让人着迷的科学! 我们身边的混沌理论

    说到干扰因素，这个可以说是混沌理论得以从理论走向实际的重要因子，因为如果没有干扰（干扰可以是由自身引起的，我们更多看到的干扰是外部的），自然界的分形便不可能幻化出如此多样的状态，也就不会有混沌理论从理论层面上升到实际层面。

牛顿定律所认识的天体运行是这样完全规律机械的

    以我们所学习的根据牛顿定律所认识的，天体的规则应该如图中的表示一样，周而复始没有变化没有差别规律有序的一直按照既定“公式”运动下去。也许受到技术的局限，当时牛顿可没没有考虑那么多，完全没有考虑到天体运行中那些细微的变化（即大爆炸理论中描述的我们观测到的天体在较为规律性的天体运动以外还以一个爆炸辐射的状态向外飞离爆炸核心缓慢运动）。

根据大爆炸理论 宇宙应该是同时伴随这两种运动的

    但是换个思路，试试混沌理论去解释这些天体的运动，也许天体运动的嵌套发展恰好只是运行比较缓慢而已，而并不代表这个运行系统不会因为微小因素而发生翻天覆地的变化。换言之也许霍金的大爆炸理论只是能够暂时解释天体运动中的微小变化，也许宇宙并不是由最初爆炸产生的，只是某个混沌现象发展到复杂系统过程中极其短暂的“一瞬间”，而我们恰好处在这样一个瞬间当中，在这样一个瞬间当中去感知宇宙的变化实在绝非易事。

可以定义爆炸的初始状态和E=MC^2过程但测算不出蘑菇云的具体形态

    就像图中原子弹爆炸产生的蘑菇云，我们只能定义最初的爆炸条件、和E=MC^2这个经典的爆炸原理方程，但最后蘑菇云的形状是我们无论如何都不能够在初始状态下就定义好的，只能大概做个估计，因为这个爆炸的过程中存在太多变数，这里面有自组织因素也有外界干扰因素。

    宇宙大爆炸理论中的宇宙就像图中的蘑菇云一样，我们恰好生活在照片拍下的这一秒里，我们在这一秒中去利用牛顿定律去测算的运动都是近乎完美的，然而纵观整个爆炸过程，利用牛顿定律想去测算蘑菇云最后的形态显然将会谬以千里。

    虽然目前还不能证明混沌理论和大爆炸理论哪个去说明宇宙中天体运动中的细微变化更靠谱，又或者是二者本无冲突，爆炸仅是混沌事复杂系统中的一次常态的变化。但是我们至少可以肯定的是，用牛顿定律来描述天体运动只能停留在浅显层次，换言之：牛顿定律仅对整个宇宙复杂变化中的一瞬间有其科学性。常伴随天体运动的无法预测的干扰和突变也是牛顿定律解释不来的。也许你从未这么想过，但事实就是如此。

    ● 自发产生的无规律变化

    大家可能想象不出来自发产生无规律变化，这样的实例有什么？我们不妨来看看当年别洛乌索夫发现的BZ反应实验，想象一下在那些绚丽的涟漪当中蕴藏了什么原理。

别洛乌索夫的BZ反应

    首先来说说别洛乌佐夫这个实验的构成，首先是溶液的配置，当时别洛乌佐夫爱好自然化学，想要探索人体从糖分中汲取能量的奥秘，于是他配比了如视频中这样的溶液，虽然当时别洛乌索夫在探索汲取能量的奥秘过程中没有被发现，他却从放置溶液的培养皿中发现了这样的现象。溶液自发的随机的产生着绚丽的涟漪状图形变化，这个现象很好的说明了事物（系统）在不受外部条件因素干扰的情况下存在自发无规律变化的可能性，也就是来自事物内部的自发干扰。由于溶液模拟了人类血液和组织液的某些成分所以在观看到视频中的现象之后笔者不自觉的联想到了人类的某些生理想象，你也可以想象一下是不是可能有某种千丝万缕的联系？！

    ● 自发产生的规律变化

    同样是别洛乌索夫溶液的震荡反应，在系统条件恒定的情况下，发生了什么现象？

别洛乌佐夫的BZ震荡反应

    从视频中我们看到，BZ溶液系统在恒定的条件因素下自发的产生了规律性的变化，表现为溶液由无色到有色，从有色到无色的无限循环往复变化。也就是说在没有受到任何条件改变的情况下，溶液自发产生了这一现象。试着想象一下心脏的跳动，为什么心脏会自发的规律性的跳动？虽然笔者解释不了，但是笔者分明觉得这其中有某种联系。

