我不會(huì)相信上帝跟宇宙擲骰子,愛(ài)因斯坦如是說(shuō)。秩序與混沌究竟什么關(guān)系?混沌是大眾媒體炒作的怪物(蝴蝶效應(yīng)),還是現(xiàn)實(shí)世界無(wú)處不在的實(shí)在(有條有紊)?混沌理論與其伴侶復(fù)雜性科學(xué)為何難解難分?本書(shū)為1989年英文初版的1997年增訂二版,被公認(rèn)為通俗詮釋混沌之新科學(xué)的經(jīng)典讀物。微觀粒子、龍頭滴水、臺(tái)球撞擊、氣候變幻、股市漲跌、心臟搏動(dòng)、天體翻滾……混沌忽隱忽現(xiàn),復(fù)雜漂浮不定。問(wèn)題不在于上帝是否擲骰子,而在于如何擲骰子。DOES GOD PLAY DICE?
本書(shū)系科學(xué)傳播書(shū)架之一。我不會(huì)相信上帝跟宇宙擲骰子,愛(ài)因斯坦如是說(shuō)。秩序與混沌究竟什么關(guān)系?混沌是大眾媒體炒作的怪物(蝴蝶效應(yīng)),還是現(xiàn)實(shí)世界無(wú)處不在的實(shí)在(有條有紊)?混沌理論與其伴侶復(fù)雜性科學(xué)為何難解難分?本書(shū)為1989年英文初版的增訂二版,被公認(rèn)為通俗詮釋混沌之新科學(xué)的經(jīng)典讀物。微觀粒子、龍頭滴水、臺(tái)球撞擊、氣候變幻、股市漲跌、心臟搏動(dòng)、天體翻滾……混沌忽隱忽現(xiàn),復(fù)雜漂浮不定。問(wèn)題不在于上帝是否擲骰子,而在于如何擲骰子。
我很高興獲悉,上海交通大學(xué)出版社即將出版《上帝擲骰子嗎?》第二版的中文版。自從本書(shū)版撰寫(xiě)以來(lái),確定性混沌的概念沒(méi)有明顯無(wú)規(guī)則性的系統(tǒng)在其數(shù)學(xué)描述中呈現(xiàn)貌似無(wú)規(guī)則的行為在越來(lái)越多的科學(xué)應(yīng)用中變得重要。
混沌所屬的更為一般的理論,它不能與之分離的理論,是非線性動(dòng)力學(xué)。這個(gè)學(xué)科包括規(guī)則的行為和模式,也包括混沌的不規(guī)則性,它對(duì)科學(xué)研究的影響日益廣泛。《自然》和《科學(xué)》等刊物經(jīng)常發(fā)表利用混沌(或非線性動(dòng)力學(xué)的某些其他領(lǐng)域)幫助理解天文學(xué)、生物學(xué)、生態(tài)學(xué)或神經(jīng)科學(xué)中的問(wèn)題的論文;煦绺拍钜呀(jīng)成為科學(xué)工具箱的標(biāo)準(zhǔn)組成部分。假如我再寫(xiě)本書(shū)的第三版,有許多豐富的新材料可以選用。
我認(rèn)為,混沌是20世紀(jì)偉大的數(shù)學(xué)發(fā)現(xiàn)之一,它將在21世紀(jì)繼續(xù)得到發(fā)展;煦绯霈F(xiàn)于許多科學(xué)領(lǐng)域和數(shù)學(xué)領(lǐng)域,運(yùn)用從實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)仿真到微分方程和代數(shù)拓?fù)鋵W(xué)的多種方法的一批人在貌似無(wú)關(guān)的研究中。過(guò)去50年間,這些分離的研究分支匯集起來(lái),對(duì)自然界許多的不規(guī)則性提供了新的、顯著的理解?茖W(xué)家和數(shù)學(xué)家得知,簡(jiǎn)單的、有結(jié)構(gòu)的規(guī)則可以(并且往往)導(dǎo)致復(fù)雜的、不規(guī)則的行為。令人感到矛盾的是,這也意味著,在貌似無(wú)模式的動(dòng)力學(xué)底下存在著隱模式;煦缋碚摷野l(fā)明了新方法,幫助我們搞清楚這些模式是什么。
