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數(shù)學(xué)心

第四百五十一章 蝴蝶效應(yīng)(混沌學(xué))

數(shù)學(xué)心 蔡澤禹 1003 2021-02-20 09:28:05

  愛德華·諾頓·洛倫茨做夢,研究害人的龍卷風(fēng)從何而來,他在夢中練就了時(shí)光倒推術(shù),可以通過時(shí)間倒推來研究任何東西變化的根源。

  他喊了一聲:“變?!?p>  世界的一切都變得倒著來,龍卷風(fēng)也開始倒著轉(zhuǎn)。

  他喊了一聲:“快!”

  時(shí)間倒流速度加快,他開始最終龍卷風(fēng)的來源。

  只見龍卷風(fēng)跨越很長的距離,也變得越來越小,最后變成普通的風(fēng),而這個(gè)普通的風(fēng)也越來越小,最后只來源于草叢中一個(gè)蝴蝶煽出的風(fēng)。

  他驚呆了,這樣的過程重復(fù)了幾次,發(fā)現(xiàn)都是同樣的結(jié)果,一個(gè)蝴蝶煽出了龍卷風(fēng)。

  洛倫茲對蝴蝶說:“你創(chuàng)造了一場災(zāi)難,你知道嗎?”

  蝴蝶說:“我哪里知道,我只不過是一個(gè)在草叢中偏偏起舞的飛碟而已。在這個(gè)世界上,有很多一樣想要運(yùn)動(dòng)的東西,你能保準(zhǔn)哪一個(gè)會(huì)引發(fā)重大災(zāi)難?”

  洛倫茨醒了,認(rèn)為天氣的變化有一定的復(fù)雜性。

  這個(gè)復(fù)雜性顛覆了經(jīng)典物理學(xué)中每個(gè)物質(zhì)可測的想法。

  本來,洛倫茨認(rèn)為天氣變化具備預(yù)測性,自己模擬了個(gè)地球大氣,讓地球大氣自己運(yùn)轉(zhuǎn),看看能不能對應(yīng)實(shí)際生活中的大氣,已達(dá)到預(yù)測天氣的效果。

  計(jì)算機(jī)計(jì)算出天氣的變化性之后,洛倫茨就可以把模擬出來的天氣情況做一個(gè)有周期的表,這樣地球上的天氣也有這樣的周期性,我就可以預(yù)測的。

  “只是希望這個(gè)時(shí)間不會(huì)太久,一萬天的周期規(guī)律變化還是可以接受的?!?p>  想想心里也挺美的,自己成為一個(gè)真正可以準(zhǔn)確預(yù)測天氣的人。

  做完之后,模擬的是地球上沒有海洋的,愛德華認(rèn)為需要加一個(gè)跟地球上海洋一樣的東西。

  做完之后,模擬的是沒有太陽的,加上太陽。

  做完之后,模擬是沒有公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的,加上公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的這種效應(yīng)。

  做完之后,模擬是沒有具體地貌的,加了接近地球的地貌,還把地球的橢球性加進(jìn)去。

  模擬之后,洛倫茨看到?jīng)]有周期性,十分不規(guī)律,達(dá)不到自己想要的。

  洛倫茨在想,那勢必是有哪個(gè)因素影響了,他逐個(gè)去除地貌、公轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)、太陽和海洋。

  看看單單一個(gè)圓球上掛大風(fēng),會(huì)出現(xiàn)什么。

  模擬的結(jié)果中,一開始是一個(gè)有規(guī)律的變化,但是時(shí)間越久,越是一種規(guī)律的像是無數(shù)的餅子壓扁而折疊的循環(huán)而已。

  洛倫茨看不到這個(gè)氣候會(huì)跟現(xiàn)在的地球有什么相似的地方。

  洛倫茨試圖加了一丁點(diǎn)海水,模擬的上億年的時(shí)間,發(fā)現(xiàn)亂七八糟,一點(diǎn)周期性也沒有。

  洛倫茨做了多個(gè)模擬,發(fā)現(xiàn)只有加一丁點(diǎn)的,哪怕是蝴蝶大小的東西,就比起什么都不加的樣子要混亂很多,而且所用時(shí)間不長。

  如果加入蝴蝶大小的東西,那么幾天后在某一個(gè)地方居然出現(xiàn)了颶風(fēng)。

  洛倫茨心里極為驚訝,才知道蝴蝶可以引發(fā)一場颶風(fēng),這太驚人了。

  所以系統(tǒng)性的東西的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),由于相互影響的緣故,導(dǎo)致會(huì)有極其大的變化。

  這種變化就稱之為混沌效應(yīng)。

  混沌有隨機(jī)性、有敏感性、分維的自相似結(jié)構(gòu)。

  這是一種非線性系統(tǒng)。

  有很多模型可以描述,比如:雙擺、三體運(yùn)動(dòng)、氣象、心律紊亂,云彩分布等等。

  后來為了讓混沌描述準(zhǔn)確,就實(shí)用電路方法來理解混沌中的模型。

  洛倫茲在想:混沌態(tài)構(gòu)造無理數(shù)混沌不可測,根據(jù)結(jié)構(gòu)和初使?fàn)顟B(tài),產(chǎn)生無理數(shù),這個(gè)無理數(shù)確定,可以預(yù)測。精確度問題不可能,但跟混沌數(shù)相關(guān)。穩(wěn)定混沌系統(tǒng),可以預(yù)測,比如三體。穩(wěn)定混沌狀態(tài),從任何一刻開始向下的運(yùn)動(dòng)都可與混沌數(shù)聯(lián)系,以此可以做出預(yù)測?;煦绶诸?,簡單分類,復(fù)雜分類。

  他毫無思路,只知道當(dāng)下任何隨機(jī)數(shù)都有周期性。這些周期性也能用傅立葉分析出對應(yīng)三角函數(shù)提煉出來。想要讓這些隨機(jī)數(shù)分布沒有周期性,只能讓他們試圖變得無法傅立葉級數(shù)可分離才行?;煦鐚W(xué)可以產(chǎn)生隨機(jī)數(shù),因?yàn)榛煦缃^對沒有周期。

  只有在達(dá)到很多的量時(shí),才有一種統(tǒng)計(jì)學(xué)的穩(wěn)定的某個(gè)狀態(tài)。像圖靈發(fā)現(xiàn)的牛斑。這就是細(xì)胞數(shù)量過多的結(jié)構(gòu)。很多結(jié)構(gòu)過多是,都會(huì)有一種穩(wěn)定態(tài)。大量偶然行為,到達(dá)一定數(shù)量是形成必然。這是統(tǒng)計(jì)學(xué),所以統(tǒng)計(jì)學(xué)是鏈接偶然與宏觀混沌現(xiàn)象的一個(gè)橋梁。

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