混沌學(xué)對經(jīng)典科學(xué)世界圖景的變革

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1、混沌學(xué)對經(jīng)典科學(xué)世界圖景的變革　　摘要：繼相對論和量子論之后的混沌學(xué)對以牛頓經(jīng)典力學(xué)為核心的經(jīng)典科學(xué)世界圖景進(jìn)行了又一次深刻的變革，本文著重強(qiáng)調(diào)了混沌在機(jī)械確定性、線性、簡單有序性幾個(gè)方面的突破，確立了復(fù)雜性、非線性和隨機(jī)性在現(xiàn)代科學(xué)中的地位，從而描繪了一幅充滿生機(jī)與活力的豐富多彩的世界圖景?！　￡P(guān)鍵詞：混沌；經(jīng)典科學(xué)；世界圖景　　　　從人類浩瀚的科學(xué)發(fā)展史來看，科學(xué)是在不斷地突破以前正確理論的基礎(chǔ)上大踏步前進(jìn)的。以牛頓經(jīng)典力學(xué)為核心的經(jīng)典科學(xué)世界圖景曾一度在科學(xué)發(fā)展史上樹立至尊的地位，然而相對論和量子論卻一次又一次地打破了經(jīng)典科學(xué)一統(tǒng)天下的局面，而隨后的混沌

2、學(xué)更是出手不凡，對經(jīng)典科學(xué)世界圖景進(jìn)行了全方位的變革。　　混沌學(xué)作為探索復(fù)雜性的新學(xué)科，修正了經(jīng)典科學(xué)只有必然性沒有偶然性、只有運(yùn)動(dòng)沒有發(fā)展的觀念，突破了經(jīng)典科學(xué)只有線性沒有非線性的思維模式，超越了經(jīng)典科學(xué)只有簡單性還原性沒有整體復(fù)雜性的圖式?；煦鐚W(xué)的出現(xiàn)解決了許多經(jīng)典科學(xué)所無法解釋的問題，使許多看似矛盾的現(xiàn)象奇跡般地“和諧相處”，從而為現(xiàn)代世界描繪了一幅嶄新的圖景?！　　　∫?、混沌學(xué)打破了經(jīng)典科學(xué)的機(jī)械式圖景，描繪了一幅動(dòng)態(tài)隨機(jī)的多彩畫面　　　　在經(jīng)典力學(xué)中，簡化的力學(xué)模型人為地排除了偶然性，把必然性強(qiáng)烈地體現(xiàn)出來。根據(jù)牛頓的動(dòng)力學(xué)方程，可以從物體的初始狀態(tài)

3、準(zhǔn)確地計(jì)算出在此之前或以后的任一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這些運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之間具有確定的、必然的因果聯(lián)系。拉普拉斯雖然對牛頓的一些錯(cuò)誤觀點(diǎn)作了尖銳的批判，但他卻像牛頓一樣積極宣傳機(jī)械論，并把機(jī)械決定論推到了極端。他在《概率論》引言中說：“讓我們想象有個(gè)精靈，它知道在一定時(shí)刻的自然界里一切的作用力和組成這個(gè)世界的一切東西的位置；讓我們又假定，這個(gè)精靈能夠用數(shù)學(xué)分析來處理這些數(shù)據(jù)，由此，它能夠得到這樣的結(jié)果：把宇宙中最大物體的運(yùn)動(dòng)和最輕原子的運(yùn)動(dòng)都包括在同一個(gè)公式里。對于這個(gè)精靈來說，沒有不確定的東西。過去和未來都會(huì)呈現(xiàn)在它的眼前?！保?］可見，從牛頓力學(xué)直到拉普拉斯決定論，一

4、直都認(rèn)為只要給定了認(rèn)識對象一個(gè)初始條件，確定了某一質(zhì)點(diǎn)的時(shí)空坐標(biāo)的精確位置，就可以推算出它在以后任意時(shí)刻的空間位置以及所發(fā)生的一切，一切，比如對哈雷彗星出現(xiàn)的時(shí)刻和空間位置的推算。即使對于一片正在下落的樹葉，只要給定足夠的初始條件，這片樹葉何時(shí)落在何處都能給出確切的答案。這就是機(jī)械決定論，即線性邏輯發(fā)展對未來的預(yù)測。這種確定性可以無限精確地定量化表述，給出關(guān)于認(rèn)識對象完全精確的確定性知識?！　〉诨煦缋碚撝?，人們卻認(rèn)識到，有序和無序，完全確定性和不確定性之間，有著復(fù)雜的關(guān)系。“混沌意味著決定論的隨機(jī)性。”“混沌是非周期的有序性。”［2］由此可見，混沌是指發(fā)生在

