宇宙诞生、各大星系团与银河系的形成、太阳系的演化,甚至是人类社会的出现,这些复杂的事物都与混沌理论有着关系。

这听起来和我国道教的思想身份相似,不自觉就会联想到耳熟能详的那句话“道生一,一生二,二生三,三生万物。”

在易经中也有关于混沌的朴素哲学思想,即”太极生两仪,两仪生四象,四象生八卦,八卦定吉凶,吉凶生大业。“

人工智能之父图灵从小便对自然充满着浓厚的兴趣,这种兴趣促使他思考生物机理问题,“胚胎发育的过程,从一开始各个细胞并无区别,然而,胚胎中的细胞随着时间推移聚集在一起,彼此之间渐渐产生差异,但这些细胞既没有思想,也缺乏中央调控,那么这一切是如何发生的?原本相同的细胞,为何一些形成皮肤,一些形成眼睛,一些却又形成了尾巴?”

图灵在1952年发表了这篇名为《形态发生的化学基础》的论文,首次尝试从数学角度解释形态发生的问题。在理论上预见了化学空间静态斑图(图灵斑图),表明远离平衡态结构出现的可能性。此时,人们发现生命机理也可以用数学公式来表述。他在所研究的奶牛身体上图案的问题,从数学的角度解释了化学物质如何按照一定规律来形成大小不均、形态各异的斑点,而这些草稿上所形成的图案与真正的奶牛斑点十分相似,而相关研究也成为了自相关研究的开拓性研究。

早在1921年,伯克利加州大学的布雷在用碘作催化剂使过氧化氢分解为水和氧气时,第一次发现了振荡式的化学反应。但依据经典热力学第二定律,认为任何化学反应只能走向退化的平衡态,因而当时的化学家否定了这个发现。

而在1958年(冷战时期中)一位苏联的天才化学家别洛乌索夫在研究人体吸收葡萄糖的模拟实验中发现了BZ—振荡反应,反应的具体现象为试验台上的溶液在摇晃过程中为无色状态,但在加入最后一种化学物质后,溶液变为有色,之后该溶液的颜色会发生周期性的震荡变化。此外,别洛乌索夫的混合溶液在培养皿中,无须人工干预它,溶液能以协调波的形式运动自组织形成各种图案。因为该现象违背了经典的热力学第二定律,别洛乌索夫多次进行了重复实验,但仍得到相同的结果,最终,别洛乌索夫将其确认为一项重大发现,将论文交给当时的一家权威期刊机构,却因为违背物理定律而被拒绝。此后,郁郁寡欢的别洛乌索夫也放弃了自己所热爱的科学事业。

但是,如果别洛乌索夫能够了解到远在大西洋彼岸的图灵的研究成就,那么他就有充分的依据来否定期刊编辑的说法,而使得论文成功发表。

在20世纪60年代早期,美国气象学家洛伦兹认为气象仪原理同星象仪一致,都属于能够以数学进行描述和预测的范畴,然而洛伦兹试图用简单的数学方程(洛伦兹方程)来描述气流运动时,却得到与实际情况相去甚远的结论,而不能得到具备实用性的预测结果。

洛伦茨吸引子的发现、大气动力学方程组解对初值的敏感性打破了提高计算精度就能够解决长期预报问题的幻想,但混沌吸引子的遍历性质却可以保证较长时间内平均量的稳定性与初始条件的无关性。

洛伦兹甚至在一次重要影像中提出了提出了一个惊世骇俗的想法——一个蝴蝶在巴西轻扇翅膀就能够在德克萨斯州引发一场龙卷风,这便是大家所熟知的蝴蝶效应。

蝴蝶效应作为典型的混沌现象,不仅说明了任何事物的发展都存在着一定的规律和定数,也存在着难以预测的变量,事物发展中规律性和复杂性并存。

而自然界与生活中还存在着多种形式的混沌现象,比如空气流动、沙堆模型、股市等。各种生物节律,既非完全周期,又非纯粹随机。它既有受自然界周期过程如季节、昼夜等影响的一面,又保持着其自身内秉特性。例如对人类的脑电波进行研究后发现癫痫患者发病时的脑电波呈明显的周期性,而正常人的脑电波更接近随机信号。

混沌理论打破了牛顿力学建立以来所形成的确定论体系,深化对必然性和偶然性的认识,从统一的角度认知自然,与相对论和量子理论一同对牛顿经典理论产生了巨大冲击。

自20世纪70年代以来,越来越多的科学家接受了混沌作为自然界作为最基本规则的观念,数学家伯努瓦·曼德勃罗拥有着从混乱中发现规则的特异天赋,一个同样的事物在普通人眼中看来是杂乱无章的,但在他眼中却有着形式与结构,他发现即使看起来混乱无章的云朵、树木的枝干、蜿蜒千里的海岸线,甚至是人类的肺,都遵循着自相关的数学规律,即相同形状持续在越来越小的尺度下复制。

子曼德勃罗集可以无限循环下去,这也意味着可以由一个简单的数学公式得到无限复杂的图片。

浩瀚博大者如宇宙,也起源于一个奇点,复杂的混沌理论推动了一切的产生,这种复杂而貌似没有规律的运动状态,恰是一种哲学思想,每个人都活在自己的人生中,一个简单又复杂的世界,哪一种理论回归到自己身上,似乎便只剩下了衣食住行这些最本源的事情之中了。

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