神秘的混沌理论

记录片英国2009

主演:Jim Al-Khalili

导演:Nic Stacey

 剧照

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更新时间:2023-10-05 02:33

详细剧情

  混沌理论,一直是困扰人类数千年的一个迷。这种在动态系统中无法用单一的数据关系解释和预测的神秘理论,在科学界只有初步的了解。在本部纪录片中,吉姆·奥卡利里教授将带领我们探索这神秘的混沌理论,试图揭开这层归因于神奇或者上帝力量的神秘面纱。  吉姆教授带着宇宙是如何由从尘埃中诞生,又是如何孕育出智慧生命的难题,开始了他的探秘旅程。混沌中的数学可以解释宇宙中从无序中产生有序的神奇景象,他揭示出大自然那些令人叹为观止的美丽和结构中隐藏的科学规律,它是物理定律的固有的组成。看过本片之后,你眼中的世界会变得与众不同。

 长篇影评

 1 ) 表象下有序性的生成与进化

从简单到复杂性,通过进化,有序性生成。没什么新的观点,但有序性的生成真不需要什么上帝之类的超自然的力量存在,这也解释我为什么不喜欢宗教和超验的事物,还有一个问题就是为什么世界是现在的规模,为什么比Planck量级高34个量级,今天上课倒是让我想到或许是物质波的波长造成了现行的规模,眼睛归根结底是光频段的窄带器件,因为光频的波长而决定了它进化出现在的规模大小,或许物质波的波长才是我们之所以是一米多高的根源,但是有那么多的机械波,它们在进化中起什么作用,这不得而知,简单事物自组织形成现行的规模这是很有意思的课题。
       世界是复杂的,认为世界简洁的观点是很不靠谱的,它的复杂性源自于各种简单性的耦合,而各种简单性又不断地反馈和耦合,形成相互制衡的平均化世界,科学一直在做的事就是从耦合中剥离出简单性,得到更一般的规则,但我们始终在耦合的非线性系统中,得到的理论只是队简单性的近似,这也解释了我们现行的科学理论需要不断的进化。当我们得到了简单性,那我们要做的就是利用简单性利用不同的规则耦合出新兴事物,在现行进化体制下Metamaterial在自然界中不存在,就是因为耦合是事物平均化了,而人工的超材料却能以另一种形态产生各种电磁响应。
       片中提到了一个算法进化的实验,里面的小人开始有了各种反应和进化,似乎里面的小人学会了思考,这让我突然觉得我们人类会不会就是这样的小人,自以为会思考,只不过是自然算法进化的必然,也就是说我们被设定着,我们认识的一切规律只是经验性的表象规律,并非自然算法的本质,与之类似的有霍金在《大设计》里提到的一个生命游戏,游戏里只有几个简单的规则,但是从游戏中生命体的行为可以推导出动量守恒等等的物理规律,说不定动量守恒这样被当成定律的规律,只是简单规则的表象,这让人诧异。
        我又不禁想起尼采和叔本华所说的世界意志,难不成这些简单规则就是世界意志?我从不唯心,从这儿说的话,压根没有心,可是谁知道巴西的蝴蝶会怎样煽动翅膀…

 2 ) 从混沌与秩序到对人文哲学的思考

小时候一直觉得万事万物都在按照既定规律运行着,在后来的学习过程中也不断印证着这个想法:只要有问题就有标准答案,即使是主观题也可以套用特定的模板,某种因必然导致某种果。虽然得出的结果有细小的差异,也会认为是外部变量的干扰所导致的,而不曾想过存在内部自发的运动。

一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶,偶尔扇动几下翅膀,可以在两周以后引起美国得克萨斯州的一场龙卷风。

多年来我一直保有上述的想法,而这部记录片中的某些观点,突然让我醍醐灌顶,让一些一直觉得解释不通的疑问得到了回答。一些现象的产生是必然也是偶然。尤其是罗德布罗特集(Mandelbrot Set),让我联想到了最早接触的GIF图,是一片不断放大不断循环的类似沙滩的图片,我不知道这两者有什么联系,但是他们给我同样的震撼。

Mandelbrot Set

在我们所处的这一层级的世界中,有动物,植物,器具,自然风貌,再深入一层,有微生物,有细胞,细菌,虽然他们之前存在巨大的差异,但是又以一些惊人的相似之处运行着,从动物皮毛上的花纹,树木的纹理,心脏的脉动,到绵延不绝的沙丘,变幻莫测的气象,他们如此不同,又如此相似,背后好像都有一套数学公式在支持着,随机生成奇妙伟大的自然。

科学的发展从来不是一蹴而就,而是不断拓宽的过程,或许科学就和宇宙一样,不存在边界,新的学科会不断产生。人类发明了计算机,却无法解释它深入挖掘和自我学习过程中发生的变化,人类进化也是如此,人希望得到确定性,却永远在追求着未知

我不禁想到了弗洛伊德与阿德勒的理论,因果论和目的论究竟哪个才是正确的?难道原生家庭的不幸就必然导致人生的不幸吗?我们的思维究竟是在循着规律麻痹自己还是保护自己呢?

