簡單來說,混沌是指發生在確定性系統中的貌似隨機的不規則運動,一個確定性理論描述的系統,其行為卻表現為不確定性—不可重複、不可預測,這就是混沌現象。
在現代科學的定義中,混沌的基本含義可以概括為:聚散有法,周行而不殆,回覆而不閉。意思是說,混沌軌道的運動完全受規律支配,但相空間中軌道運動不對中止,在有限空間中永遠運動著,既不相交也不閉合。混沌運動表現上是無序的,具有類隨機性,也稱內在隨機性。
在非線性科學中,混沌也有著和本意相近但不完全一致的含義。非線性科學中的混沌現象指的是一種確定的但不可預測的運動狀態。它的外在表現和純粹的隨即運動很相似,即不可預測。但和隨即運動不同的是,混沌運動在動力學上是確定的,它的不可預測性來源於運動的不穩定性。
混沌系統具有三個關鍵要素:一是對初始條件的敏感依賴性;二是臨界水平,這裡是指非線性事件的發生點;三是分形維,它表明有序和無序的統一。
混沌現象有一個很著名的表述,那就是“蝴蝶效應”。洛侖茲在華盛頓的美國科學促進會的一次演講中提出:一隻蝴蝶在巴西扇動翅膀,有可能會在美國的德克薩斯州引起一場龍捲風。他的演講和結論給人們留下了極其深刻的印象。從此以後,所謂的“蝴蝶效應”之說就不脛而走,聲名遠揚了。
“蝴蝶效應”之所以令人著迷、令人激動、發人深省,不僅在於其大膽的想象力和迷人的美學色彩,更在於其深刻的科學內涵和內在的哲學魅力。
從科學的角度來看,“蝴蝶效應”反映了混沌運動的一種重要特徵:系統的長期行為對初始條件的敏感依賴性。
經典動力學的傳統觀點認為:系統的長期行為對初始條件是不敏感的,即初始條件的微小變化對未來狀態所造成的差別是很微小的。可混沌理論卻是向傳統觀點提出了挑戰。混沌理論認為在混沌系統中,初始條件的十分微小的變化經過不斷放大,其對未來狀態會造成極其巨大的差別。
有一則西方寓言很好地解釋了混沌理論的基本概念,即:
丟了一個釘子,壞了一隻蹄鐵;
壞了一隻蹄鐵,折了一匹戰馬;
折了一匹戰馬,傷了一位騎士;
傷了一位騎士,輸了一場戰鬥;
輸了一場戰鬥,亡了一個帝國;
本是初始條件的十分微小的變化,但其“長期”效應確實一個帝國存與亡的根本差別。這就是軍事和政治領域中所謂的“蝴蝶效應”。
混沌系統通常是自反饋系統,出來的東西會回去經過變換再出來,迴圈往復,沒完沒了,任何初始值的微小差別都會按指數放大,因此,導致系統內在的不可長期預測。
簡單來說,混沌是指發生在確定性系統中的貌似隨機的不規則運動,一個確定性理論描述的系統,其行為卻表現為不確定性—不可重複、不可預測,這就是混沌現象。
在現代科學的定義中,混沌的基本含義可以概括為:聚散有法,周行而不殆,回覆而不閉。意思是說,混沌軌道的運動完全受規律支配,但相空間中軌道運動不對中止,在有限空間中永遠運動著,既不相交也不閉合。混沌運動表現上是無序的,具有類隨機性,也稱內在隨機性。
在非線性科學中,混沌也有著和本意相近但不完全一致的含義。非線性科學中的混沌現象指的是一種確定的但不可預測的運動狀態。它的外在表現和純粹的隨即運動很相似,即不可預測。但和隨即運動不同的是,混沌運動在動力學上是確定的,它的不可預測性來源於運動的不穩定性。
混沌系統具有三個關鍵要素:一是對初始條件的敏感依賴性;二是臨界水平,這裡是指非線性事件的發生點;三是分形維,它表明有序和無序的統一。
混沌現象有一個很著名的表述,那就是“蝴蝶效應”。洛侖茲在華盛頓的美國科學促進會的一次演講中提出:一隻蝴蝶在巴西扇動翅膀,有可能會在美國的德克薩斯州引起一場龍捲風。他的演講和結論給人們留下了極其深刻的印象。從此以後,所謂的“蝴蝶效應”之說就不脛而走,聲名遠揚了。
“蝴蝶效應”之所以令人著迷、令人激動、發人深省,不僅在於其大膽的想象力和迷人的美學色彩,更在於其深刻的科學內涵和內在的哲學魅力。
從科學的角度來看,“蝴蝶效應”反映了混沌運動的一種重要特徵:系統的長期行為對初始條件的敏感依賴性。
經典動力學的傳統觀點認為:系統的長期行為對初始條件是不敏感的,即初始條件的微小變化對未來狀態所造成的差別是很微小的。可混沌理論卻是向傳統觀點提出了挑戰。混沌理論認為在混沌系統中,初始條件的十分微小的變化經過不斷放大,其對未來狀態會造成極其巨大的差別。
有一則西方寓言很好地解釋了混沌理論的基本概念,即:
丟了一個釘子,壞了一隻蹄鐵;
壞了一隻蹄鐵,折了一匹戰馬;
折了一匹戰馬,傷了一位騎士;
傷了一位騎士,輸了一場戰鬥;
輸了一場戰鬥,亡了一個帝國;
本是初始條件的十分微小的變化,但其“長期”效應確實一個帝國存與亡的根本差別。這就是軍事和政治領域中所謂的“蝴蝶效應”。
混沌系統通常是自反饋系統,出來的東西會回去經過變換再出來,迴圈往復,沒完沒了,任何初始值的微小差別都會按指數放大,因此,導致系統內在的不可長期預測。