混沌混沌:一种新的科学思想与文化隐喻 韩雪涛 世界是有序的还是无序的?世界是可预测的吗?世界包括人类是受决定论支配的吗?…… 一代又一代的人们在寻求着这些问题的答案 1686年4月28日,牛顿发表了伟大的《自然哲学之数学原理》一书。自此,人们似乎窥到了宇宙的整 个奥秘。在牛顿理论的引导下,人们取得一项又一项的成功。许多预言获得了验证。这一切都似乎表明了宇 宙的规律已经被洞察,蒙在自然头顶上的神秘面纱已揭开。人类已经洞悉了上帝的旨意。一切诚如诗人蒲柏 为伟大的牛顿写下的墓志铭所言: 自然和自然的法则在黑夜中隐藏, 上帝说,让牛顿去吧 于是一切都已照亮 在科学取得的巨大的成功下,几乎没有学者再怀疑世界万物发展的可预测性。伟大的天文学家拉普拉斯 发表的宣言是这一乐观态度的最好表述。在1812年出版的《概率的解析理论》一书中拉普拉斯写道 “假如有一位智者在任一给定时刻都能洞见所有支配自然界的力和组成自然界的存在物之间的相互位置,假 如这一智者的智慧巨大到足以对自然界的所有数据进行分析,他就能将宇宙最大的天体和最小的原子的运动 统统纳入单一的公式之中。对这样的智者来说,没有什么是不能确定的,未来同过去一样都历历在目。” 运动在宇宙创生那一瞬间发动,从此以后,宇宙像一台加足了油的机器按指定的轨道运转。这是一幅完全决 定性的世界图景一一未给各种偶然性留有任何余地,宇宙的未来完全由它的过去决定。在当时智者眼中,世 界成了一个巨大的钟表机构。它按照已被揭示的固定规律摆动着。生存在宇宙中的人类本身也没有自由贯彻 自己意志的余地,因为我们自己最终也只不过是由遵循自然法则的各组成部分构成的。虽然,我们觉得这样 的科学观念并不能反映我们的实际生活。但科学实践中的成功,带给科学家们越来越大的自信。最终凝聚成 一种信念:世界是可被预知的。只要我们明白了支配宇宙的规律,那么我们就能推察过去,预言未来。宇宙 的统一规律已找到了,宇宙的图景已被描绘出来了:宇宙不过是一台机械的钟表。在牛顿之后的两个多世纪 里,钟表宇宙不但是科学家们的信仰,而且作为一种隐喻它还渗透进西方文化之中,支配着人们认知世界的 模式。 然而,关于宇宙的这种图景难道是真的吗? 对钟表宇宙的第一次挑战来自热力学 方面,在处理热力学问题时,牛顿力学显得无能为力,经典决定论在此失效了,人们不得不借助于统 计力学。不过,这种尴尬似乎并没有给决定论者的狂热带来太多的尴尬,因为他们可以对决定论向统计力学 的妥协视而不见。当回顾科学史时,可以发现,虽然统计力学对决定论而言是一个无法自圆其说的难题。但 它并没有对经典决定论带来太大的冲击 另一方面,热力学第二定律,现在又称为熵定律指出:世界的熵在不断增加。或者说,世界将变得越来 越无序,最终宇宙的前景是进入热寂状态。这是一种新的关于世界的图景。当这种图景作为隐喻进入到文化 领域时,也创造出一种新的世界观。这里对此不想多加讨论。感兴趣的可阅读《熵:一种新的世界观》一书。 下面要谈的是对经典决定论更具打击性的一个方面。这就是近几十年来科学研究的热点:混沌 何谓混沌?这不是一个容易回答的问题。或许我们可以通过混沌的发现史获得对它的初步认识。下面讲 述的是一个来自气象学领域的关于混沌的故事 1963年的一天,气象学家洛伦兹踱进麻省理工学院的咖啡馆。而在他进来之前,他刚把一个数据输入 他那台现在看来工作速度其慢无比的计算机,以验证上一次的结果。他知道结果还需要等一个来小时,他大 可一边躲开噪音,一边来悠闲地享受点咖啡。当他回到自己的工作室时,令他惊讶的事发生了:这次的结果 与上次的结果在开始时相同,但到后来却出现了很大的差异。他的结果是通过曲线表示的,这就是说两条曲 线只是在开始时相吻合,而到后来两者却分道扬镳了。 问题岀在计算机上吗?要知道,那时的计算机是经常出错的。但洛伦兹通过再次验证排除了这种可能。那么 原因何在?不久他就找到了缘由。 在初次计算中,他输入的值是0.506127,而在后来的计算中,他输入的值是0.506。