《深奥的简洁》读书笔记(414/FD287)

爱我羊 2021年11月18日12:51:57
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《深奥的简洁》读书笔记(414/FD287)

【荐语】

为什么科学能告诉我们星球内部的运行方式,却难以描述人类的行为?为什么牛顿无法精确预测天体轨道的变化?人类这样有秩序的系统,是如何从宇宙大爆炸之后几乎单调无序的状态中产生的?

《深奥的简洁》通过大量的科学经典案例,解释了关于混沌与复杂的概念,并向我们说明:即使是再复杂的事物,看起来再完全随机的混乱行为,也会遵从简单的规律。

【内容简介】

这本书的核心关键词就是复杂和混沌,《复杂》这本书让我们对于复杂有大概的了解,那你会知道复杂和混沌和分形都是有关系的。那这本书就是帮我们系统地梳理了一下,混沌和分形理论到底是怎么样一步一步地演化成了最终我们自然界现在的样子。

【作者简介】

[英] 约翰•格里宾(John Gribbin)

剑桥大学天文物理学博士,畅销书作家,曾任职于《自然》科学期刊、《新科学人》杂志,目前身份为《新科学人》杂志物理顾问,以及英国萨塞克斯大学(University of Sussex)天文学访问教授。2009年,被英国科学作家协会授予“终身成就奖”。

【阅读收获】

●了解大量丰富生动的科学案例

●厘清复杂世界背后的简洁规律

●串联生活中那些看似孤立现象背后的底层逻辑

【精彩片段】

1,尽管有现代科技的帮助,我们的生活仍必须提防突如其来的意外事件:气象预测既是科学也是艺术;地震与火山爆发随机发生,难以预料;股市震荡也没有固定的模式。

2,每一代中,总有些青蛙的舌头比较黏,有些苍蝇的身体比较滑溜,因此这一点一滴地代代传递下去,青蛙舌头更黏且苍蝇身体更滑溜的趋势将持续发展。这种青蛙更会捉苍蝇(不论用什么方法),苍蝇也更擅于脱逃的状况,永无止境。双方都必须拼命往前跑,才能停在原地。

3,结合了混沌与复杂,宇宙成为极有秩序的地方,正适合像我们这样的生命形态存在。就如考夫曼曾说的,我们“在宇宙中十分自在”。然而,宇宙并非是为人类利益而设计的,因为我们就是宇宙本身面貌的一部分。

《深奥的简洁》读书笔记(414/FD287)

——————思维导图文字版——————

一、混沌中的秩序

1、17世纪科学革命之前,“混沌”这个名词和现代科学家使用的意义不同。

2、亲自做实验的伽利略:第一个以科学方式解释运动概念的人。

3、牛顿的三个运动定律:牛顿定律不能给出三个以上、由重力相互吸引的物体运动的精确计算,即三体问题。

4、麦克斯韦方程组:关于时间的又一伟大物理成就。

5、热寂终结的宇宙:

