淺析-混沌理論與意義

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1、.淺談混沌理論的哲學意義姓名：文小刀..淺談混沌理論的哲學意義文小刀摘要：本文首先介紹了混沌理論的內(nèi)含和產(chǎn)生，在此基礎(chǔ)上介紹了它對自然科學和哲學思維的影響，最后提出了混沌理論的幾種應用，以期探尋混沌理論的哲學意義。關(guān)鍵字：混沌理論影響應用哲學意義混沌理論被認為是與相對論和量子力學齊名的震驚世界的第三大理論，是系統(tǒng)科學的重要組成部分?；煦缋碚撨@個迷人的“奇異吸引子”，吸引著人們?nèi)ヌ剿骰煦鐘W秘的科學前沿，而且像極具生命力的種子，撒遍自然科學和社會科學各個領(lǐng)域的沃土。它將簡單與復雜、有序與無序、確定與隨機、必然與偶然的矛盾統(tǒng)一在一幅美

2、麗的自然圖景之中，推動了人類自然觀與科學觀的發(fā)展；也通過一系列嶄新的范疇、語言和思維方式，充實了科學方法內(nèi)容并促進了方法論的進步，對科學的發(fā)展和人類社會的發(fā)展必將產(chǎn)生深遠的影響。一、混沌理論的含義及其產(chǎn)生混沌學是當代系統(tǒng)科學的重要組成部分，與相對論和量子力學的產(chǎn)生一樣，混沌理論的出現(xiàn)對現(xiàn)代科學產(chǎn)生了深遠的影響?；煦邕\動的本質(zhì)特征是系統(tǒng)長期行為對初值的敏感依賴性，所謂混沌的內(nèi)在隨機性就是系統(tǒng)行為敏感地依賴于初始條件所必然導致的結(jié)果。我們可把混沌理解為：在一個非線性動力學系統(tǒng)中，隨著非線性的增強，系統(tǒng)所出現(xiàn)的不規(guī)則的有序現(xiàn)象。這些現(xiàn)

3、象可以通過對初值的敏感依賴性、奇異吸引子、費根鮑姆常數(shù)、分數(shù)維、遍歷性等來表征?；煦缬腥缦碌谋举|(zhì)特征：1.混沌產(chǎn)生于非線性系統(tǒng)的時間演化，作為系統(tǒng)基礎(chǔ)的動力學是決定論的，無須引進任何外加噪聲。因而混沌是非線性確定系統(tǒng)的內(nèi)稟行為。2.混沌行為對初始條件極具敏感，導致長期行為具有不可預測性，也即我們所說的確定系統(tǒng)產(chǎn)生的不確定性或隨機性。這一特征不同于概率論中的隨機過程，隨機過程中的隨機性是指演化的下一次結(jié)果無法準確預知，短期內(nèi)無法預測，但長期演化的總體行為卻呈確定的統(tǒng)計規(guī)律，混沌行為剛好相反，短期行為可確知，長期行為不確定。..3.

4、混沌行為在幾何結(jié)構(gòu)上具有尺度變換下的不變性，即在不同尺度下具有驚人的自相似性。系統(tǒng)的總體與部分之間、部分與其構(gòu)成它的更小部分之間存在的相似性。這種相似性具有層層嵌套的分形幾何形狀。4.混沌行為的產(chǎn)生不僅與確定系統(tǒng)的非線性的狀態(tài)參量有關(guān)，也與參數(shù)空間的變量取值密切相關(guān)，參數(shù)的變化不僅可以決定是否出現(xiàn)混沌行為，而且也決定混沌行為的不同結(jié)構(gòu)。混沌是在19世紀自然科學取得空前偉大發(fā)展的基礎(chǔ)上，理論自然科學的思維由形而上學轉(zhuǎn)向辯證思維這一歷史性潮流中，通過漫長的知識準備，逐漸孕育發(fā)展起來的。它經(jīng)歷了以下幾個時期：混沌初步探索期，積累期，突

5、破期，研究高潮期和混沌控制期。在初步探索期(19世紀到20世紀初)以彭加勒(H.Poincare)為代表，他在研究天體力學中的三體問題時預感到混沌的存在。積累期是在20世紀初到50年代，這時期在數(shù)學上出現(xiàn)了拓撲學、整體分析、微分幾何、微分流形、遍歷理論等新數(shù)學以及分形幾何學的先驅(qū)工作；在物理上從研究天體力學運動的混沌進入到研究耗散系統(tǒng)的混沌；混沌還進入了化學、生物和生理等學科；還發(fā)明了電子計算機。這些為混沌理論奠定了堅實的數(shù)學、物理和工程應用等方面的知識基礎(chǔ)。在50年代末60年代初，這是混沌研究的突破期。這時期混沌研究出現(xiàn)了兩大

6、突破，即KAM定理的提出和證明以及美國氣象學家洛倫茲發(fā)現(xiàn)了所謂的蝴蝶效應。這兩個突破引發(fā)了混沌研究的高潮期，從本世紀60到80年代，有眾多的科學家來研究混沌現(xiàn)象，出現(xiàn)了混沌學的幾個重要常數(shù)和基本概念，標志著混沌學已經(jīng)誕生。進入90年代，混沌學研究又進入了一個新的時期，即混沌控制期。這時期提出了超混沌、混沌同步和控制原理及方法。目前只能對第一類混沌，即時間序列混沌進行有效控制，第二類混沌（空間混沌）、第三類混沌（時空混沌）、第四類混沌（產(chǎn)生功能混沌）的同步和控制研究還未開展，這是科學研究的焦點，正吸引著廣大的科研工作者的參加。二、

7、混沌理論的影響1.對自然科學的影響混沌理論的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展，與自然科學的研究和進步密不可分，尤其與物理學的發(fā)展聯(lián)系緊密?；煦缋碚撘唤?jīng)出現(xiàn)就同物理學結(jié)合起來，..改變了經(jīng)典物理學的圖景。混沌理論改變了經(jīng)典物理學的世界觀。經(jīng)典力學假設(shè)牛頓力學是決定性的、可測量和可預測的。本世紀物理學的兩次重大變革——相對論和量子力學，分別排除了牛頓的絕對時空觀和打破了測量過程的完全可控性。混沌表明決定性規(guī)律所產(chǎn)生的一條混沌軌道是如此的復雜，如擲骰子那樣隨機，不可能長期預測。這意味著不能以無限和精度無限長時間測量和計算連續(xù)變量。這從根本粉碎了拉普拉斯(L

8、aplace)關(guān)于決定論的完全可預測性。因而牛頓動力學只適用于那些宏觀的緩慢的周期或準周期的穩(wěn)定運動，然而這樣的運動實在太少了?；煦缋碚搶εｎD力學的致使打擊是從研究非線性力學中得到的。它使人們認識到牛頓力學既是確定論的又是隨機論的。另外，由耗散結(jié)構(gòu)理論提出的內(nèi)部