以前觉得人类是地球发展历史上最伟大的产物,因为人类拥有独特的智慧,而现在看来,万物皆有灵,我们都是通过相似的逻辑产生的,动物也拥有思考,自有它的生存之道,也值得尊敬。而人类又伟大在,他们在不断探索新的生活模式,几千年前的蜜蜂的生活方式不会与现在有所不同,而人类社会却日新月异,我们中有的人选择了随波逐流,有的人选择了不断探索,满足自己的好奇心与求知欲,有的人选择了追求自己的幸福。在时间长河中,或许人类终有一天会灭绝,但这一切的发生就已经足够有意义。

我想到了自己的未来,我曾踌躇满志,想要开拓自己的理想生活,也曾跌入低谷,对明天不再抱有期待,然而事实就是,人不可能一直保持同一种状态,不可能完全按照既定齿轮转动,一只蝴蝶的振翅,可能就使原本相似两人的人生轨迹从此截然不同,或许我们不能决定自己生命的走向,但我们心里有个大概的导图,就像不断分叉的树枝,我们不知道自己会走向何方,停留在何处,但我们知道自己是如何走到这里的,常常回头,常常反省,在未知中找到一份对自己的确定。

 3 ) 混沌现象:图灵方程、别氏化学反应、蝴蝶效应与分形理论。

阿兰图灵始终相信自然界的各种复杂现象可以用简单的数学法则来描述,曾用物理和化学上的简单方程来描述胚胎发育过程中的形态发生morphogenesis和自组织self-organisation现象,揭示一个平稳无性态特征的系统如何发展为具有复杂模式和结构的系统。 鲍里斯·别洛乌索夫发现了混合物周期性地从无色到有色反复逆转的化学振荡现象,以BZ反应为代表的别氏化学反应以协同波的方式运动,与心脏的协同收缩非常类似。 爱德华洛伦兹认为气象系统演变是无法预测,留下关于蝴蝶效应的名言:“一只蝴蝶在巴西煽动一下翅膀将会引发德克萨斯的一场龙卷风。” 罗伯特梅在研究动物种群数量随时间变化的规律时,发现繁殖率等参数的微小变化会导致种群数量的不可预测。 科学界逐渐意识到混沌现象的存在,即一个完全被数学方程描述的系统,即使没有外部干扰也可能变得完全无法预测。世界上的各种奇异现象都可以用简单的数学法则描述,这些法则的基本特性是耦合coupling或反馈feedback,这些数学法则带来不可预测性的同时,也能产生模式和结构。有序和无序相互联系,是一个系统的两种运行状态,可以由同一个数学模型产生。影片做了一个屏幕反复投影的实验,这是一个简单的反馈回路,火柴的微小移动最终造成影像的不可预测,但给予系统微小调整后又能产生奇特而美妙的有规律的模式。 伯努瓦·曼德勃罗发现了分形理论fractal,认为自然界的所有形状都有自相似的数学原理,用于描述相同的形状在递减的尺度上一直重复。曼德勃罗集被称为上帝的指纹,这是一个自我反馈的方程,每个输出值成为下一次运算的输入值,表明了一个简单的数学方程可以产生无限复杂的图形,这个图线在所有尺度上具有相似性的分形属性,反映出自然界的一个基本的有序原则。 人类开始重新思考,没有生命的物质中是如何孕育出智慧的?混沌理论可以用于解释生物学的动物斑纹问题和模式形成patten formation。进化evolution就是以各种模式为基础,通过不同方式进行组合,试验可行性,保留可运转的并以其为基础持续下去,这是一个无意识的改进复杂系统的过程。宇宙尺度上进化的时间很漫长,但现在我们可以用计算机在较短时间尺度上模拟进化,科学家们惊人地发现计算机可以无意识地进化出非有意编写的虚拟生命。有机物产生随机的变异并不断复制,周围环境提供反馈,最适合环境的变异得到加强,然后就出现了复杂的生命现象。这就是生命的形成过程,无非是正在发生的图灵方程加上反馈的不同进程。

 4 ) ai意识觉醒不是梦啊

致奋斗在前线的建模战士们hhhhh
慌 赶紧花钱吧

完全不了解这些理论背后的技术支撑,仍然觉得了不起极了!

科学和通俗宗教不同在于,科学用铺陈、理论与悖论一步步地,精雕细琢地说明世界起源。

不过那一份狂热是相同的。

太了不起了人类大脑!就算我们渺小,我们短暂,但我们仍然在竭尽全力,让地球成为宇宙中最不平凡的一点。

告诉我生命是一切混沌中的巧合,我十分感谢我一生都在见证这个巧合

 5 ) 无法预测,无法定义

看不懂,真的看不懂。

我只能理解最浅显的一些内容,大概就是尽管我们给出了初始值,还给出了确定的规则,我们可以根据上一步的数据预测到下一步的状态,但把时间拉到足够长后,一点点小的误差对会让结果天差地别,从而没法实现长久的预测。