混沌對(duì)科學(xué)家如何思維做出了根本的改變。長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)如今由運(yùn)行幾十個(gè)、乃至數(shù)百個(gè)仿真而產(chǎn)生,包含仿真開(kāi)始時(shí)真實(shí)世界數(shù)據(jù)的小的無(wú)規(guī)則變化。原因很簡(jiǎn)單:要避開(kāi)那個(gè)著名的蝴蝶效應(yīng),描述天氣的方程式的一個(gè)惱人特征的聳人聽(tīng)聞的名字。也就是說(shuō),天氣的目前狀態(tài)中的微小改變,可以導(dǎo)致其預(yù)測(cè)的未來(lái)狀態(tài)的巨大變化。訣竅在于,做出許多的預(yù)測(cè),每一個(gè)都從略微不同的數(shù)據(jù)出發(fā),得出哪一個(gè)預(yù)測(cè)可能正確以及在多大程度上正確的統(tǒng)計(jì)估算。
混沌闡明了動(dòng)物種群逐年的變化;煦鐜椭覀兏闱宄(yáng)系在幾十億年前是什么樣子,今后幾十億年將可能是什么樣子;煦缬绊懥宋覀兊娜粘I睿粌H僅是通過(guò)更好的天氣預(yù)報(bào),比如,彈簧制造業(yè)如今使用它進(jìn)行金屬絲的質(zhì)量控制。這些革命性變化的許多故事,都在本書(shū)中講述。感謝潘濤博士翻譯本書(shū),使得中國(guó)讀者能夠看到。我希望,你讀它能夠像我寫(xiě)它一樣享受。伊恩·斯圖爾特2015年1月于考文垂英文版序英文版序
《上帝擲骰子嗎?》版出版于1989年,當(dāng)時(shí)沒(méi)有序。很長(zhǎng)一段時(shí)間,我都沒(méi)有寫(xiě)序,因?yàn)槲矣X(jué)得沒(méi)有人看序言,所以本書(shū)由引言開(kāi)篇。這次再版,引言仍然保留,但補(bǔ)寫(xiě)了序是啊,兩個(gè)引言有點(diǎn)過(guò)分。你要是有了版,正掂量這一版內(nèi)容是否足夠不一樣到值得購(gòu)買(mǎi),應(yīng)該閱讀第14章到第17章的部分或全部,大部分是新加的內(nèi)容。如果足夠不一樣,就掏錢(qián)買(mǎi)吧,行嗎?把書(shū)帶回家之前,你可以決定是否讀這篇序言。
混沌不光是一個(gè)表示混亂的時(shí)髦詞。在科學(xué)中如今盛行的意義上,它是一個(gè)全新的不同概念;煦绯霈F(xiàn)于確定性(即非隨機(jī)性)系統(tǒng)以貌似隨機(jī)的方式行事之時(shí)。這聽(tīng)上去有些悖謬,但貌似隱藏著許多幺蛾子。近十年的一大發(fā)現(xiàn)是,混沌就像傳統(tǒng)類型的規(guī)則行為(諸如定態(tài)和周期循環(huán))一樣常見(jiàn);仡^來(lái)看,混沌并沒(méi)有什么特別驚人之處。從今日的視角,加上后見(jiàn)之明,很容易理解,混沌如何產(chǎn)生,混沌為何頻頻現(xiàn)身。許許多多的人,其中很多是科學(xué)家,居然還是把混沌當(dāng)作奇談怪物來(lái)談?wù)。抱歉,混沌不是怪物;煦缛缤芷谘h(huán)一樣稀松平常。可是幾百年來(lái),我們習(xí)慣于周期循環(huán),我們剛開(kāi)始跟混沌打交道,還沒(méi)有習(xí)慣于它。不必驚奇:混沌是非常微妙、復(fù)雜的。
