讓人著迷的科學! 我們身邊的混沌理論

    說到干擾因素，這個可以說是混沌理論得以從理論走向實際的重要因子，因為如果沒有干擾（干擾可以是由自身引起的，我們更多看到的干擾是外部的），自然界的分形便不可能幻化出如此多樣的狀態，也就不會有混沌理論從理論層面上升到實際層面。

牛頓定律所認識的天體運行是這樣完全規律機械的

    以我們所學習的根據牛頓定律所認識的，天體的規則應該如圖中的表示一樣，周而復始沒有變化沒有差別規律有序的一直按照既定“公式”運動下去。也許受到技術的局限，當時牛頓可沒沒有考慮那么多，完全沒有考慮到天體運行中那些細微的變化（即大爆炸理論中描述的我們觀測到的天體在較為規律性的天體運動以外還以一個爆炸輻射的狀態向外飛離爆炸核心緩慢運動）。

根據大爆炸理論 宇宙應該是同時伴隨這兩種運動的

    但是換個思路，試試混沌理論去解釋這些天體的運動，也許天體運動的嵌套發展恰好只是運行比較緩慢而已，而并不代表這個運行系統不會因為微小因素而發生翻天覆地的變化。換言之也許霍金的大爆炸理論只是能夠暫時解釋天體運動中的微小變化，也許宇宙并不是由最初爆炸產生的，只是某個混沌現象發展到復雜系統過程中極其短暫的“一瞬間”，而我們恰好處在這樣一個瞬間當中，在這樣一個瞬間當中去感知宇宙的變化實在絕非易事。

可以定義爆炸的初始狀態和E=MC^2過程但測算不出蘑菇云的具體形態

    就像圖中原子彈爆炸產生的蘑菇云，我們只能定義最初的爆炸條件、和E=MC^2這個經典的爆炸原理方程，但最后蘑菇云的形狀是我們無論如何都不能夠在初始狀態下就定義好的，只能大概做個估計，因為這個爆炸的過程中存在太多變數，這里面有自組織因素也有外界干擾因素。

    宇宙大爆炸理論中的宇宙就像圖中的蘑菇云一樣，我們恰好生活在照片拍下的這一秒里，我們在這一秒中去利用牛頓定律去測算的運動都是近乎完美的，然而縱觀整個爆炸過程，利用牛頓定律想去測算蘑菇云最后的形態顯然將會謬以千里。

    雖然目前還不能證明混沌理論和大爆炸理論哪個去說明宇宙中天體運動中的細微變化更靠譜，又或者是二者本無沖突，爆炸僅是混沌事復雜系統中的一次常態的變化。但是我們至少可以肯定的是，用牛頓定律來描述天體運動只能停留在淺顯層次，換言之：牛頓定律僅對整個宇宙復雜變化中的一瞬間有其科學性。常伴隨天體運動的無法預測的干擾和突變也是牛頓定律解釋不來的。也許你從未這么想過，但事實就是如此。

    ● 自發產生的無規律變化

    大家可能想象不出來自發產生無規律變化，這樣的實例有什么？我們不妨來看看當年別洛烏索夫發現的BZ反應實驗，想象一下在那些絢麗的漣漪當中蘊藏了什么原理。

別洛烏索夫的BZ反應

    首先來說說別洛烏佐夫這個實驗的構成，首先是溶液的配置，當時別洛烏佐夫愛好自然化學，想要探索人體從糖分中汲取能量的奧秘，于是他配比了如視頻中這樣的溶液，雖然當時別洛烏索夫在探索汲取能量的奧秘過程中沒有被發現，他卻從放置溶液的培養皿中發現了這樣的現象。溶液自發的隨機的產生著絢麗的漣漪狀圖形變化，這個現象很好的說明了事物（系統）在不受外部條件因素干擾的情況下存在自發無規律變化的可能性，也就是來自事物內部的自發干擾。由于溶液模擬了人類血液和組織液的某些成分所以在觀看到視頻中的現象之后筆者不自覺的聯想到了人類的某些生理想象，你也可以想象一下是不是可能有某種千絲萬縷的聯系？！

    ● 自發產生的規律變化

    同樣是別洛烏索夫溶液的震蕩反應，在系統條件恒定的情況下，發生了什么現象？

別洛烏佐夫的BZ震蕩反應

    從視頻中我們看到，BZ溶液系統在恒定的條件因素下自發的產生了規律性的變化，表現為溶液由無色到有色，從有色到無色的無限循環往復變化。也就是說在沒有受到任何條件改變的情況下，溶液自發產生了這一現象。試著想象一下心臟的跳動，為什么心臟會自發的規律性的跳動？雖然筆者解釋不了，但是筆者分明覺得這其中有某種聯系。