说实话,这样的结果的确很让人不爽。我们喜欢用简洁的语言来描述规律,然而混沌理论告诉我们这可能没法实现。但混沌理论也是宇宙的基本规则之一吧,俗话说大道至简,我期待着用简单的语言来描述混沌理论的那一天。

 6 ) 感谢chaos

       混沌理论告诉我们,尽管决定这世界万物的规律可能非常简单,但未来依然是不可预测的,于是the future is amazing。
    比如房价,国十条究竟会给房市带来怎样的影响,任何判断听起来都是有理有据的。但无论依据多么理性的判断来运行房市,局面都会沿着图灵方程不可控制地发展下去。
    对于我们,出于任何出发点做出的任何决定都走向不可预测的结果。于是“什么是什么之母”、“什么加什么等于什么”的话,只当作星座预测一样的美好或不美好的娱乐活动,任何微小变量都有可能带来全然不同的结果。
    感谢chaos,你让我对未来一无所知,未来永远值得期待。这世界是部恐怖片或者悬疑剧,如果有导演,他一定不是来自好莱坞。

 7 ) 关于那个电脑模拟的双足体

  找到了他们02年发的paper[1], 简单浏览了下,原来用的是Neural Network,模型用的是MathEngine Fast Dynamics Toolkit.要不是简单了解下原理还真感觉片子里说的那么挺玄乎呢.
  
  方法是在MathEngine Tookit中创建了一个二足体,定义了11个body和13个junction.最后用Neural Network.那个Toolkit中本身有物理模型,所以,他们只用NN做参数优化就可以了.
  
  The parameters to be optimized are weights, time constants and biases.
  
  目标函数有两部分:
  1) 行走结束点和起始点距离最大(走的远);
  2) 不降低重心高度(走的稳);
  
  其实就是一个最优化问题了.
  
  Ref:
  [1] Torsten Reil, Phil Husbands, Evolution of Central Pattern Generators for Bipedal Walking in a Real-Time Physics Environment,IEEE Transactions on Evolutionary Computation - TEC , vol. 6, no. 2, pp. 159-168, 2002

 短评

目前为止这是我看过的对混沌理论最深入浅出的介绍,恨不得推荐给每一个仍渴望以科学的方式理解这个世界的人。

6分钟前
  • 子东文
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电脑小人那个实验太可怕了…额地神~

9分钟前
  • 清流~Nocturn
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看懂三分之一吧,依然很震撼,一个简单的规则可以创造无限复杂的现象和可能性。最后计算机模拟的进化程序太科幻了,依稀奏响了邪恶AI诞生的前奏:)很羡慕能完全搞懂这些的理科生,宇宙在他们面前一定是一种非同寻常的美。

10分钟前
  • 狂笑连连
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self-organized的机器人,太可怕了

15分钟前
  • 骑士的蒙太奇
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很大程度上是个反神创论的片子

17分钟前
  • 宇宙真理猪大肠
  • 力荐

打通左右脑

22分钟前
  • WXWXWXWXWXWXWX
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似乎可以讲得再深入一点

24分钟前
  • 路米內
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深入浅出,BBC科普妙品。阿兰图灵真是杯具旷世之才,乔布斯的苹果典故。再一次欣赏上帝的指纹,震撼依旧。PS:BBC和CCAV10的差距深刻的反映了某些问题,娱乐至死,愚民致死。

26分钟前
  • Bengo
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看到曼徳勃罗集,真惊叹

29分钟前
  • Vivian
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轻松解开了我一个思考很久的问题

32分钟前
  • 厚积薄发法立德
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啊看完这个治好了我的各种强迫症卧槽如果没有BBC这个世界不会好了!

34分钟前
  • unc1eE
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把宇宙看做是一个巨大的模拟器,只需设定初始条件,然后就让它自然而然地发展,这会是一个充满神奇和美丽的过程。宇宙的所有复杂性极其无尽魅力,都来源于毋庸思索的简单规则的不断重复,尽管这个过程十分强大,却依然是不可预知的,未来是令人惊叹的,它有无限可能。

37分钟前
  • 狷介有乌青
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猜想:混沌系统中涌现出模式的本质原因,是少数精锐的自由意志在群体中获得优势地位,并参与系统自反馈的结果。

38分钟前
  • 力总
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原来世界就是Z≒Z²+C

43分钟前
  • 罗小朱
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骇客帝国科普版。你好程序员!8.8分

46分钟前
  • 巴喆
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混沌理论是开盲盒一样的不确定惊喜;每个人进化到现在都有充分又随机的理由;“无论如何都不需要一个创造者”;珍惜生命中的bug,它们可能让混沌在有序中发生,从而逆转/翻天覆地;宇宙给出的惊喜太多了——既没有宿命论,也没有严格的、可预知的因果论。

50分钟前
  • 👹綠大壯🪩
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与哈耶克的“自发秩序”概念似可相互佐证。

51分钟前
  • 柏林苍穹下
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神奇!!

56分钟前
  • purr
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光頭佬好型物理學家好帥

1小时前
  • Wings공주
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闻道

1小时前
  • Yao Unchained
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