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混沌：一種新的科學(xué)思想與文化隱喻
（作者未知） 2009/7/31
世界是有序的還是無序的？世界是可預(yù)測的嗎？世界包括人類是受決定論支配的嗎？……
一代又一代的人們在尋求著這些問題的答案。
1686年4月28日，牛頓發(fā)表了偉大的《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》一書。自此，人們似乎窺到了宇宙的整個(gè)奧秘。在牛頓理論的引導(dǎo)下，人們?nèi)〉靡豁?xiàng)又一項(xiàng)的成功。許多預(yù)言獲得了驗(yàn)證。這一切都似乎表明了宇宙的規(guī)律已經(jīng)被洞察，蒙在自然頭頂上的神秘面紗已揭開。人類已經(jīng)洞悉了上帝的旨意。一切誠如詩人蒲柏為偉大的牛頓寫下的墓志銘所言：
自然和自然的法則在黑夜中隱藏，
上帝說，讓牛頓去吧
于是一切都已照亮。
在科學(xué)取得的巨大的成功下，幾乎沒有學(xué)者再懷疑世界萬物發(fā)展的可預(yù)測性。偉大的天文學(xué)家拉普拉斯發(fā)表的宣言是這一樂觀態(tài)度的最好表述。在1812年出版的《概率的解析理論》一書中拉普拉斯寫道：
“假如有一位智者在任一給定時(shí)刻都能洞見所有支配自然界的力和組成自然界的存在物之間的相互位置，假如這一智者的智慧巨大到足以對自然界的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，他就能將宇宙最大的天體和最小的原子的運(yùn)動統(tǒng)統(tǒng)納入單一的公式之中。對這樣的智者來說，沒有什么是不能確定的，未來同過去一樣都?xì)v歷在目�！�
運(yùn)動在宇宙創(chuàng)生那一瞬間發(fā)動，從此以后，宇宙像一臺加足了油的機(jī)器按指定的軌道運(yùn)轉(zhuǎn)。這是一幅完全決定性的世界圖景――未給各種偶然性留有任何余地，宇宙的未來完全由它的過去決定。在當(dāng)時(shí)智者眼中，世界成了一個(gè)巨大的鐘表機(jī)構(gòu)。它按照已被揭示的固定規(guī)律擺動著。生存在宇宙中的人類本身也沒有自由貫徹自己意志的余地，因?yàn)槲覀冏约鹤罱K也只不過是由遵循自然法則的各組成部分構(gòu)成的。雖然，我們覺得這樣的科學(xué)觀念并不能反映我們的實(shí)際生活。但科學(xué)實(shí)踐中的成功，帶給科學(xué)家們越來越大的自信。最終凝聚成一種信念：世界是可被預(yù)知的。只要我們明白了支配宇宙的規(guī)律，那么我們就能推察過去，預(yù)言未來。宇宙的統(tǒng)一規(guī)律已找到了，宇宙的圖景已被描繪出來了：宇宙不過是一臺機(jī)械的鐘表。在牛頓之后的兩個(gè)多世紀(jì)里，鐘表宇宙不但是科學(xué)家們的信仰，而且作為一種隱喻它還滲透進(jìn)西方文化之中，支配著人們認(rèn)知世界的模式。
然而，關(guān)于宇宙的這種圖景難道是真的嗎？
對鐘表宇宙的第一次挑戰(zhàn)來自熱力學(xué)。
一方面，在處理熱力學(xué)問題時(shí)，牛頓力學(xué)顯得無能為力，經(jīng)典決定論在此失效了，人們不得不借助于統(tǒng)計(jì)力學(xué)。不過，這種尷尬似乎并沒有給決定論者的狂熱帶來太多的尷尬，因?yàn)樗麄兛梢詫Q定論向統(tǒng)計(jì)力學(xué)的妥協(xié)視而不見。當(dāng)回顧科學(xué)史時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)，雖然統(tǒng)計(jì)力學(xué)對決定論而言是一個(gè)無法自圓其說的難題。但它并沒有對經(jīng)典決定論帶來太大的沖擊。
另一方面，熱力學(xué)第二定律，現(xiàn)在又稱為熵定律指出：世界的熵在不斷增加。或者說，世界將變得越來越無序，最終宇宙的前景是進(jìn)入熱寂狀態(tài)。這是一種新的關(guān)于世界的圖景。當(dāng)這種圖景作為隱喻進(jìn)入到文化領(lǐng)域時(shí)，也創(chuàng)造出一種新的世界觀。這里對此不想多加討論。感興趣的可閱讀《熵：一種新的世界觀》一書。下面要談的是對經(jīng)典決定論更具打擊性的一個(gè)方面。這就是近幾十年來科學(xué)研究的熱點(diǎn)：混沌。
何謂混沌？這不是一個(gè)容易回答的問題。或許我們可以通過混沌的發(fā)現(xiàn)史獲得對它的初步認(rèn)識。下面講述的是一個(gè)來自氣象學(xué)領(lǐng)域的關(guān)于混沌的故事。
1963年的一天，氣象學(xué)家洛倫茲踱進(jìn)麻省理工學(xué)院的咖啡館。而在他進(jìn)來之前，他剛把一個(gè)數(shù)據(jù)輸入他那臺現(xiàn)在看來工作速度其慢無比的計(jì)算機(jī)，以驗(yàn)證上一次的結(jié)果。他知道結(jié)果還需要等一個(gè)來小時(shí)，他大可一邊躲開噪音，一邊來悠閑地享受點(diǎn)咖啡。當(dāng)他回到自己的工作室時(shí)，令他驚訝的事發(fā)生了：這次的結(jié)果與上次的結(jié)果在開始時(shí)相同，但到后來卻出現(xiàn)了很大的差異。他的結(jié)果是通過曲線表示的，這就是說兩條曲線只是在開始時(shí)相吻合，而到后來兩者卻分道揚(yáng)鑣了。
問題出在計(jì)算機(jī)上嗎？要知道，那時(shí)的計(jì)算機(jī)是經(jīng)常出錯(cuò)的。但洛倫茲通過再次驗(yàn)證排除了這種可能。那么原因何在？不久他就找到了緣由。
在初次計(jì)算中，他輸入的值是0.506127，而在后來的計(jì)算中，他輸入的值是0.506。
兩者相差甚微，用后來替換前者按常理說應(yīng)無不可。然而，問題就出在這里。由于誤差會以指數(shù)形式增長，在這種情況下，一個(gè)微小的誤差隨著不斷推移造成了巨大的后果。將此應(yīng)用到天氣上，可以做一個(gè)生動的比喻：“中國上空的一只蝴蝶振動雙翅，美國某處便下起了雨。”這就是著名的蝴蝶效應(yīng)。換句話說，即系統(tǒng)對初始條件具有敏感性。這正是混沌系統(tǒng)的最重要標(biāo)志。由于這種敏感性，微小的因會引發(fā)導(dǎo)致巨大影響的果。這樣的結(jié)論奇怪嗎？一點(diǎn)都不奇怪。生活中的這類例子，簡直可說太多了。我們的前人不早就用“差之毫厘，謬以千里”這一俗語表達(dá)過同樣的意思嗎？或許真（未完，下一頁）
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