自1989年以來(lái),混沌走過(guò)了很長(zhǎng)的路。特別是在大眾媒體中,它變成了混沌理論。我認(rèn)為究其本意而言,把混沌視為一種理論是一個(gè)錯(cuò)誤,但我理解記者們需要一個(gè)朗朗上口的短語(yǔ)來(lái)概括這個(gè)領(lǐng)域,你還能怎么叫它呢?于是,我有時(shí)也用這個(gè)短語(yǔ),盡管我總體上用它指混沌的大眾形象,跟實(shí)際科學(xué)家的用法有所區(qū)別。然而,混沌并不是一種理論。混沌是一個(gè)概念,是一個(gè)不可與動(dòng)力學(xué)的其余部分分隔開(kāi)的概念。它是一個(gè)打破所有科學(xué)傳統(tǒng)邊界的理念。它是巨大拼圖的一塊缺塊。它是影響深遠(yuǎn)的有序與無(wú)序的統(tǒng)一。可是歸根到底,把混沌分離為理論,就好比把骨架理論從動(dòng)物學(xué)里抽離出來(lái)一樣。
確實(shí)存在一種新的理論,名叫非線性系統(tǒng)理論、動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)理論或非線性動(dòng)力學(xué):不是在其以前完全不存在的意義上,而是在它脫穎而出的意義上,并且在其本來(lái)意義上堪稱一個(gè)理論。這往往就是人們談?wù)摶煦缋碚摃r(shí)所指的意思。其實(shí),理論一詞至少有兩個(gè)含義。一個(gè)是用于量子理論或相對(duì)論中的含義一種關(guān)于自然如何行事的陳述。此種理論的用處,取決于它與自然匹配得足夠好。非線性系統(tǒng)理論,是另一種意義上的理論,即具備清晰、一致同一性的協(xié)調(diào)的數(shù)學(xué)知識(shí)體。于是,并不存在關(guān)于其正確性的嚴(yán)肅問(wèn)題:當(dāng)數(shù)學(xué)錯(cuò)了的時(shí)候,錯(cuò)誤往往顯而易見(jiàn)。大問(wèn)題在于:混沌這個(gè)概念能夠承擔(dān)新的科學(xué)洞見(jiàn)嗎?(假如不能夠,我們就必須擦去非線性動(dòng)力學(xué):你不能把彼此分開(kāi)。)數(shù)學(xué)意義上的混沌理論,會(huì)變成科學(xué)意義上的新理論的基礎(chǔ)嗎?
這正是混沌變得爭(zhēng)論不休的地方,因?yàn)樗辉偈呛瞬閿?shù)學(xué)、搞清楚有沒(méi)有錯(cuò)誤的事。打個(gè)比方,微積分是一個(gè)有效的數(shù)學(xué)理論,但不意味著微積分對(duì)科學(xué)的每一個(gè)應(yīng)用都必然正確。假如你為月球運(yùn)動(dòng)建立模型時(shí)設(shè)立了錯(cuò)誤的微分方程,那么,不管你如何正確運(yùn)用微積分,你都得不到有意義的東西。假如你的理論模型產(chǎn)生了混沌,道理亦然:從模型到混沌的聯(lián)系可能是無(wú)懈可擊的,但是,從實(shí)在到模型的聯(lián)系呢?
《上帝擲骰子嗎?》有兩個(gè)突出的主題。其一是解釋混沌的數(shù)學(xué)概念,混沌為什么既是自然的,又是不可避免的。其二是問(wèn):混沌在現(xiàn)實(shí)世界存在嗎?為了使這個(gè)問(wèn)題有意義,可以換一種說(shuō)法。數(shù)學(xué)不存在于現(xiàn)實(shí)世界里。重要的是,它以一種有用的方式模擬現(xiàn)實(shí)世界。圓的幾何形狀幫助我們理解為什么輪子會(huì)平滑地滾動(dòng)?墒牵阍谵I車(chē)上找不到真正的數(shù)學(xué)圓。你在現(xiàn)實(shí)世界里可以找到兩只羊、兩個(gè)蘋(píng)果、兩個(gè)書(shū)擋,但你從未遇到兩這樣的數(shù)。于是,問(wèn)題應(yīng)該是:混沌的數(shù)學(xué)概念以一種有用的方式模擬的現(xiàn)實(shí)世界,有助于我們理解我們所見(jiàn)到的事物嗎?
