混沌学：道是无序却有序

第11版(科技)
专栏：科技前沿

　　混沌学：道是无序却有序
陈幼松
混沌学是正在兴起的一门崭新学科。它使人们对客观世界的认识又提高到一个新的水平，甚至有人把它同相对论、量子力学相提并论，誉为本世纪的三大科学发现。
混沌的原意是指无秩序和混乱的状态。如我国神话把盘古开天地以前的宇宙状态便称为混沌。而现代混沌学则是把通常看起来混乱无序的现象作为自己的研究对象，寻找混沌现象的规律，并对其进行处理。
在客观世界中，人们原先以为只存在两类现象：决定性现象、随机性现象。能用牛顿力学来描述的现象是典型的决定性现象。这类现象使人们觉得世界好像是一架拧紧了发条的大钟，它可以准确无误地运行而不发生任何意外。如我们能准确地算出日食、月食的时间，卫星发射后能准确算出其运行轨道等等。
随机性现象出现在一定的宏观条件下，同时又受一些无法控制的因素——随机因素的作用，因而人们无法确定其每一次结果，但是能够断言其出现某种结果的概率。例如，在投掷骰子时可以肯定每面朝上的可能性（概率）都是１／６。
后来人们发现，除了以上两类现象外，还有第三类现象。使人们明白这一点的，是缘于１８８７年瑞典国王奥斯卡二世就“我们地球所在的太阳系是否是稳定的”一题而举行的悬赏征文。这个问题是问，按照太阳系现在的表现能否断定今后各星体不会相撞，或是否有星体会向茫茫宇宙逃逸。对这样的问题，即使作了极大简化，仍然无法求出它的解。于是，人们明白了世界上原来还存在第三类现象——混沌现象。
混沌现象所以显得捉摸不定乃是由于它内部蕴含着非线性因素。只要初始条件有些微不同，便可引起种种大相径庭的结果。因此简单的数学方程也可能得出复杂的答案。这是对复杂现象必来自复杂系统这一传统观念的挑战。
尽管人们发现混沌现象多年，但对它的研究不久前才有长足进步，其中的一个原因就是计算机的发展。一方面，计算机的进步使得能够以要求的精度得出以前做不到的混沌问题的近似解。另一方面，计算机要处理的许多问题，例如视觉问题，需要利用混沌理论来解决。
当前，运用混沌学来解决的实际问题主要有三类：
第一，实现高性能的神经计算机。一般的神经计算机系由许多简单元件构成。而现在的研究表明，人脑是按照能产生混沌现象的构造来形成自己的神经网络。这正是它能够进行复杂信息处理的关键所在。
第二，分析和预报自然现象和经济现象，例如地震预报、经济发展预报等。
第三，提高大规模工程系统的可靠性。尽管目前利用混沌理论进行长期预报误差还太大，但用于短期预报则有相当的效果。