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1700957569 “当我说完这个?我的天,下面的观众开始纷纷站起身。说的都是,‘我老爸跟杜芬方程打交道,我老爸的老爸跟杜芬方程打交道,但从来没有人见到过像你所说的这种事情’。你确实会偶尔遇到人们抗拒认为自然是复杂的想法。但我当时无法理解的,是这种敌意。”1
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1700957571 1福特。
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1700957573 舒服地待在位于亚特兰大的办公室里,任由外面冬日西沉,福特从一个超大马克杯里抿了一口碳酸水,杯上还用鲜艳的颜色画着“CHAOS”(混沌)一词。他的年轻同事罗纳德·福克斯说起了他自己的转变过程,那是在为他的儿子购入一部苹果 II 型计算机不久后,当时可没有哪位自尊自爱的物理学家会购入这样的玩意儿用于自己的工作。福克斯听说米切尔·费根鲍姆发现了指导反馈函数的行为的普适定律,所以决定写一段小程序,来在苹果机的显示器上亲眼见见这样的行为。他也确实见到了——音叉分岔,一分为二,二分为四,四分为八;然后混沌本身出现;同时在混沌区中,也存在令人惊叹的自相似结构。“花上几天时间,你就可以复现费根鲍姆的所有工作。”福克斯这样说道。2 这样的上机自学说服了他,以及其他一些可能对一篇书面论证还有所怀疑的人。
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1700957575 2福克斯。
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1700957577 有些科学家玩过一会儿这样的程序,然后就弃之脑后。其他人则不得不转变自己的想法。福克斯属于对标准的线性科学的局限性始终有着清楚意识的人。他知道自己一直习惯性地将非线性难题推到一旁。实际上,一位物理学家总是最终会说:“这个问题将最终需要我去翻阅函数手册,而这是我最不想做的,我也非常确定不想找部机器去求解它,因为这太大材小用了。”
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1700957579 “非线性的一般图景吸引了许多人的注意——一开始是慢慢地,但后来就越来越快,”福克斯说道,“而对于每个看向它的人,它都有所回报。不论你身处哪个学科,你现在都可以看向任何你之前看过的问题。其中有个地方之前曾让你中途放弃,因为它开始变得非线性。现在你知道如何看待它了,所以你可以再试一次。”
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1700957581 福克斯继续说道:“如果一个研究领域开始增长、壮大,这必定是因为有群人觉得其中有利可图——觉得他们如果调整自己的研究方向,就会得到巨大的收益。而在我看来,混沌就像一个梦。它提供了这样的可能性,即如果你转身投入这个游戏,你就有可能挖到富矿。”
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1700957583 尽管如此,对于这个词本身,大家仍然各有说法。3
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1700957585 3( 霍姆斯 ) SIAM Review 28 (1986), p. 107; ( 郝柏林 ) Chaos (Singapore: World Scentific, 1984), p. i; ( 斯图尔特 )“The Geometry of Chaos,”in The Unity of Science, Brookhaven Lecture Series, No. 209 (1984), p. 1; ( 詹森 )“Classical Chaos,”American Scientist (April 1987); ( 克拉奇菲尔德 ) private communication; ( 福特 )“Book Reviews,”International Journal of Theoretical Physics 25 (1986), No. 1.
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1700957587 菲利普·霍姆斯,一位毕业于牛津大学、现任教于康奈尔大学的白胡子数学家兼诗人:“某些(通常是低维的)动力系统复杂的、非周期性的、吸引的轨迹。”
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1700957589 郝柏林,一位来自中国的物理学家,他曾将许多过去的混沌研究论文汇编成一部参考书:“一种不具有周期性的秩序。”“一个正在快速扩张的研究领域,数学家、物理学家、水动力学家、生态学家及其他许多研究者都对此做出了重要贡献。”“一类新近才得到认识且普遍存在的自然现象。”
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1700957591 H. 布鲁斯·斯图尔特,一位来自长岛的布鲁克黑文国家实验室的应用数学家:“一个简单的决定论式(钟表式)系统中貌似随机重复的行为。”
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1700957593 罗德里克·V. 詹森,一位来自耶鲁大学的理论物理学家,他正在探索量子混沌的可能性:“决定论式的非线性动力系统的那种不规则、不可预测的行为。”
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1700957595 詹姆斯·克拉奇菲尔德,圣克鲁兹的动力系统集体成员之一:“具有正的但有限的测度熵的动力学。翻译过来就是:生成了信息(放大了微小的不确定性),但又不是完全不可预测的行为。”
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1700957597 还有福特,这位自封的混沌“福音传道者”:“从秩序和可预测性的枷锁中最终解放出来的动力学……系统得以自由地随机探索每一个动力学可能性……无比丰富的选择,无穷无尽的机会。”
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1700957599 对于自己努力探索迭代函数以及曼德尔布罗特集合无限分形的变化的工作,约翰·哈伯德觉得“混沌”是个糟糕的名称,因为它暗示着随机性。在他看来,这里的重要讯息应该是,自然界中的简单过程可以生成令人叹为观止的复杂性,而不需要借助随机性。4 非线性和反馈过程当中就存在所有必要工具,用于编码以及然后生成像人脑那样复杂、精致的结构。
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1700957601 4哈伯德。
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1700957603 而在其他一些科学家,比如在努力探索生物系统的全局拓扑性质的阿瑟·温弗里看来,“混沌”是个太过狭隘的名称。5 它暗示着简单系统、费根鲍姆的那些一维映射以及吕埃勒的那些二维或三维(以及分数维)奇怪吸引子。温弗里感到,低维混沌只是一个特例。他感兴趣的是多维复杂性的规律——并且他也深信这样的规律是存在的。毕竟宇宙中有太多东西看上去都超出了低维混沌的限度。
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1700957605 5温弗里。
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1700957607 《自然》杂志上展开了一个持续辩论,主题关于地球上的气候是否存在一个奇怪吸引子。经济学家则试图在股票市场的趋势中找寻可辨识的奇怪吸引子,但到目前为止还徒劳无获。动力学家期望能够利用混沌的各种工具解释充分发展的湍流。阿尔贝·利布沙贝(现在他已经来到芝加哥大学)正在将自己精细的实验风格应用到湍流研究上,打造了一个比自己 1977 年的小家伙大上数千倍的液氦对流室。至于这样的实验(在其中,流体的无序在空间和时间上都得以自由施展)是否会找到简单吸引子,没有人知道。正如物理学家贝尔纳多·休伯曼所说的,“要是你在一条湍急的河流中放入一枚探针,然后说,‘看呐,这里有一个低维奇怪吸引子’,那么我们所有人都会脱帽庆贺,并看上一看”。6
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1700957609 6休伯曼。
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1700957611 混沌是这样一套思想,它们说服了所有这些科学家相信自己是一个共同事业的一员。不论是物理学家或生物学家,又或是数学家,他们都相信,简单的决定论式系统能够孕育出复杂性,而那些复杂到传统数学处理不了的系统其实有可能遵循的是简单规律,而且不论各自的研究领域为何,他们的共同任务是理解复杂性本身。
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1700957613 “让我们再来看一下这些热力学定律,”盖亚假说的倡导者詹姆斯·E. 洛夫洛克写道,“乍看之下,它们确实读上去像但丁的地狱之门上的告示。7”8 但是……
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1700957615 7“你们走进这里的,把一切希望捐弃吧”(但丁,《神曲·地狱篇》第三歌,朱维基译)。——译者注
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1700957617 8Gaia, p. 125.
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