    透过现象我们得出结论：自然界物质和复杂系统在不受到外部任何条件因素干扰的情况下也可能发生自发无序变化或自发有序变化。（事物发展受到外界干扰而变化的情况就非常常见了，在这里就不列举了）

    想象一下这些自发有序变化和自发无序变化配合上之前我们所说到的若干简单发展进程，事物将呈现出绚丽多姿不可估量的复杂系统。我们试着将之前所涉及到的发现想法和结论一一列举出来。

    1，图灵利用公式测算奶牛斑纹：给定理论初始因子不变的情况下，由于给定公式的精妙组合，最后呈现的复杂系统也完全无法估量，即发展过程即使不存在干扰，完全按照标准公式发展，事物也能幻化出无限的复杂模样，展现出既定发展过程（公式）的组合（公式的组合给事物的发展以非线性条件）对混沌复杂结果的影响。（我们现在说的人工智能与这种方式就有异曲同工之妙，不知道你感受到了没？或者生命智慧的产生就与这样的简单过程有关也说不定）

    2，精确自相似分形体：简单数值通过固定公式可以得出无限复杂的系统。

    3，半自相似分形体：自然存在干扰+精确自相似分形体规律=发展的复杂系统在现实世界中表现为更为复杂的多样性。

    4，自发产生规律变化（BZ震荡反应）：自然界的初始因子形式往往并不固定，除了在发展过程中受到外界干扰，还存在自身的规律性变化。

    5，自发发生无规律变化（BZ反应）：自然界的初始因子在发展过程中除了受到外界干扰，还存在自发的无规律的自组织行为。

    综合以上5方面：我们发现自然界中存在这样的现象，初始因子可以导致结果的不确定、发展过程（公式）可以导致的结果不确定、外界干扰可以导致的结果不确定。于是我们有了这样的结论性可能：

    自然界天生可以产生以自发有序、自发无序方式变化的初始因子，在非线性发展过程中以“公式”（规律）间的组合和外界干扰同时作用下，在驱使事物发展的过程中这些诸多的可变化带来的不可控因素让原本清晰的事物朝着无序模糊未知的方向发展，所以发展的最终结果将会是混沌无序、绚丽丰富却难以测算和预知的复杂系统。所得到的复杂难以测算的系统与其他因素相互作用进而形成更为复杂的更为难以预算的复杂系统。（又是笔者自己总结的定义，意在帮助理解，你感受下......）

    仅从理论上说，混沌的自然界将能够以自己的力量幻化出完全超出你想象的复杂世界，自然界的物种、物质也会继续朝着更为复杂的程度演变，而根本无需造物主，只要这个时间足够长......

    混沌理论的启发：现在知道为什么即使是如今如此发达的技术下，还是无法提前精确预测天气，提前精确预测地震，提前精确预计动物的庞大的种群数量了。因为某种程度上，我们只能根据以往的统计数据对这样的趋势做出大致估计，我们能做的只是利用计算机的计算能力去接近真实值，而不可能实现完全精确测算，因为这就是混沌理论的力量，这就是自然的力量。

    想象一下你手中的鼠标，笔记本，生活中的汽车、飞机，这些东西是谁创造出来的？也许你会坚定的说这些都是人类创造的璀璨文明！当然这么说是没错的，只是你的眼光没有因为阅读本文而变得更辽阔。因为你忽略了从宏观的角度去看，人类只是自然界混沌系统中的一份子这个重要前提，我们只是在自然幻化不断复杂化的进程中恰巧拥有了这样造物的能力，归根结底是自然提供了原料，是自然提供智慧，是自然创造了我们和我们眼前的一切。（气氛上好像又快上升到哲学高度了，所以笔者决定就此收笔）

    全文总结：不知道笔者的这篇浅谈的文章是否能够让电脑前的你轻微的感受到一些混沌理论的奥妙。我们普通人去了解混沌理论决然不是想依靠它去创造和改变什么的，运用混沌理论可能也没有办法改变我们周遭的现实社会和当下的生活状态。或许多了解一些只是增长了知识，也许你会对思考多了些顾虑，对传统的思维束缚和牛顿定律是否完全可靠多一些思考，对未来的人生多一些期待，对未知的世界多一些遐想，那么笔者觉得这样也就足够了。感谢欣赏本文，请继续关注泡泡网其他原创内容。■