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混沌理论在改变我们的世界观

   在混沌理论出现之前,人们普遍认为世界上只存在两种系统,他们的行为模式要么受严格规律控制,就像钟表一样具有严格的周期性;要么就是像掷般子一样纯粹的随机行为。后来人们逐渐认识到还有很多系统用这两种行为模式都无法解释,如天文学上的三体问题,天文学家发现太阳系并非按照牛顿定律精确地运转,尤其是土星的卫星以及金星和木星之间小行星带上的小行星,几个世纪以来天文学家一直把它们看作是一种精确运动,但实际上,天文学家们从来都没能精确预知他们的具体运动状态,两个星体之间的相对运动很好理解,也能确定他们的运动状态,3个星体或更多星体的时候,人们就很难精确计算他们的运动状态了,这就是著名的三体问题,根据牛顿经典力学根本无法解释。_随着认识的不断深入,人们逐渐认识到介于两者之间还存在一种貌似随机的确定性系统,即混沌系统。
    混沌学(scientific chaos)一词是为了表示非线性动力系统所表现出来的复杂行为而使用的术语。作为科学的混沌学,是希望在定义比较清楚的情况下展开研究。而混沌在数学上目前还没有统一的定义,在这种情况下,着重于应用的工程混沌一般是根据现象进行定义。要判断某一现象是否是混沌现象,起码要确定它满足的最少必要条件,如是否存在奇异吸引子,是否存在正的 Lyapunov 指数等等。如果这些条件不是充分的,则要看是否存在可以进行实际观测的条件,所观察到的混沌现象还要求是可重复的。
    混沌学是当代系统科学的重要组成部分 ,与相对论和量子力学的产生一样 ,混沌理论的出现对现代科学产生了深远的影响。混沌运动的本质特征是系统长期行为对初值的敏感依赖性 ,所谓混沌的内在随机性就是系统行为敏感地依赖于初始条件所必然导致的结果。我们可把混沌理解为:在一个非线性动力学系统中 ,随着非线性的增强 ,系统所出现的不规则的有序现象。这些现象可以通过对初值的敏感依赖性、奇异吸引子、费根鲍姆常数、分数维、遍历性等来表征。
    牛顿力学描绘的世界图景是钟表模式的世界图景:宇宙间的一切事物都象一架钟表 ,它们按照确定的方式运行 ,科学的任务就是阐明钟表的结构 ,揭示它的运行规律。混沌学的研究则破坏了这种模式的科学根基 ,引导人们重新确定科学研究的任务。未来科学的任务是从混沌的观点阐明客观世界这个超级巨系统的结构方式和运行机制。
    混沌学从根本上打破了人类长期形成的片面的固定思维方式 ,不仅促进了自然科学向前发展 ,而且丰富了科学的唯物辩证法和方法论 ,具有划时代的哲学意义和科学意义。混沌给我们带来的影响是巨大的 ,促进了科学思想和方法论一系列的重大革命 ,改变着人们的思维 ,促使人们在哲学上对其进行深层次的认识。
    混沌学是非线性科学范畴 ,它认为世界的真实面目就是非线性的 ,经典物理学研究的线性不是自然界普遍存在的 ,而是相对于非线性的一个特例。经典科学的线性观导致事物发展的简单性、确定性和还原性 ,而混沌理论的非线性世界观是对经典科学线性观的扬弃 ,它是有序与无序、确定性和随机性、完全性和非完全性、自相似性和非自相似性相统一的世界 ,它们之间是可以互相转化、对立而统一的 ,遵循着辩证法的规律。
    从简单到复杂 ,从线性到非线性 ,这是符合认识发展的规律的。分叉、突变 ,对初值的敏感依赖性 ,长期行为的不可预见性 ,分形几何特性等是非线性的性质 ,分数维、费根鲍姆常数是对非线性系统作定量描述的普遍概念 ,所以 ,混沌的主要特性是可以被我们认识和描述的。
    混沌学作为系统科学的一个重要组成部分 ,遵循着整体论的原则。而在此之前经典科学的还原论一直占据着科学方法的主导地位。还原论是用解析的方法分析问题 ,将高层次的性质还原为部分或低层次的性质 ,从而通过加和认识整体或高层次 ,就是一种分析 —累加方法。系统论的出现从根本上改变了还原论 ,系统的根本性质就是它的非加和性 ,部分一旦组成一个整体 ,或者从低层次上升为高层次 ,便具有了部分或低层次所没有的新的特质 ,即非还原性的质 ,要了解这种新的特质 ,就必须用整体论的方法。
    值得指出的是,尽管目前已存在相当大量的研究,混沌系统、工程中的混沌现象、混沌现象的控制及混沌应用仍然是一个全新的科学前沿。很多系统的理论和有效的方法尚待发展。混沌及控制混沌和混沌应用已经在工程、电子学、医学、激光、化学、生物等领域显示了巨大的应用潜力,国内外正处在激烈的竞争状态,谁抢先进入实用阶段,谁就能在一个崭新的高科技领域处于领先地位,为造福人类做出贡献。
    混沌理论改变了我们的科学世界观 ,改变了原有的科学认识论 ,开创了认识复杂性问题的新领域 ,让我们重新认识到客观世界是一个遵循唯物辩证法则的世界 ,我们要从唯物辩证法系统论的角度来考虑问题 ,将机械决定论、形而上学彻底地驱除出科学的殿堂。

    混沌在颠覆着舒适假定。人生历程中的“蝴蝶效应”,很可能成为我们生命中意想不到的起点。




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