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    200607260036回顧《混沌:不測風雲的背後》
      十五年前,台灣引入了第一本專談混沌理論的科普書《混沌》,當時我寫下這篇導讀,收錄在我的論文集裡。後來,這篇變成是網路上轉貼最多,通俗介紹混沌理論的文章,如果以「混沌」或「混沌理論」做關鍵字,Yahoo 與 Google 的第一或第二筆便是我這篇。其實,我有些尷尬——因為它不是科學地談混沌理論,它只是對於「混沌」部分哲學內涵的闡發。要確確實實地談論混沌理論的話,鐵定要出現大量的數學符號,與電腦模擬,以前我的程式便是大部分在做這類設計。等會,我將放上一張剛畫出來的洛倫茲方程式:類似蝴蝶的彩色雙翼,微微的震動,居然引發了千萬里遠處的大風暴,這就是混沌理論的核心「蝴蝶效應」最著名的圖形。以下,我把這篇文章給貼出來。


    近代物理與新認識論:混沌理論
    1992/03/26 

      混沌理論( Chaos Theory ),是近二十年才興起的科學革命,它與相對論與量子力學同被列為:二十世紀最偉大發現和科學傳世之作
    。量子力學質疑微觀世界的物理因果律,而混沌理論則緊接著否定了包括巨觀世界拉普拉斯(Laplace)式的決定型因果律。

      長久以來,世界各地的物理學家都在探求自然的秩序,可是對於無秩序如大氣、騷動的海洋、野生動物數目的突兀增減,及心臟跳動和腦部的變化,卻都顯得相當的無知。但是在七O年代,美國與歐洲有少數科學家開始穿越混亂去打開一條出路。包括物學家、物理學家及化學家等等,所有的人都在找尋各種俯拾皆是的混沌現象——裊繞上昇的香菸煙束,爆裂成狂亂的煙渦、風中來回擺動的旗幟、水龍頭由穩定的滴漏變成零亂、複雜不定的天氣變化,與大崩盤的全球股市
    ——該規則與一些簡單模式之中,所隱藏令人驚訝的複雜行為。

      十年之後,混沌已經變成一項代表重塑科學體系的狂飆運動,四處充斥為著混沌理論而舉行的會議和印行的期刊。它跨越了不同科學學門的界線,因為它是各種系統的宏觀共相,它將天南地北各學門的思想家聚集一堂。年輕的科學家相信他們正面臨物理學改朝換代的序幕。他們覺得物理學這行已經被高能粒子和量子力學,這些華麗而抽象的名詞主宰得夠久,直到混沌革命——可以連接微觀和宏觀上百萬物體,集體行為之間的深深鴻溝的新起科學——開始時,頂尖物理學家才發現自己心安理得地,回歸到屬於人類尺度的某些現象。

      混沌理論的近代研究,逐漸領悟到自己正抗拒科學走向化約主義的趨勢。相當簡單的數學方程式,可以形容像天氣或瀑布一樣粗暴難料的系統
    ,只要在開頭輸入小差異,很快就會造成南轅北轍的結果,這個現象被稱為「對初始條件的敏感依賴」。例如,蝴蝶效應——今天北京一隻蝴蝶展翅翩翩對空氣造成擾動,可能導致下個月紐約的大風暴——使得科學家始終無法模擬天氣這個複雜系統,更不用說去精確地預測天氣。

      許多學科中,都背負著牛頓式決定論的擔子。就像一位理論學家這麼教他的學生:「西方科學的基本理念就是如此:如果你正計算地球檯面上的一顆撞球,你就不必去理會另一座銀河系統,其星球上樹葉的掉落。很輕微的影響可以忽略,任意小的干擾,並不會膨脹到任意大的後果。」又說:「通常無解的非線性系統,應被排除在科學研究之外。」但是,混沌理論根本駁斥這二種說法。

