推荐一本书科普读物(著名科普读物)
这是马臣在2022年发表的第31篇原创内容。
全文2591字,阅读时间约2-4分钟。
天地初开,万物混沌...
盘古开天辟地
中国人应该很熟悉盘古开天辟地的神话故事。盘古打破混沌世界,创造天地万物。他是中华民族记忆中的英雄。事实上,这不仅适用于中国神话。在许多神话中,世界始于混沌。起初天地是连在一起的,也就是处于一种混沌的状态,直到创世神把它们分开。
混沌世界是无序的,混乱的,充满了复杂的不确定性。
从世界各地的神话故事起源,我们可以做一个简单的分析:关于宇宙的起源,混沌是人类早期普遍的猜测或推理。
混沌波
纵观人类的科学发展,近代取得的成就无疑远远超过了前几个世纪。
20世纪尤其是科学大爆炸的世纪。
被称为“20世纪三大科学革命”的相对论、量子论、混沌理论,从1900年到1963年被一一提出,颠覆了人类科学整体的认知。这也是人类在本世纪取得如此巨大成就的原因。
相对论
然而,对人类产生如此巨大影响的三大科学革命,却不约而同地不谋而合,并且在提出后都遭遇了短暂的质疑:
一个全新的理论体系作为天才提出后,一直是少数人的信仰。新的理论经过不断的论证,大多数人才会逐渐转变思维,认可新的科学理论体系。
混乱的掩护
在国际著名科普作家詹姆斯·格雷克(james gleick)的名著《混沌:创造一门新的科学》(后称为《混沌》)中,混沌理论从提出到被各个科学领域接受是一个典型的过程。
詹姆斯·格雷克 是国际知名的科普作家、记者和科技历史学家。他也是一位互联网先驱,他的作品被认为对现代科学技术产生了文化影响。他因使用叙事性非虚构技巧引入奇怪而复杂的概念而广为人知,被称为“历史上最伟大的科技作家之一”。格雷克的作品已被翻译成三十种语言。1987年,他的第一部作品《混沌》入围美国国家图书奖和普利策奖,成为畅销书,让“混沌”和“蝴蝶效应”这个词家喻户晓。
目录
混沌不是一本简单的混沌理论科普书。在书中,作者以一章的形式,生动地讲述了混沌理论是如何在数学、物理、计算机科学、气象学、生态学、生理学、天文学、经济学等领域掀起新的认知浪潮的。来自洛伦茨的科学家们,有着超乎常人的敏锐、执着和创造力,敢于打破古典思想的禁锢,勇敢追求真理的奇妙而曲折的旅程。书中的欢乐和挫折一一呈现,连小白都能看懂。难怪它们在30多年的科普书籍排行榜上一直名列前茅,被翻译成25种语言,值得一读再读。
混沌命题
1963年,当时不知名的美国气象学家爱德华·N·洛伦茨(Edward N.Lorenz)向纽约科学院提交了一篇题为《确定性非周期流》的论文。本文首次提出了“混沌”,又称“蝴蝶效应”。
内页
“蝴蝶效应”被熟悉它的现代人解释为:“南美洲亚马逊河热带雨林中的一只蝴蝶,偶尔扇动一下翅膀,两周后就能在美国得克萨斯州引起一场龙卷风。”
从气象学的角度解释,蝴蝶拍动翅膀引起周围空空气系统的变化,产生微弱的气流,进而会引起周围空空气或其他系统的相应变化,从而引起连锁反应,最终导致其他系统的巨大变化。
彩色页面
气象学家洛伦茨对这个发现很敏感,因为误差会呈指数增长,一个小的误差持续下去可能会造成很大的后果。他认为,在大气运动过程中,即使各种误差和不确定性很小,也有可能把过程中的结果积累起来,一步步放大,形成一个巨大的大气运动。所以不可能长时间准确预测天气。
最初的“蝴蝶效应”是混乱的,由不准确或不准确导致,因此任何事情都可能发生。
科学家对混沌的定义是:混沌是指发生在确定性系统中的看似随机的不规则运动,确定性系统是用确定性理论描述的系统,但其行为的特点是不确定性——不可重复和不可预测,这就是混沌现象。
一颗马钉改变一场战争。
西方有一首流传多年的歌谣,最能说明混沌:
掉了一根指甲,
坏了一只鞋;
一只鞋坏了,
折一匹战马;
伤害一个骑士,
打了一场败仗;
输掉了一场战争,
一个帝国的灭亡。
马蹄铁上的一颗钉子会不会丢,是初始条件中非常微小的变化,但它的“长远”效应,才是一个帝国生死存亡的根本区别。这就是军事政治领域所谓的“蝴蝶效应”。混沌系统对外界刺激的反应比非混沌系统更快。
混沌是公认的。
混沌在现实生活和实际工程问题中普遍存在。自从洛伦兹首次发现混沌以来,关于混沌的研究一直受到科学家、社会学家和人类学家的关注。
格雷克的写作叙事风格极具吸引力。在《混沌》中,他在第一章中详细介绍了洛伦茨在1963年提出的天才混沌理论,并在接下来的几章中讲述了一个关于混沌理论逐渐被各个领域的科学家所关注和接受的经历。
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在上个世纪,计算机和网络还没有完全普及的时候,洛伦兹的混沌理论是被一些早期的混沌科学家在小范围内知道的。
木星的大红斑被证明是一个自组织系统,由创造其周围不可预测的混沌的相同非线性因素创造和维持,并且是一个稳定的混沌。
木星大红斑彩页
在这之前的20年里,每一个前期转乱的科学家,都有一个曾经不被鼓励或者遭遇第一感觉的故事。然而,正是由于他们敏锐的科学判断力,即使面对外界的各种质疑和否认,他们也坚持了下来。最后,混沌理论在各个领域获得了不同的论证。
复杂不确定性中的混沌确定性
研究混沌其实就是在无序中发现有序,但当今世界还有太多不可预知的混沌,这个话题势必成为全人类的问题。
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天气的变化,生物的迁徙,心跳的节奏,社会的进化...这些看似毫不相关的学科,其实在不可预知的“无序”、“复杂”、“不确定”中,蕴含着有序的结构。经典科学无法阐明和预测的东西,看似极其容易被忽视,实则是混沌理论的核心奥秘。
混沌系统实际上是一个完全确定的系统,像时钟一样运行。想想就很神奇,越想越神奇!
亚利桑那州立大学未来社会创新学院教授、风险创新实验室主任安德鲁·梅纳德(Andrew Maynard)说,“如果你想知道“混沌”是如何产生的,它的影响是什么,科学究竟是如何运作的,那么你应该读读格雷克的杰作。”
《混沌》是一本科普书,让我了解了混沌理论。也是一本打开我全新认知世界的故事书。我推荐给你!
我是马臣,一个在2021年读了247本书,每周至少4本书的读者。关注青春期教育和自我终身学习,分享我的读书、教育、心理学知识。我喜欢的原文欢迎关注,喜欢,转发,评论!转载请联系我,谢谢!