如果你看看科學(xué)期刊里刊載的東西,顯然回答是肯定的。1995年,我參加了工業(yè)數(shù)學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)會(huì)(簡(jiǎn)稱SIAM)在猶他大學(xué)舉辦的關(guān)于動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用的學(xué)術(shù)會(huì)議。SIAM是世界上大多數(shù)技術(shù)先進(jìn)國(guó)家的應(yīng)用數(shù)學(xué)的頭號(hào)職業(yè)團(tuán)體,而不是分子的米老鼠聚集物。有五百多個(gè)數(shù)學(xué)家參加了為期四天的會(huì)議,會(huì)場(chǎng)上有兩百多個(gè)研究報(bào)告。大約有一半是關(guān)于混沌的,或者是關(guān)于由混沌引發(fā)的論題的,諸如數(shù)據(jù)分析的新方法。所以,要是有人告訴你混沌不過(guò)是媒體的炒作,他們錯(cuò)了;煦缭缇陀辛耍缃癫旁诳茖W(xué)意識(shí)里深深運(yùn)行。當(dāng)然,這個(gè)層面的活動(dòng)不意味著混沌的每一個(gè)假設(shè)應(yīng)用都是正確的。一旦混沌理論在一個(gè)領(lǐng)域得到證明,你就自動(dòng)被迫把它推廣到所有領(lǐng)域,此種假設(shè)(我認(rèn)為此乃某些批評(píng)家如此不寬容地持否定態(tài)度的一個(gè)原因)就源于對(duì)我剛才提及的理論的兩個(gè)含義的混淆。每一個(gè)應(yīng)用,必須在其自身的科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)證明其價(jià)值。
《上帝擲骰子嗎?》這個(gè)新版本不同于版,主要在于包括了關(guān)于應(yīng)用的新材料。我對(duì)原版本實(shí)際上沒(méi)有改動(dòng):自從它出版以來(lái),沒(méi)有發(fā)生什么需要?jiǎng)哟笫中g(shù)的地方。我在原書(shū)末尾插入了全新的三章。第14章是關(guān)于混沌系統(tǒng)中的預(yù)言,那是完全可能的,取決于你想預(yù)言什么;它還討論了多個(gè)相關(guān)議題。我列入了好幾個(gè)新的應(yīng)用,從變星的脈動(dòng)到彈簧制造業(yè)中的質(zhì)量管理。新加的第15章關(guān)于混沌系統(tǒng)的控制,一種實(shí)際應(yīng)用的潛在來(lái)源,當(dāng)你學(xué)會(huì)運(yùn)用混沌而不是假裝它不存在時(shí)何種優(yōu)勢(shì)會(huì)發(fā)生的案例研究。此種應(yīng)用包括更加經(jīng)濟(jì)地操縱人造衛(wèi)星,在靈巧心臟起搏器的方向上領(lǐng)先。
新加的第16章是相當(dāng)臆測(cè)性的。我力求解釋混沌概念如何可能導(dǎo)致對(duì)愛(ài)因斯坦著名問(wèn)題(本書(shū)的書(shū)名)的新回答。愛(ài)因斯坦對(duì)量子力學(xué)通常以不可化約的蓋然性成立而憂心忡忡。量子世界的表觀無(wú)規(guī)則性,是否可能確實(shí)是確定性混沌?假如混沌在量子力學(xué)之前被發(fā)現(xiàn),物理學(xué)的軌道是否會(huì)有所不同?這些問(wèn)題在1989年還無(wú)法回答,現(xiàn)在卻可以了。在科學(xué)文獻(xiàn)中有一個(gè)十分特別的提議:是臆測(cè)性的,但基于堅(jiān)實(shí)的發(fā)現(xiàn),其中有些發(fā)現(xiàn)還很新。那是一個(gè)激動(dòng)人心的故事,所有的配料都是好科學(xué):只是整個(gè)攪拌是臆測(cè)性的。你不臆測(cè),就不會(huì)積累。
我還把前面幾章更新了一下。至少流體中的湍流的幾個(gè)例子是由于混沌,現(xiàn)在是完全確定的。關(guān)于太陽(yáng)系的動(dòng)力學(xué),有一些新的結(jié)果,就大大長(zhǎng)于另一個(gè)十億年時(shí)間,以其目前的形式似乎不存在。宇宙在比我們想象更大的尺度上是成團(tuán)的。某些生態(tài)系統(tǒng)里的混沌,接近成為一個(gè)確立的事實(shí)。分形幾何學(xué)已經(jīng)取得了嚴(yán)肅的商業(yè)用途。數(shù)學(xué)方法已然高級(jí)到這樣的程度:我們現(xiàn)在可以任何精度證明,氣象學(xué)家愛(ài)德華·洛倫茲建立的模型確實(shí)導(dǎo)致混沌。這對(duì)那些認(rèn)為混沌出現(xiàn)是由于計(jì)算機(jī)誤差的正統(tǒng)衛(wèi)道士是一個(gè)壞消息,但對(duì)非線性動(dòng)力學(xué)的邏輯基礎(chǔ)是個(gè)好消息。
