富有同情心的宇宙-南京航空航天大学精品课程建设.DOC

伏德雨翻译，未经校对。 版权尚未转让，请勿外传！ 7 一开始,没有人注意这个新人, 洛仑兹的一篇发表在《Journal of the Atmospheric Sciences》第130到141页的论文《Deterministic Nonperiodic Flow》在开始的十年里每年只被引用一次.但是当在1970年代到1980年代掀起一场混沌革命的时候,这个小模型平均每年要被引用100次. 当在各种领域的一些科学家开始意识到他们都看到这个神秘现象的时候掀起了第一次浪潮.生态学者无意中在一个简单的野生物数量变化模型中发现了混沌.即使模型中没有任何随即变量,模拟的数量从一代到一代也是非预期的增长和不规律地下落,而并不是平稳的或周期性的重复. 天文学家一直困惑于测量旋转运动中的土卫七――土星的一个土豆型的小卫星;不象人造卫星那样围绕着一个轴自旋,它就像一个喝了酒的人一样经常的翻筋斗.物理学家从沉思夸克和黑洞中抽出部分时间把注意力放到以前认为是一些小烦恼的普通现象上去:不稳定激光束的断断续续的震动,一个电子线路的噪声电压振动,甚至是咽喉的下滴.所有这些现象的产生,都是混沌的表现.具有讽刺意思的是,许多和庞加莱”linear”就是成比例的意思:如果你画出钢梁的偏差与施加力的图来,他们就是一条直线的线性关系.(这里,线性并不意味着连续,就像”线性思考”,单调的一个接一个,这两个词意义并不相同). 线性方程是很容易处理的,因为它们是模块化的:它们可以被分割成若干块.每一块都可以被独立分析解决,并且最终所有独立的答案都可以被重新合并—逐个的加到一起并给原问的正确答案.在线性系统,整体就是部分的和. 然而线性化经常是一个复杂的现实问题的近似.大部分系统仅仅当趋近于平衡的时候才表现为线性化或者我们不把系统推向极端.只要风不是足够的强,一个工程师能够估计出一个摩天大楼在风中的摆动,电子线路参数总是可计算的直到它被高压损坏.当系统进入非线性状态跑出它的正常工作范围,所有的赌注都会付诸东流.原来的等式就不在适用. 然而,你不应该认为非线性就是危险的或者说不是我们想要的.事实上, 生命就是依靠非线性的.在任何情况下整体都不等于部分的综合,因为他们或者合作或者是竞争,而不是仅仅累加他们自己独立的贡献,你应该知道非线性是一个很有用的礼物,生物学到处都在使用它.我们的神经系统是由非线性部件组成的.生态学的规律也是非线性的. 艾滋病联合治疗法--鸡尾酒法非常有效,是因为免疫系统和病毒数量的变化是非线性的;三种药物的联合治疗的效力远远大于三种药物的独立治疗.人类心理学也是绝对的非线性的.如果你同时听你喜欢的两首歌,你并不会得到两份快乐! 正是非线性系统的协作特性使得他们非常难以分析.它们不可以被拆分开来分析.整个系统应该作为一个一致性的实体一次性考查.就像前面看到的,在了解大的系统摆动如何自发地与他们自身同步的问题中全局考虑的必要性是最具有挑战性的.更一般地说,所有关于自组织的问题都是基于非线性的.因此同步理论的习经常要和非线性的学习联系在一起. 非线性系统的协作特性也是使它们变得丰富多彩的原因.科学中每一个没有解决的重要问题,从意识到癌症到经济的狂热都是非线性的.在未来的几个世纪里,科学将会在非线性难题中艰难行进.从1960s和 1970s开始,所有的同步理论的先驱们如Wiener,Winfree,Kuramoto,Peskin,Josephson已经在这座大山上开辟了一条小径.随着混沌理论的提高,一群群联盟者为了共同的顶峰而努力攀登. 非线性问题不是那么一幕了然的.正是由于这个原因洛仑兹在混沌理论上的进展是如此鼓舞人心.突然间,人们发现即使是最简单的非线性系统甚至都能表述出我们想象不出的非常复杂行为.听起来好像是非常乐观的结论,但是非线性使得随机现象中可能赢藏着规律大大增加了希望. 第二次混沌理论高潮揭示了混沌理论的本质,掩藏在令人误导的名字的背后包括了一种新的极度有序.Mitchell Feigenbaum的一个重要发现说明有许多特定的普适规律引导从有序行为到混乱行为的过渡.粗略的讲,完全不同的系统可以经过相同的方式过渡到混沌状态.他的发现被诸如电子线实验路涡旋实验还学反应实验半导体实验心脏细胞实验等所证实. 好像毕达哥拉斯之梦即将成为现实:整个世界是由数字而不是土空气火水所组成.Feigenbaum定理所描述的明显要好于简单的区分心脏细胞和硅半导体的异同之处.不同的物质但却相同的混沌规律.其他普适定理也将很快被发现, 停滞状态的僵局也将很快被打破. 这是非线性科学的一个令人满意的时期.混沌—词语本身很生硬.但这个领域却被一些人认为是物理学继相对论和量子力学之后的20世纪