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哲学遇上分形,碰撞出怎样的火花

 菌心说 2022-04-24

“道生一,一生二,二生三,三生万物”出自《道德经》第四十二章,老子寥寥几笔便揭示出大千世界、世间万物的发展规律,即从简单到复杂的熵增过程。

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熵增混沌过程

自然界中大到宇宙的宏观世界,小到量子的微观世界,也包括生物界,如DNA、病毒、植物等,都遵循着运动规则简单,结构自相似的特征,分形正是研究自然界中的混沌现象应运而生。下面先看几组动态变化过程,对分形有个直观的认识:

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分形雪花

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分形三角形

分形(英语:fractal,源自拉丁语:frāctus,有“零碎”、“破裂”之意),又称碎形、残形,具有以非整数维形式充填空间的形态特征。通常被定义为“一个粗糙或零碎的几何形状,可以分成数个部分,且每一部分都(至少近似地)是整体缩小后的形状”,即具有自相似的性质[1]。物理学家惠勒曾说:“谁不知道熵概念就不能被认为是科学上的文化人,将来谁不知道分形概念,也不能称为有知识。”[2],由此可见,分形在现代科学中的重要性。

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分形的自相似

作为一个数学函数,分形通常是处处不可微的。无穷分形曲线可以理解为一条一维的曲线在空间中绕行,它的拓扑维数仍然是 1,但大于 1 的分形维数暗示了它也有类似曲面的性质。[1]

一个数学意义上分形的生成是基于一个不断迭代的方程,即一种基于递归的反馈系统。分形有几种类型,可以分别依据表现出的精确自相似性、半自相似性和统计自相似性来定义。[1]

分形一般有以下特质:[1]

1 在任意小的尺度上都能有精细的结构;

2 太不规则,以致无论是其整体或局部都难以用传统欧氏几何的语言来描述;

3 具有(至少是近似的或统计的)自相似形式;

4 一般地,其“分形维数”(通常为豪斯多夫维数)会大于拓扑维数(但在空间填充曲线如希尔伯特曲线中为例外);

5 在多数情况下有着简单的递归定义。

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分形特质

因为分形在所有的大小尺度下都显得相似,所以通常被认为是无限复杂的。自然界里一定程度上类似分形的事物有云、山脉、闪电、海岸线、雪片、植物根、多种蔬菜(如花椰菜和西兰花)和动物的毛皮的图案等等。

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花椰菜

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分形树

分形并不限于几何图形,它也可以描述时间序列。虽然分形是一个数学构造,它们同样可以在自然界中被找到,这使得它们被划入艺术作品的范畴。分形在医学、土力学、地震学和技术分析中都有应用。在自然、技术、艺术、建筑和法律等领域,人们对图形、结构和音频中不同程度自相似的分形图形进行了研究,并反过来利用分形理论取生成图形、结构和音频。分形和混沌理论密切相关,因为混沌过程的图形大多数都是分形[1]

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混沌表示蝴蝶效应的洛伦兹曲线

哲学是对世界基本和普遍的问题研究的学科,是关于世界观的理论体系。而世界观是关于世界的本质、发展的根本规律、人的思维与存在的根本关系等普遍基本问题的总体认识,方法论是关于人们认识世界、改造世界的方法的理论。[2]

具体科学是哲学的基础,具体科学的进步推动着哲学的发展,而哲学为具体科学提供世界观和方法论的指导。[2]也就是说,分形在研究的过程中,不可能离开哲学的指导,同时也可能推动哲学的发展!

哲学离大众并不遥远,更不是遥不可及!从今天起,笔者会以动态的分形几何、分形艺术为背景,并集粹哲学名家的经典思想,构建出哲学与分形碰撞的空间,让我们一起走进它,感受分形之美、混沌之美、哲学之美。感悟“一花一世界,一叶一菩提”!

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分形花

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自然界的蕨类植物,具有分形特征

参考:

[1] 维基百科

[2] 百度百科

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