后,混沌理論的伴侶現(xiàn)在現(xiàn)身了,稱為復(fù)雜性理論;煦缋碚摳嬖V我們,簡(jiǎn)單系統(tǒng)可以呈現(xiàn)復(fù)雜行為;復(fù)雜性理論告訴我們,復(fù)雜系統(tǒng)可以呈現(xiàn)簡(jiǎn)單的突現(xiàn)行為。不提及復(fù)雜性理論,如今對(duì)混沌的討論就不完整,所以我把它放在后一章。復(fù)雜性理論的確充滿爭(zhēng)議,但它給沉悶乏味的、老式的線性理論帶來(lái)了新鮮空氣。我堅(jiān)信:未來(lái)幾十年,目前還在摸索的復(fù)雜性理論家的那種思維,將在幾乎所有科學(xué)活動(dòng)的領(lǐng)域都證明有根本性的意義。我并不認(rèn)為復(fù)雜性理論掌握了答案,但我認(rèn)為它確實(shí)為這個(gè)問(wèn)題提供了非常有意義的視角,此種視角又為尋找答案指明了新的道路。
我不想把混沌兜售給你。我不是尋求皈依的新宗教的先知。我不希望你信仰只需思考。我所做的不過(guò)是,盡我所能以可理解的形式,把你就混沌的目前進(jìn)展和未來(lái)潛力做出自己的判斷的信息,呈現(xiàn)給你。我哪怕是在臆測(cè)時(shí),也力求清楚明白。其余時(shí)間,我把思想或結(jié)果以有待發(fā)表的嚴(yán)肅科學(xué)和數(shù)學(xué)文獻(xiàn)的形式呈現(xiàn)。那并不意味著它們都必然正確,而是表明它們是可懷疑的……
現(xiàn)在我恐懼地知道了人們不讀序的原因:那些序沒(méi)意思,不是嗎?可是,我還沒(méi)有告訴你關(guān)于混沌的所有新應(yīng)用呢地球熔融內(nèi)核中的混沌,北極光中的混沌,時(shí)空深層結(jié)構(gòu)里的混沌,編碼理論和通信中的混沌,歌劇歌手嗓音中的混沌……
就此打住。伊恩·斯圖爾特1996年1月于考文垂引言是鐘表還是混沌?引言是鐘表還是混沌?
你信仰擲骰子的上帝,我卻信仰完備的定律和秩序。
愛(ài)因斯坦給玻恩的信引自《愛(ài)因斯坦文集》第1卷第415頁(yè),許良英、范岱年編譯,商務(wù)印書(shū)館,1976年。引自愛(ài)因斯坦1944年9月7日給玻恩的信。譯者注有一種理論認(rèn)為歷史周而復(fù)始地演進(jìn)。但是,人類活動(dòng)的進(jìn)程好比螺旋上升的樓梯,是在新的層次上經(jīng)歷一周的。文化變遷的擺的擺動(dòng)并非簡(jiǎn)單地反復(fù)重演同樣的事件。姑且不論上述理論正確與否,反正它成了一個(gè)引人注目的隱喻。本書(shū)的論題正是敘述一個(gè)這樣的螺旋環(huán):混沌或譯渾沌。譯者注讓位于秩序,秩序又產(chǎn)生新形式的混沌。但在這種擺的擺動(dòng)過(guò)程中,我們不求破壞混沌,而圖駕馭混沌。
在我們?nèi)祟愡b遠(yuǎn)的過(guò)去歲月中,大自然被當(dāng)作變幻莫測(cè)的創(chuàng)造物,物質(zhì)世界的缺乏秩序被歸咎于操縱它的法力無(wú)邊、不可理喻的諸神的隨心所欲;煦绶簽E成災(zāi),規(guī)律無(wú)法想象。
幾千年間,人類逐漸認(rèn)識(shí)到,大自然有許多可以被記錄、分析、預(yù)言和利用的規(guī)律性。到18世紀(jì),科學(xué)在揭示自然界的規(guī)律方面成就斐然,使得不少人以為尚待發(fā)現(xiàn)的定律寥寥無(wú)幾。亙古不變的定律精確而永遠(yuǎn)地規(guī)定了宇宙中每一個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng):科學(xué)家的任務(wù)乃是針對(duì)人們感興趣的任何特殊現(xiàn)象闡明這些定律的意義;煦缱屛挥阽姳硎澜纭
但是,世界運(yùn)動(dòng)不息,我們的宇宙觀亦隨之而發(fā)展。如今,連我們的時(shí)鐘都不用發(fā)條裝置制成,為什么我們的世界卻應(yīng)當(dāng)如此呢?隨著量子力學(xué)的誕生,鐘表世界業(yè)已變成一張宇宙彩票。諸如放射性原子衰變這樣的基本事件,都被認(rèn)為決定于偶然,而不是決定于定律。盡管量子力學(xué)取得了非凡的成功,它的概率特征卻還沒(méi)有被普遍接受。這篇引言的開(kāi)頭引述了愛(ài)因斯坦(Albert Einstein)愛(ài)因斯坦(1879~1955),德國(guó)瑞士美國(guó)物理學(xué)家。譯者注在給玻恩(Max Born)玻恩(1882~1970),德國(guó)英國(guó)物理學(xué)家。譯者注的信中提出的著名異議。雖然愛(ài)因斯坦指的是量子力學(xué),可是他的哲學(xué)也代表了整個(gè)時(shí)代對(duì)經(jīng)典力學(xué)所取的態(tài)度,而在經(jīng)典力學(xué)中,量子不確定性是無(wú)效的。對(duì)偶然性而言,骰子的隱喻完全適用。確定性有沒(méi)有給偶然性留下一席之地呢?
