混沌的世界

《混沌的世界》通過圖文并茂的方式，深入淺出地介紹了牛頓運(yùn)動(dòng)、天氣變化、證券市場(chǎng)等各種混沌現(xiàn)象，讓復(fù)雜的科學(xué)知識(shí)變得輕松易懂。
這本書不僅能滿足青少年對(duì)世界的好奇心，還能激發(fā)他們對(duì)科學(xué)的興趣，培養(yǎng)他們的探索精神。

布萊恩·克萊格(Brian Clegg)，1955年出生于英國(guó)蘭開夏郡，劍橋大學(xué)自然科學(xué)碩士，知名科普作家。他的作品被翻譯成了十多種語言，暢銷全世界。他為《自然》《BBC歷史》《物理世界》《科學(xué)美國(guó)人》《泰晤士報(bào)》《觀察家報(bào)》《衛(wèi)報(bào)》等報(bào)刊撰寫專欄和評(píng)論，還經(jīng)常在科教節(jié)目中出鏡。他在倫敦皇家學(xué)院舉辦的講座也常常爆滿。

科學(xué)家們有一種傾向，他們傾向于給世界范圍內(nèi)被廣泛使用的詞匯賦予特定的含義。例如，在日常用語中傾向于把power（力量）和energy（能量）幾乎當(dāng)作同義詞使用。但前者在物理學(xué)中名為功率，指的是能量從一個(gè)地方傳遞到另一個(gè)地方的速率。類似地，混沌（chaos）和復(fù)雜性（complexity）將是本書的核心，日常中它們是廣泛使用的一般描述性詞語，但在數(shù)學(xué)中它們卻暗示著特定的特征。
在日常使用中，當(dāng)我們說到混沌時(shí)，我們想到的是一團(tuán)糟、缺乏秩序、隨機(jī)性。chaos這個(gè)英語單詞來源于拉丁語，取自一些人認(rèn)為的希臘原始神的名字，它代表了無形的物質(zhì)。這個(gè)詞在希臘語中也有裂縫的意思——無論哪種情況，它一般都代表著有序結(jié)構(gòu)的缺乏?；煦缟⒉蓟靵y，同時(shí)也代表摧毀的力量。這通常不是好的一面；但在數(shù)學(xué)中，混沌又作為一個(gè)極其有趣的概念，用來描述大量發(fā)生在我們身邊的日?，F(xiàn)象。它首先應(yīng)用于動(dòng)物種群增長(zhǎng)和天氣，數(shù)學(xué)意義上的混沌是由相互作用的事物的集合來代表的，集合中的事物最開始的微小變化會(huì)對(duì)事情最終的發(fā)展產(chǎn)生巨大影響。
如果混沌意味著由有序起點(diǎn)演化至無序結(jié)果的不可預(yù)測(cè)性，那么數(shù)學(xué)概念中的復(fù)雜性則是另一種含義（即使混沌系統(tǒng)可以是復(fù)雜的）。在復(fù)雜的系統(tǒng)中，一些原本簡(jiǎn)單的組成部分在相互作用下會(huì)產(chǎn)生一些原本不可能出現(xiàn)的復(fù)雜結(jié)果。復(fù)雜性其實(shí)是“整體大于部分之和”的結(jié)果。
在平時(shí)的使用中，復(fù)雜性通常指某物由大量部分組成或事物的形式錯(cuò)綜復(fù)雜。但數(shù)學(xué)中的復(fù)雜性可以從一個(gè)相對(duì)較小的系統(tǒng)中衍生出來，就像其可以從復(fù)雜系統(tǒng)中產(chǎn)生一樣。因此，要想在數(shù)學(xué)上變得復(fù)雜，一個(gè)系統(tǒng)并不一定要復(fù)雜。
復(fù)雜系統(tǒng)的一個(gè)重要標(biāo)志就是突生。這是由于大量組成部分混合聚集而產(chǎn)生的復(fù)雜性。突生指的是在沒有任何引導(dǎo)力輔助塑造的情況下，復(fù)雜系統(tǒng)中會(huì)自發(fā)地衍生出新功能。例如，你本人，從微觀來看，可以說是一個(gè)由單個(gè)原子構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)，單個(gè)原子是死的，而你是活的。如果我們退一步來看，你體內(nèi)的細(xì)胞雖然是活的，但它們肯定沒有辦法思考、感受或執(zhí)行你身體所做的動(dòng)作。這些能力就是從你的復(fù)雜性中產(chǎn)生的。
也許關(guān)于混沌和復(fù)雜性最值得注意的就是它們無時(shí)無刻不在我們身邊。它們存在于所有的生物、天氣之中，也存在于我們與之互動(dòng)的大多數(shù)現(xiàn)實(shí)世界物體中。它們存在于許多創(chuàng)作的產(chǎn)物中，從證券交易所到書店。然而，我們?cè)趯W(xué)校中從未被教過關(guān)于混沌和復(fù)雜性的知識(shí)。甚至連科學(xué)家們都沒有對(duì)它進(jìn)行整體性研究，反之，科學(xué)家們的研究通常專注于小細(xì)節(jié)，但所得到的結(jié)論通常不具備整體適用性。
大部分科學(xué)都符合簡(jiǎn)化論——將一個(gè)復(fù)雜的東西分解為組成部分并理解這些單一組成部分是如何工作的，然后通過將這些組成部分重新組合、構(gòu)筑從而試著去理解整體。例如，真實(shí)世界的化學(xué)反應(yīng)就是混沌的。往水中加入過濃硫酸的人都知道，其結(jié)果在很大程度上取決于開始時(shí)你是如何注入的。但當(dāng)我們學(xué)習(xí)化學(xué)時(shí)，我們總是把東西分解到原子尺度，而且只考慮它們是如何相互作用的。
混沌和復(fù)雜性的孿生理論給了我們更好理解現(xiàn)實(shí)世界的機(jī)會(huì)，而不是現(xiàn)有大多數(shù)科學(xué)所假設(shè)的“玩具”世界。真實(shí)的世界其實(shí)遠(yuǎn)比我們?cè)趯W(xué)校學(xué)到的很多科學(xué)知識(shí)所描述的更復(fù)雜、更混亂、更有趣。在這本書中，我們即將潛入混沌世界，探索真相。
歡迎來到混沌世界。
將來會(huì)怎樣
在過去的2500年里，通過數(shù)學(xué)手段，我們發(fā)展出一種越來越科學(xué)的觀點(diǎn)。在某些情況下，這種方法被證明非常有效。然而現(xiàn)實(shí)世界卻常常通過事實(shí)否定人們基于科學(xué)預(yù)測(cè)未來的嘗試。
直到20世紀(jì)下半葉，我們才意識(shí)到發(fā)生了什么。系統(tǒng)組成部分的相互作用會(huì)產(chǎn)生意想不到的結(jié)果，從表面上簡(jiǎn)單的關(guān)節(jié)擺到極其精密的天氣系統(tǒng)都是這樣。同時(shí)，簡(jiǎn)單個(gè)體的集合也可以實(shí)現(xiàn)一些非凡的壯舉，例如單只螞蟻幾乎不能做任何有用的事，但通過共同努力，它們可以用身體搭橋、縫合葉子、搬運(yùn)重物。
為了了解混沌和復(fù)雜性被理解的過程，我們首先要做一次時(shí)間旅行，回到一個(gè)似乎基于數(shù)學(xué)推演，未來完全在我們掌握之中的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。多虧了艾薩克·牛頓的工作，使得他的繼任者們相信，很快就有可能與宇宙相抗衡并取得勝利。