1 混沌混沌：一种新的科学思想与文化隐喻 韩雪涛 世界是有序的还是无序的？世界是可预测的吗？世界包括人类是受决定论支配的吗？…… 一代又一代的人们在寻求着这些问题的答案。 1686 年 4 月 28 日，牛顿发表了伟大的《自然哲学之数学原理》一书。自此，人们似乎窥到了宇宙的整 个奥秘。在牛顿理论的引导下，人们取得一项又一项的成功。许多预言获得了验证。这一切都似乎表明了宇 宙的规律已经被洞察，蒙在自然头顶上的神秘面纱已揭开。人类已经洞悉了上帝的旨意。一切诚如诗人蒲柏 为伟大的牛顿写下的墓志铭所言： 自然和自然的法则在黑夜中隐藏， 上帝说，让牛顿去吧 于是一切都已照亮。 在科学取得的巨大的成功下，几乎没有学者再怀疑世界万物发展的可预测性。伟大的天文学家拉普拉斯 发表的宣言是这一乐观态度的最好表述。在 1812 年出版的《概率的解析理论》一书中拉普拉斯写道： “假如有一位智者在任一给定时刻都能洞见所有支配自然界的力和组成自然界的存在物之间的相互位置，假 如这一智者的智慧巨大到足以对自然界的所有数据进行分析，他就能将宇宙最大的天体和最小的原子的运动 统统纳入单一的公式之中。对这样的智者来说，没有什么是不能确定的，未来同过去一样都历历在目。” 运动在宇宙创生那一瞬间发动，从此以后，宇宙像一台加足了油的机器按指定的轨道运转。这是一幅完全决 定性的世界图景――未给各种偶然性留有任何余地，宇宙的未来完全由它的过去决定。在当时智者眼中，世 界成了一个巨大的钟表机构。它按照已被揭示的固定规律摆动着。生存在宇宙中的人类本身也没有自由贯彻 自己意志的余地，因为我们自己最终也只不过是由遵循自然法则的各组成部分构成的。虽然，我们觉得这样 的科学观念并不能反映我们的实际生活。但科学实践中的成功，带给科学家们越来越大的自信。最终凝聚成 一种信念：世界是可被预知的。只要我们明白了支配宇宙的规律，那么我们就能推察过去，预言未来。宇宙 的统一规律已找到了，宇宙的图景已被描绘出来了：宇宙不过是一台机械的钟表。在牛顿之后的两个多世纪 里，钟表宇宙不但是科学家们的信仰，而且作为一种隐喻它还渗透进西方文化之中，支配着人们认知世界的 模式。 然而，关于宇宙的这种图景难道是真的吗？ 对钟表宇宙的第一次挑战来自热力学。 一方面，在处理热力学问题时，牛顿力学显得无能为力，经典决定论在此失效了，人们不得不借助于统 计力学。不过，这种尴尬似乎并没有给决定论者的狂热带来太多的尴尬，因为他们可以对决定论向统计力学 的妥协视而不见。当回顾科学史时，可以发现，虽然统计力学对决定论而言是一个无法自圆其说的难题。但 它并没有对经典决定论带来太大的冲击。 另一方面，热力学第二定律，现在又称为熵定律指出：世界的熵在不断增加。或者说，世界将变得越来 越无序，最终宇宙的前景是进入热寂状态。这是一种新的关于世界的图景。当这种图景作为隐喻进入到文化 领域时，也创造出一种新的世界观。这里对此不想多加讨论。感兴趣的可阅读《熵：一种新的世界观》一书。 下面要谈的是对经典决定论更具打击性的一个方面。这就是近几十年来科学研究的热点：混沌。 何谓混沌？这不是一个容易回答的问题。或许我们可以通过混沌的发现史获得对它的初步认识。下面讲 述的是一个来自气象学领域的关于混沌的故事。 1963 年的一天，气象学家洛伦兹踱进麻省理工学院的咖啡馆。而在他进来之前，他刚把一个数据输入 他那台现在看来工作速度其慢无比的计算机，以验证上一次的结果。他知道结果还需要等一个来小时，他大 可一边躲开噪音，一边来悠闲地享受点咖啡。当他回到自己的工作室时，令他惊讶的事发生了：这次的结果 与上次的结果在开始时相同，但到后来却出现了很大的差异。他的结果是通过曲线表示的，这就是说两条曲 线只是在开始时相吻合，而到后来两者却分道扬镳了。 问题出在计算机上吗？要知道，那时的计算机是经常出错的。但洛伦兹通过再次验证排除了这种可能。那么 原因何在？不久他就找到了缘由。 在初次计算中，他输入的值是 0.506127，而在后来的计算中，他输入的值是 0.506