愛(ài)因斯坦對(duì)量子力學(xué)的看法是否正確,尚待分曉。然而我們的確知道,經(jīng)典力學(xué)世界甚至比愛(ài)因斯坦想象的還要更加不可思議。他力圖突出偶然性的無(wú)規(guī)則性與定律的確定性之間的差別,這一點(diǎn)是大有疑問(wèn)的。上帝或許能在擲骰子的同時(shí),創(chuàng)造出定律完備和秩序井然的宇宙萬(wàn)物。
循環(huán)在更高的層次上輪回。因?yàn)槲覀冮_(kāi)始發(fā)現(xiàn),那些遵循不變的、精確的、定律的系統(tǒng)并不總是以可預(yù)言的、規(guī)則的方式運(yùn)作。簡(jiǎn)單的定律可能不產(chǎn)生簡(jiǎn)單的性態(tài)。確定性的定律會(huì)產(chǎn)生貌似無(wú)規(guī)則的性態(tài)。秩序能孕育出自身特有的混沌。問(wèn)題與其說(shuō)在于上帝是否擲骰子,不如說(shuō)在于上帝怎樣擲骰子。
這是一個(gè)重大發(fā)現(xiàn),它的意蘊(yùn)必將對(duì)我們的科學(xué)思維形成強(qiáng)大的沖擊。從混沌的觀點(diǎn)來(lái)看,預(yù)言(或可重復(fù)性實(shí)驗(yàn))的概念煥然一新。我們過(guò)去以為簡(jiǎn)單的事物變得復(fù)雜了,與測(cè)量、可預(yù)言性和驗(yàn)證(或否證)理論有關(guān)的一些令人困惑的新問(wèn)題產(chǎn)生了。
相反,我們過(guò)去以為復(fù)雜的事物倒可能變得簡(jiǎn)單了?磥(lái)無(wú)結(jié)構(gòu)的、無(wú)規(guī)則的現(xiàn)象實(shí)際上可能遵循著簡(jiǎn)單的定律。確定性混沌自有其一定的規(guī)律,并且?guī)?lái)了全新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。大自然中不乏一些不規(guī)則性,其中有些不規(guī)則性,可以證明是混沌之?dāng)?shù)學(xué)的物理表現(xiàn)形式。流體的湍流,地球磁場(chǎng)的反轉(zhuǎn),心搏的不規(guī)則,液氦的對(duì)流模式,天體的翻轉(zhuǎn),小行星帶中的空隙,蟲(chóng)口的增長(zhǎng),龍頭的滴水,化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程,細(xì)胞的代謝,天氣的變化,神經(jīng)沖動(dòng)的傳播,電子電路的振蕩,系纜于浮筒的船只的運(yùn)動(dòng),臺(tái)球的反彈,氣體中原子的碰撞,量子力學(xué)的內(nèi)在不確定度這些僅是已應(yīng)用過(guò)混沌之?dāng)?shù)學(xué)的問(wèn)題中的一部分。
這是一個(gè)嶄新的世界,一種新的數(shù)學(xué),在認(rèn)識(shí)大自然中的不規(guī)則性方面一個(gè)舉足輕重的突破。我們正目睹著它的誕生。
它的未來(lái)不可限量!