5、確定性系統(tǒng)中的貌似隨機(jī)的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，一個(gè)確定性理論描述的系統(tǒng)，其行為卻表現(xiàn)為不確定性——不可重復(fù)、不可預(yù)測，這就是混沌現(xiàn)象。例如你點(diǎn)燃一支煙，那向上升騰的煙柱的運(yùn)動(dòng)軌跡和路徑，就復(fù)雜得無法描述和追蹤。在這里，完全確定性運(yùn)動(dòng)的初始狀態(tài)，卻演化出無法預(yù)測的結(jié)果?；蛲蛔円彩腔煦绲?，但混沌不歸結(jié)為純粹的隨機(jī)性和偶然性；混沌是有結(jié)構(gòu)的，隱藏著某種深層的秩序，當(dāng)條件適合時(shí)，這種秩序必以某種方式顯現(xiàn)出來。從混沌理論看進(jìn)化是隨機(jī)性加反饋。［3］混沌打破了確定性方程由初始條件嚴(yán)格確定系統(tǒng)未來運(yùn)動(dòng)的“常規(guī)”，出現(xiàn)所謂各種“奇異吸引子”現(xiàn)象等?；煦绲碾S機(jī)性是內(nèi)在的，是確定性系統(tǒng)的

6、內(nèi)在隨機(jī)性，確定性與隨機(jī)性相互對立共存于同一系統(tǒng)，控制空間中出現(xiàn)混沌的位置是確定的，奇怪吸引子是相空間中確定的點(diǎn)集合，吸引域中任一軌道都要進(jìn)入吸引子是確定的。同時(shí)，隨機(jī)性存在于確定性之中，確定性自身能夠產(chǎn)生隨機(jī)性，確定性自己規(guī)定自己為隨機(jī)不確定性。因此，可以說，混沌架起了溝通確定性與隨機(jī)性的橋梁?！　〗?jīng)典科學(xué)只講吸引不講排斥，而混沌學(xué)則集偶然性和必然性于一身。由于混沌吸引子是一種奇異吸引子，它不僅有被吸引的一面，還有被排斥的一面。系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)在吸引子之外的狀態(tài)都向吸引子靠攏，從而保持“穩(wěn)定”的一面；而一旦到達(dá)吸引子內(nèi)，其運(yùn)動(dòng)又是相互排斥的，這就對應(yīng)著“不穩(wěn)定”的

7、一面?；煦缇褪峭ㄟ^吸引與排斥的對立統(tǒng)一，說明了非穩(wěn)定性的起源、放大，以及和穩(wěn)定性相互協(xié)調(diào)的機(jī)制，進(jìn)而揭示了事物自己運(yùn)動(dòng)的原因。并在此過程中通過誘發(fā)系統(tǒng)的活力，使其變?yōu)榉穷A(yù)設(shè)模式，從而創(chuàng)造了不可預(yù)測性?？梢?，在混沌理論中，穩(wěn)定性和不穩(wěn)定性可以相互轉(zhuǎn)化。倍周期分叉小周期失穩(wěn)被大周期取代，直至一切周期失穩(wěn)進(jìn)入混沌?；煦缡欠€(wěn)定與不穩(wěn)定的統(tǒng)一體，是整體穩(wěn)定與局部不穩(wěn)定相統(tǒng)一。與經(jīng)典科學(xué)的穩(wěn)定和不穩(wěn)定相對立相反，混沌學(xué)描繪的是一幅動(dòng)態(tài)、演變的穩(wěn)定和不穩(wěn)定的辯證統(tǒng)一的世界圖景。　　　　二、混沌學(xué)突破了經(jīng)典科學(xué)單調(diào)的線性圖景，為非線性涂上濃墨重彩的一筆　　　　經(jīng)典科學(xué)廣泛采用

8、線性的研究方法，因此也被叫做線性科學(xué)。