摆动的轨迹

核心提示在混沌学出现之前,科学家把事物的运动变化状态分为两类。一类是决定性现象,是有序的,其运动规律可用数学方程作出描述,可以准确地预言系统的发展变化。如单摆运动、抛体运动,只要知道物体的初始速度、位置和当地的重力加速度,根据牛顿定律就可以预言以后

在混沌出现之前,科学家把事物的运动状态和变化分为两类。

一种是决定现象,这种现象是有序的,其运动规律可以用数学方程来描述,可以准确预测系统的发展变化。比如单摆的运动,抛体的运动,只要知道重力的初速度、位置和局部加速度,就可以根据牛顿定律预测物体在未来任意时刻的位置和速度。比如可以前后摆动的单摆装置,将一根没有重量的细杆或不能伸长的绳子的一端悬挂在某一点,另一端固定一个小球,就可以形成单摆。单摆是一个理想的物理模型,单摆是一个规律性很强的运动,所以可以用它的规律性来计时。

另一种现象是随机现象。这种现象只能用概率表达系统未来的情况,而不能准确预测情况会是什么样子,比如某个科技馆某天的参观人数。

除了决定性现象和随机现象之外,出现了第三种现象——混沌现象系统。

如果把两个单摆连在一起组成双摆,它可以画出相当复杂多变的轨迹。这其实是最简单的混沌钟摆形式,但已经足够耀眼了。

混沌是指确定性系统中看似随机的不规则运动,确定性理论所描述的系统,但其行为是不确定的——不可重复和不可预测的,这种现象称为混沌。

人们把混沌看作一种非周期性的秩序。

指的是事物运动变化的一种状态。虽然运动规律可以用数学方程来描述,但是事物发展的后果是无法预测的。这是因为描述其规律的方程是非线性方程。这类方程的解对初值非常敏感。如果初始值有一点偏差,解的偏差会随时间呈指数增长。这样初值略有不同,结果随着时间的推移差别很大。气象学家洛伦兹曾经对混沌系统的这种特性做了一个形象的比喻:这就像南美洲亚马逊雨林里一只蝴蝶扇动翅膀引起的天气变化,会导致两周后美国德克萨斯州的暴风雨。因为这个奇妙的比喻,人们把初值对混沌系统运动的影响称为“蝴蝶效应”。

综上所述,混沌现象宏观上看似无序,微观上却是有序的,其运动规律可以用非线性方程来描述。非线性方程的解对初值非常敏感。如果初始值有一点偏差,其解的偏差将随时间呈指数增长;这种对初始条件的极端敏感性是混沌系统的一个重要特征。

当今动荡的世界充分显示了混沌系统的出现。一些标榜充分自由民主的国家在疫情中几乎无所作为,实际上已经陷入极度无序的动荡。如果是根本原因,恐怕可以从制度变量过多,导致政府整体管理失控中找到原因。系统用单摆好还是用双摆好,值得人们深思,这可能是物理学对社会学的有益启示。

 
友情链接
鄂ICP备19019357号-22