      非線性因素——意指玩遊戲的過程,倒過來改變遊戲的規則——支配著絕大多數物理現象。一方面,物理學家不該因著它難以計算而逃避它,在另一方面,它不容許我們忽略任何變因,無論來自於遙遠的震動或是實驗者本身——這點告訴我們,觀察者始終無法與觀察對象作分離或各別考慮,儘管「我們所有的努力,就是要使自己置身例外」。在這種情況之下
    ,我們必須放棄對事件發展的決定論式之天真預測。混沌理論亦難自外於非決定論的趨勢,它也粉碎了唯物論者的以下夢想:欲以簡潔、化約的方程式來描述自然界。

      混沌創造了使用電腦來處理特殊圖形,在複雜的表相之下,捕捉奇幻與細膩結構圖案的特殊技巧。同時,科學家在混沌裡,發掘出「自然幾何學」之美。德國物理學家艾連柏格,有感而發:

       「為什麼一株被風暴拉扯的枯樹,浮現於冬日黃昏的剪影,
       會帶來絕美的感受?而建築師千辛萬苦,設計出多重功能的
       大學校舍卻讓人無動於衷?雖然有些猜測成分,但是,我認
       為答案可以從動力系統的嶄新觀點尋找。我們對美的感覺,
       來自於自然界一亂一序,疏落有致的安排,比如雲朵、樹林
       、山嶺或雪花。所有這些形狀,都是經由動力過程誕生的物
       理實體,這種參揉亂和序的組合最尋常不過。」

       「這些線條反覆交織成金碧輝煌,在地面所形成的循環,帶
       來了旋風、大風暴與雷電。」

      實驗家李奧.卡達諾夫感動地說:

       「這種感受無可言喻,必定是科學家所能嚐到最甜美的滋味
       ——當他終於意識到,發諸內心者與形諸自然界者合而為一
       ,並且百試不爽,那種驚喜莫名的感覺!誰能料及,心智幽
       玄的密室,竟能反映了風和日麗的大自然景象,這是何等的
       震撼!何等何等的喜悅!」

      大自然的微笑,是科學家心靈深處始終的支持,這份與自然結合的一體感構成了他們最深邃的情感,誰說科學家沒有感動,誰說科學家是造成世界文明非人性化的罪魁禍首。即使是物理也是一門充滿感情的學科,它包含著物理學家的執著,物理學家的奔走,也包含著科學家所有對自然宇宙的渴求,正如神學家期盼上帝的眷顧那般的深刻!當人們失去情感,自然也不會再向人們招手。

      某研究混沌的學者,撰寫有關蝴蝶效應的論文時,說道:「其實每個人都是那隻有著魔力翅膀的蝴蝶,因為每個人的一舉一動,都可能使世界變得不一樣。這告訴了我們世界的真相:這個世界不能失去你,也不能失去他,對於這個世界我們無法置身事外,也無法孤立局部的現象……如果上帝真的有骰子,祂會讓我們自己擲的,」他意猶未盡的繼續說:「也許我們該相信魔法……這正是為什麼古代人在自然界裡有天賦異稟,而現代人始終只能依賴技術與機械的緣故。」雖然他扯離了物理的範疇,卻相當由衷地把現代人的處境表達出來。

      由於科學家必須模擬混沌現象,於是,帶動了電腦實驗的趨勢與極精密儀器的設計,這導致「複雜性科學」的興起,由此打破了各學科的界線門檻,結合有物理、化學、數學、社會學、生物與太空技術、電腦工業。目前科學雖然在表面上是分工的,但是,事實上它們是相連的。可以這麼說,「複雜性科學」本身正醞釀一股反對舊時化約主義的聲浪,這才使我們真正認識世界的本貌。

      零亂往往是假相,混沌之中隱藏著更深層次的規則(吸引子、自我組織、自我重複,與尺度無關性……)。這種正在蓬勃發展的理論,給全世界帶來巨大的衝擊,絕不亞於相對論與量子力學。一流期刊上所刊載有關一粒球在桌上跳躍的奇異動力,亦和量子力學的文章平起平坐。
    從《萬法簡史》的烏龜談起...|日誌首頁|霹靂系列布袋戲的世界上一篇從《萬法簡史》的烏龜談起下一篇霹靂系列布袋戲的世界
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