作者 伊恩,斯圖爾特( lan Stewart, 1945- )
英國(guó)沃里克大學(xué)榮休數(shù)學(xué)教授,數(shù)學(xué)家、科學(xué)作家、科幻小說(shuō)作家。獲1995年推進(jìn)公眾理解科學(xué)的皇家學(xué)會(huì)法拉第獎(jiǎng)?wù)拢?999年數(shù)學(xué)聯(lián)合政策委員會(huì)傳播獎(jiǎng),2000年英國(guó)數(shù)學(xué)及其應(yīng)用研究院金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)隆?001年當(dāng)選皇家學(xué)會(huì)會(huì)員,獲2002年美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)公眾理解科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng),2015年劉易斯,托馬斯獎(jiǎng)。發(fā)表論文180多篇,著書(shū)80多種,包括:《 自然之?dāng)?shù)》《可畏的對(duì)稱》《混沌之解體》《生命的數(shù)學(xué)》《改變世界 的17個(gè)方程》,以及 翻譯成13種語(yǔ)言的《上帝擲骰子嗎?》。
譯者
譯者 潘濤
1964年生于北京。教書(shū)匠,編輯匠。系統(tǒng)策劃引進(jìn)混沌理論、復(fù)雜性科學(xué)方面的圖書(shū):《 確定性的終結(jié)》《混沌七鑒》《機(jī)遇與混沌》《混沌與秩序》《天遇》《隱秩序》《突破維數(shù)障礙》《復(fù)雜系統(tǒng)理論基礎(chǔ)》《復(fù)雜性思維》。獨(dú)譯《相躍》
《上帝擲骰子嗎?》《自然之?dāng)?shù)》《新時(shí)代科學(xué)》,合譯《從擺鐘到混沌》《湍鑒》,校譯《科學(xué)的終結(jié)》。
校者 朱照宣
1930年生于江蘇無(wú)錫。. 上海圣約翰大學(xué)畢業(yè)留校,教書(shū)匠生涯終身,在北大退休。20世紀(jì)60年代三本非線性振動(dòng)專著翻譯的校者。20世紀(jì)80年代寫(xiě)文講課介紹混沌。《 湍鑒》校者。
審訂者 陳以鴻
字景龍,江蘇江陰人,1923年生。1945年無(wú)錫國(guó)學(xué)專修學(xué)校滬校畢業(yè),1948年交通大學(xué)電機(jī)工程系畢業(yè)。上海交通 大學(xué)出版社退休編審。長(zhǎng)期從事科技翻譯,出版英、俄文著作中譯本《電工測(cè)量和測(cè)量?jī)x器》《電介質(zhì)物理學(xué)》《三車(chē)同到之謎》《坎特伯雷趣題》等數(shù) 種。同時(shí)致力于中國(guó)傳統(tǒng)文學(xué)研究和創(chuàng)作,為《名聯(lián)鑒賞辭典》副主編,詩(shī)文聯(lián)謎編年集《雕蟲(chóng)十二年》《續(xù)雕蟲(chóng)十二年》均已出版。
第1章混沌出自秩序/001
無(wú)理的推論/002
鐘表世界/006
向土衛(wèi)七旅行/010
混沌/015
計(jì)算器混沌/016
印度教與機(jī)械維護(hù)技術(shù)/022第2章萬(wàn)應(yīng)方程/023
宇宙旋轉(zhuǎn)/025
來(lái)自希臘的齒輪/026
中心的太陽(yáng)/028
擺的擺動(dòng)/030
引力和幾何學(xué)/035
世界的體系/036
鐘聲和笛聲/039
風(fēng)和波/041
被分析拋棄/042
當(dāng)鋪里的數(shù)學(xué)/043
重新表述時(shí)期/044
市場(chǎng)中的糾紛/046第3章誤差定律/048
賭博收益/049
平均人/051
遺傳天賦/054
技術(shù)轉(zhuǎn)移/058
荷蘭混沌/059
省掉一個(gè)范式?/061第4章后一個(gè)通才/063
心不在焉的沉思者/066
數(shù)學(xué)奧斯卡/067
橡皮動(dòng)力學(xué)/070
發(fā)瘋似地奔向四面八方/072
永恒的三角關(guān)系/074
一個(gè)拓?fù)鋵W(xué)問(wèn)題/076
天體混沌/079第5章單向擺/083
你要是贏不了,就騙/085
能量面上的幾何學(xué)/089
非象類動(dòng)物學(xué)/093
把它卷起來(lái)……/097
比摩擦更奇妙/100
多維傳奇/102
n維空間中的動(dòng)力學(xué)/108
第6章奇怪吸引子/111
光陰似箭/113
匯/114
源/116
