什么是混沌理论(Chaos Theory)？

混沌理论指的是某些运动系统的行为，如洋流或人口增长，对初始条件的微小变化特别敏感，这些变化会导致截然不同的结果。与通俗的说法不同，混沌理论并不意味着世界在隐喻上是混沌的，它也不是指熵，系统自然趋向无序。混沌理论依...

混沌理论指的是某些运动系统的行为，如洋流或人口增长，对初始条件的微小变化特别敏感，这些变化会导致截然不同的结果。与通俗的说法不同，混沌理论并不意味着世界在隐喻上是混沌的，它也不是指熵，系统自然趋向无序。混沌理论依赖于测量中固有的不确定性，预测的精确性，以及看似线性系统的非线性行为；这个概念认为，一个看似微不足道的行为——比如蝴蝶拍动翅膀——可以对系统产生戏剧性的影响——比如天气。在量子力学之前，混沌理论是物理学中第一个“怪异”的概念。1900年，亨利·彭加勒（Henri Poincaré）思考了一个系统的不同时间点上的值之间的关系，这个系统的一般行为可以被准确地预测出来，例如一个在轨道上运行的行星。他意识到，一个测量，如位置、速度或时间，无法精确定位，因为每一种可能被开发的仪器都有其灵敏度的限制，也就是说，没有一种测量是无限精确的，庞加莱知道运动是由一系列方程来确定的，这些方程可以精确地预测，比如一个球如果被滚动，最终会在哪里结束下斜坡然而，他提出了一个理论，即初始条件的微小差异（基于质量等测量的几乎微不足道的变化），可能在遥远的将来导致两个完全不同的宏观结果。这个理论被称为动态不稳定性，后来的科学家们证实了他的观点的正确性因此，混沌理论研究的是有组织的、稳定的系统如何在很晚的时间内总是不能产生有意义的预测，即使短期行为更接近预期，它所产生的任何预测都可能是如此巨大的分歧，以至于它们都不比猜测好。一个更精确的值不会产生更精确的输出，这是违反直觉的环境被称为蝴蝶效应。这个比喻表明，一只蝴蝶扇动翅膀，一种几乎无法察觉的影响，可能促成了地球另一边的飓风的发展。爱德华·洛伦兹在20世纪60年代首次进行了计算机模拟，用实际数据证明了动态不稳定性方程和数据。在几个重要的系统中，初始条件不能从后来的条件中推断出来，反之亦然，比如大气压力和洋流，这些系统对天气和气候都有影响。这不仅仅是一个真实的生活因为海洋中温度计太少混沌理论是一种可验证的、数学上一致的理论，它表明，有时将越来越精确的测量值插入方程中并不会产生越来越精确的预测值，而是会产生如此极端的发散值，以至于它们实际上毫无用处一些物理学家正在研究这种表面上的随机性和大尺度结构之间的联系。他们正在研究全球气候的模式，超星系团中星系的质量分布，以及地质时间尺度上的人口变化。他们假设在宏观层面上，只有通过混沌理论的无序性和不一致性，才有可能实现某种组织和一致性

发表于 2020-08-25 05:00
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分类：科学教育

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