第一章 機(jī)械宇宙觀和混沌	
牛頓、拉普拉斯和神奇的機(jī)械宇宙觀	2
隨機(jī)性是可預(yù)測(cè)的	8
概率的威力	11
火雞的日記	15
鐘擺	19
這無法計(jì)算	24

第二章 牛頓的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)和失控反饋	
萬有引力	29
二體系統(tǒng)和三體系統(tǒng)	34
旋轉(zhuǎn)的星系	39
臺(tái)球和彈球	44
蒸汽安全	48

第三章 天氣憂慮和混沌蝴蝶效應(yīng)	
展望未來	54
下雨還是晴空萬里	60
大局觀	66
轉(zhuǎn)變的氣象學(xué)	72

第四章 奇異吸引子與測(cè)不準(zhǔn)的長(zhǎng)度	
島嶼和吸引力	77
相空間的奇異世界	80
自相似性	84
進(jìn)入分形的世界	90
分形的世界	98

第五章 證券市場(chǎng)的崩塌	
濫用概率	102
操控市場(chǎng)	106
反饋和墊圈	110
從權(quán)威人士到暢銷書	112
大數(shù)據(jù)	114
走出混亂	120

第六章 駕馭混沌	
動(dòng)蕩時(shí)代	127
來自天空的危險(xiǎn)	131
混沌的秘密	137
交通混亂	141
人口恐慌	143
量子混沌	147

第七章 復(fù)雜性和突生	
復(fù)雜系統(tǒng)	150
突生	156
超個(gè)體	162
適應(yīng)性	166
生命的突生	168
人工智能	170
歡迎來到混沌和復(fù)雜的世界	173