    透過現象我們得出結論：自然界物質和復雜系統在不受到外部任何條件因素干擾的情況下也可能發生自發無序變化或自發有序變化。（事物發展受到外界干擾而變化的情況就非常常見了，在這里就不列舉了）

    想象一下這些自發有序變化和自發無序變化配合上之前我們所說到的若干簡單發展進程，事物將呈現出絢麗多姿不可估量的復雜系統。我們試著將之前所涉及到的發現想法和結論一一列舉出來。

    1，圖靈利用公式測算奶牛斑紋：給定理論初始因子不變的情況下，由于給定公式的精妙組合，最后呈現的復雜系統也完全無法估量，即發展過程即使不存在干擾，完全按照標準公式發展，事物也能幻化出無限的復雜模樣，展現出既定發展過程（公式）的組合（公式的組合給事物的發展以非線性條件）對混沌復雜結果的影響。（我們現在說的人工智能與這種方式就有異曲同工之妙，不知道你感受到了沒？或者生命智慧的產生就與這樣的簡單過程有關也說不定）

    2，精確自相似分形體：簡單數值通過固定公式可以得出無限復雜的系統。

    3，半自相似分形體：自然存在干擾+精確自相似分形體規律=發展的復雜系統在現實世界中表現為更為復雜的多樣性。

    4，自發產生規律變化（BZ震蕩反應）：自然界的初始因子形式往往并不固定，除了在發展過程中受到外界干擾，還存在自身的規律性變化。

    5，自發發生無規律變化（BZ反應）：自然界的初始因子在發展過程中除了受到外界干擾，還存在自發的無規律的自組織行為。

    綜合以上5方面：我們發現自然界中存在這樣的現象，初始因子可以導致結果的不確定、發展過程（公式）可以導致的結果不確定、外界干擾可以導致的結果不確定。于是我們有了這樣的結論性可能：

    自然界天生可以產生以自發有序、自發無序方式變化的初始因子，在非線性發展過程中以“公式”（規律）間的組合和外界干擾同時作用下，在驅使事物發展的過程中這些諸多的可變化帶來的不可控因素讓原本清晰的事物朝著無序模糊未知的方向發展，所以發展的最終結果將會是混沌無序、絢麗豐富卻難以測算和預知的復雜系統。所得到的復雜難以測算的系統與其他因素相互作用進而形成更為復雜的更為難以預算的復雜系統。（又是筆者自己總結的定義，意在幫助理解，你感受下......）

    僅從理論上說，混沌的自然界將能夠以自己的力量幻化出完全超出你想象的復雜世界，自然界的物種、物質也會繼續朝著更為復雜的程度演變，而根本無需造物主，只要這個時間足夠長......

    混沌理論的啟發：現在知道為什么即使是如今如此發達的技術下，還是無法提前精確預測天氣，提前精確預測地震，提前精確預計動物的龐大的種群數量了。因為某種程度上，我們只能根據以往的統計數據對這樣的趨勢做出大致估計，我們能做的只是利用計算機的計算能力去接近真實值，而不可能實現完全精確測算，因為這就是混沌理論的力量，這就是自然的力量。

    想象一下你手中的鼠標，筆記本，生活中的汽車、飛機，這些東西是誰創造出來的？也許你會堅定的說這些都是人類創造的璀璨文明！當然這么說是沒錯的，只是你的眼光沒有因為閱讀本文而變得更遼闊。因為你忽略了從宏觀的角度去看，人類只是自然界混沌系統中的一份子這個重要前提，我們只是在自然幻化不斷復雜化的進程中恰巧擁有了這樣造物的能力，歸根結底是自然提供了原料，是自然提供智慧，是自然創造了我們和我們眼前的一切。（氣氛上好像又快上升到哲學高度了，所以筆者決定就此收筆）

    全文總結：不知道筆者的這篇淺談的文章是否能夠讓電腦前的你輕微的感受到一些混沌理論的奧妙。我們普通人去了解混沌理論決然不是想依靠它去創造和改變什么的，運用混沌理論可能也沒有辦法改變我們周遭的現實社會和當下的生活狀態。或許多了解一些只是增長了知識，也許你會對思考多了些顧慮，對傳統的思維束縛和牛頓定律是否完全可靠多一些思考，對未來的人生多一些期待，對未知的世界多一些遐想，那么筆者覺得這樣也就足夠了。感謝欣賞本文，請繼續關注泡泡網其他原創內容。■