鞍/116
極限環(huán)/118
典型地,正是如此/120
旋轉(zhuǎn)一只貓/122
洞見(jiàn),而不是淺見(jiàn)/124
結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性/126
吸引子/128
包繞映射/130
混沌的足跡/133
龐加萊截面/135
緯垂中的螺線管/139
康托爾干酪/143
真正的混沌/146
嘲諷對(duì)話/147第7章天氣預(yù)報(bào)廠/149
輝煌的失敗/150
氣候象棋/151
在零和無(wú)窮大之間/152
百萬(wàn)次浮點(diǎn)運(yùn)算/153
本質(zhì)上的數(shù)學(xué)家/157
勇于自做對(duì)流/159
擁有計(jì)算機(jī)的好處/161
蝴蝶效應(yīng)/164
拍打那只蝴蝶/168
拉伸和折疊/173第8章混沌的制作法/176
拉伸和折疊/177
從雷達(dá)到馬蹄/179
動(dòng)力學(xué)波倫亞醬/181
磁阱/182
千層餅/184
在比頓之外/188
邏輯斯蒂映射/189
定態(tài)區(qū)/190
周期倍化級(jí)聯(lián)/192
混沌中的秩序/194
大蚤,小蚤……/197第9章敏感的混沌/201
探測(cè)深度/204
累積擺振/206
靠不住的方案/210
可證偽性/212
實(shí)驗(yàn)室典范/213
激光器照明/217
交往/221
贗可觀測(cè)量/222
奇怪的化學(xué)/225
回到芭蕉/228第10章無(wú)花果樹(shù)和費(fèi)根值/233
宇宙汪洋中的漂流瓶/234
別擾動(dòng)重正化!/237
沒(méi)有計(jì)算機(jī)的好處/239
蛇與熊/242
重正化/244
費(fèi)根鮑姆映射/247
費(fèi)根值/249
雙刃劍/250
湍流空想/252
冷和靜/254
氦卷/255第11章實(shí)體的脈絡(luò)/259
測(cè)量的標(biāo)度/261
雪花和海岸線/262
一又四分之一維/264
別碰幾何學(xué)/265
硅谷/268
聚集和逾滲/270
油和水怎么會(huì)不混合/271
宇宙和萬(wàn)物/273
分形贗品/276
云和雨/279
實(shí)質(zhì)上的姐妹/280
姜餅人/282
分形牛/288第12章再論土衛(wèi)七/292
宇宙馬鈴薯/293
吸血鬼幽靈/295
自旋軌道幾何學(xué)/297
潮汐式摩擦/300
那是怎么發(fā)生的/301
共振/302
柯克伍德空隙和希爾達(dá)星群/307
高偏心率峰/308
火星清掃工/311
數(shù)字太陽(yáng)系儀/312
奧斯卡國(guó)王的答案/314
被月球挽救?/318第13章自然界的失衡/323
鯊魚(yú)和小蝦/325
超光速兔/326
增長(zhǎng)的極限/329
條件組合/330
大談綠頭蠅/332
甲蟲(chóng)動(dòng)力學(xué)/335
生命之網(wǎng)/338
流行病學(xué)中的混沌/342
HIV動(dòng)力學(xué)與艾滋病/346
心搏驟停!/349
踢發(fā)轉(zhuǎn)子/350
王后屈尊/352
雞心/353
醫(yī)學(xué)數(shù)學(xué)/354第14章超越蝴蝶/356
什么是隨機(jī)性?/357
機(jī)遇與混沌/361
脈沖星/365
短期預(yù)測(cè)/372
現(xiàn)實(shí)世界/376
FRACMAT項(xiàng)目/379第15章馮·諾依曼之夢(mèng)/392
彈珠巫師/395
再次回到鞍點(diǎn)/398
飛離彗星/402
智能起搏器/406
巴布羅延茲的腦波/408
大腦需要混沌/414第16章混沌與量子/417
波、粒子和量子/420
波函數(shù)/422
箱子里的貓/426
EPR佯謬/431
玻姆詮釋/433
貝爾不等式/438
骰子與確定論/442
孔洞盆/446
假如之世界/451第17章別了,沉思機(jī)/453
巨智者與大智者/454
設(shè)計(jì)者混沌/457
不可重復(fù)的實(shí)驗(yàn)/458
夢(mèng)游混沌/459
為現(xiàn)實(shí)數(shù)學(xué)而戰(zhàn)/461
萬(wàn)變不離其宗……/463
復(fù)雜性守恒/466
機(jī)器中的山羊/471
簡(jiǎn)單性理論/475
可替換性/478
蟻國(guó)/480
簡(jiǎn)雜性與復(fù)單性/484
尾聲與上帝對(duì)擲/487
延伸閱讀/488
索引/503
第二版譯后記/519