之旅：科学与文化》(山东教育出版社1996年，北京“风入松”书店有售)一书的动机是，以通俗的语言向一般读者讲解浑沌概念，使更多的非专业读者也能理解浑沌并感受浑沌理论带来的震动。在写作方法上还是动了些脑筋，先从《侏罗纪公园》入手，再提庄子寓言和《艾丽丝漫游奇境记》，然后过渡到天气预报问题，一步一步讲浑沌的由来和内涵。最后一章试图作点文化学上的思辨。作者的中心观点是：非线性耦合创造系统的节律(浑沌也是一种重要节律)，节律通过频率表现出来，子系统欲求得发展，必须协调好自身频率与环境及其他系统频率之间的役使、驱动关系。 文章来源： 刊于《科技日报》1997年8月11日 |
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