20世纪70年代|生命一定起源于一个没有生命的星球,它的复杂性是从哪里来的?( 三 )


20世纪70年代|生命一定起源于一个没有生命的星球,它的复杂性是从哪里来的?
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由于它的六重对称 , 最终的结果看起来像一个复杂的雪花 。
数学的主流开始谴责这些奇怪的东西是“病态的”和“怪物的画廊” , 但随着时间的推移 , 特立作派的观点得到了支持 。 到了世纪之交 , 数学家们已经开始接受了“怪物的画廊”里的“怪物们”了 。 到了1900年 , 希尔伯特甚至称这一领域为天堂 。
在20世纪60年代 , 出乎所有人的意料 , 理论怪物的画廊在应用科学的方向上得到了意想不到的推动 。 曼德布洛特意识到这些怪异的曲线是自然界不规则理论的线索 。 他把它们重新命名为分形 。 自然界充斥着复杂而不规则的结构 , 如海岸线、山脉、云层、树木、冰川、河流系统、海浪、环形山、花椰菜 , 传统几何学对这些结构无能为力 。 我们需要一种新的自然几何学 。
20世纪70年代|生命一定起源于一个没有生命的星球,它的复杂性是从哪里来的?
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今天 , 科学家们已经把分形纳入进了他们的正常思维方式中 。 大气流动是湍流 , 湍流是分形 , 而分形可以像魏尔斯特拉斯的畸形函数一样连续运动 , 但没有明确的速度 。 曼德布洛特在科学内外的许多领域都发现了分形的例子——树的形状、河流的分支模式、股票市场的走势 。 混沌无处不在
奇异吸引子 , 从几何上看 , 原来是分形 , 这两条思想线交织在一起 , 形成了现在广为人知的混沌理论 。
混沌几乎存在于每一个科学领域 。 数学家发现太阳系的动力学是混沌的 。 由于动力学混沌的存在 , 对太阳系的预测的范围大约在1000万年左右 。 所以 , 如果你想知道地球在公元1000万年时在太阳的哪面是不可能的 。 这些天文学家还表明 , 月球的潮汐使地球稳定下来 , 从而导致气候宜居;所以混沌理论表明 , 如果没有月球 , 地球将是一个非常不适合居住的地方 。
几乎所有生物种群的数学模型中都会出现混沌 。 生态系统通常不会达到自然的某种静态平衡 , 相反 , 它们在奇异吸引子上徘徊 , 通常看起来相当相似 , 但总是在变化 。 复杂性
当今科学面临的许多问题都极其复杂 。 要管理珊瑚礁、森林或渔场 , 就必须了解一个高度复杂的生态系统 , 在这个系统中 , 看似无害的变化可能引发意想不到的问题 。 现实世界如此复杂 , 如此难以测量 , 传统的建模方法很难建立 , 更难以验证 。 为了应对这些挑战 , 越来越多的科学家开始相信 , 需要对我们模拟世界的方式进行根本性的改变 。
20世纪80年代初 , 乔治?考恩意识到 , 一条前进的道路在于新发展的非线性动力学理论 。 在非线性动力学成为科学建模的主要方法之前 , 它的作用主要是理论上的 。 最深刻的工作是庞加莱关于天体力学的三体问题研究 。 这预测了天体轨道的高度复杂性 , 但对它们的确切情况却知之甚少 。 这证明了简单的方程可能没有简单的解 , 复杂性不是守恒的 , 但可以有更简单的起源 。 细胞自动机
在一种被称为细胞自动机的数学模型中 , 生物被简化为彩色小方块 。 当时约翰?冯?诺伊曼正试图理解生命自我复制的能力 。 想象一个由巨大的方格网格组成的宇宙 , 这些网格叫做细胞 , 就像一个巨大的棋盘 。 在任何时候 , 一个给定的方格都可以以某种状态存在 。 这个棋盘宇宙拥有自己的自然法则 , 描述了每个细胞的状态如何随着时间的推移而改变 , 并用颜色表示那些状态 。 这个棋盘宇宙的自然法则很简单:如果一个单元格是红色的 , 旁边有两个蓝色的单元格 , 那么它必须变成黄色 。 任何这样的系统都被称为元胞自动机 , 元胞是因为网格 , 自动机是因为它盲目地遵守列出的任何规则 。