德国的鲁道夫·克劳修斯在19世纪60年代提岀熵的概念。

玻尔兹曼:推导出一道将熵与概率联结起来的数学公式,认为宇宙的“热寂终结”已经开始,之所以世界仍然有序,是因为我们看到的世界,只是更大宇宙中的一部分。

6、吸引子

定义:一个系统中最终的平衡状态,因为整个系统的运行方式宛如被吸到这个状态稍稍偏离平衡状态,就能由混沌中产生秩序。

二、重返混沌

1、相空间

19世纪初,爱尔兰数学家威廉哈密尔顿提出,将坐标的观念引入,以粒子的位置和动量(物体的质量乘以速度)这两项性质,重现牛顿物理定律。

2、亨利庞加莱

庞加莱是拓扑学的先驱,他将焦点放在“简化的三体问题有关的轨道运行所产生的相空间的几何面貌上。

庞加莱截面:最大的简化过程,是只关注相空间中的一个截面

3、气象学方面

气象学家理查德森:证明了物理定律与数学近似算法,可以预测天气;但计算过程过于复杂,获得的原始数据有限,导致结果不准确且预测时间太短,无意义。

蝴蝶效应:源自1972年罗伦兹在华盛顿特区一场学术会议上发表的论文题目《巴西的一只蝴蝶舞动翅膀,可以引发德州的龙卷风吗?》;成为“混沌”最有力量的隐喻。

4、小行星混沌带

柯克伍德空隙:一系列的小物体受他们的重力影响,在火星和木星轨道之间形成小行星带环绕太阳,但一些小行星轨道并非均匀分布在小行星带上,形成柯克伍德空隙。

小行星会受木星影响产生混沌,被赶出柯克伍德空隙。

受太阳的重力影响,行星自转时会摇晃,引起倾角而月亮的存在让地球的倾角未产生混沌。

三、秩序衍生混沌

1、21世纪科学家讨论的混乱,不是杂乱无章的,而是全然有序、决定式的乱,是预测的细节赶不上真实事件发生的速度,如乱流。

2、混沌的由来

罗伦兹于20世纪60年代早期,从气象学的角度出发,对混沌进行探索。

1975年,数学家詹姆斯约克和他的同事李天岩发表了篇题为《周期三蕴含混沌》的论文,混沌才因此得名,是具有现代科学意义的“混沌”一词的源头。

3、分形

意大利数学家皮亚诺在1890年发表论文,描述如何构建一条可以完全填满平面的曲线;类似的图像还有康托尔集合。

20世纪70年代,BM沃森硏究所的本华曼德勃将描述这种实体的语言创造出来。

1975年,“分形”这个词被创造出来。

生物系统存在大量分形,如人体的动脉与静脉的分布。

四、混沌的边际:事物如何趋于平衡

1、平衡无意义,但事物如何趋于平衡有意义;一个生物体最接近平衡状态的时候是死亡

2、图灵式机制

艾伦图灵:生于1912年6月23日,著名的密码学家,对人工智能有浓厚兴趣。

1950年,将电子计算机的知识应用到了生物系统和人脑的研究上。

1952年,发表论文《形态发生的化学基础》。

解释了哺乳动物皮毛上斑点与条纹之类标记的成因。

图案不取决于成年动物的大小与形状,而取决于图灵式的过程发生时,胚胎的大小与形状。

3、宇宙存在秩序的秘密

能量在开放系统中流动耗散,处于不稳定状态。

在地球上,能量来自太阳。

五、地震、物种灭绝与突现

1、复杂系统只是由许多简单部分彼此交互形成的系统。

2、幂定律(1/f噪声)

即事情的大小和1除以它发生概率的某个指数成正比,代表频率。

所描述的对象是超越尺度的。

地震:地震的强度和发生的数目遵循幂定律相对于每1000次的5级地震,大约会发生100次6级地震,10次7级地震,这个现象被称为古登堡-里克特定律。

摔碎的冰冻马铃薯。

海岸线:海岸线绘图遵循幂定律。

堵车:无需重大事件就能发生堵车。

人类的经济活动。

3、斯图亚特考夫曼的纽扣实验

当连接数超过节点数的一半时,系统会从一个无趣的状态进入另一个更多结构的稳定状态,这时再进一步改变的空间变得很有限,即一个相变现象的例子。

网络连接的不够,生命不会存在;但多加入一两个连接,生命会无可避免地出现。

六、生命的真相

1、达尔文式进化

达尔文式进化的三个步骤:子女和父母相似,特征是代代遗传的复制遗传的;过程并非完美,所以个体间存在差异;不是每个个体都有机会存活到成年繁殖下一代,“适者生存”。

竞争是同一物种间为取得食物而发生的竞争。

红后效应。

2、生态网:当网络中的一种物种改变,所有物种也跟着改变。

3、大规模灭绝遵循幂定律。

4、物理环境与生物环境息息相关。

七、远方的生命

1、盖亚的概念:

概念:地球是一个自我调节的系统。

盖亚理论的基础:当系统被视为整体而非个别部分时,控制进化的物理定律可能都变得更简单。

2、海洋微生物帮助控制地球气候:海洋与陆地之间的双向反馈机制。

3、彗星带来生命

证据来自对太空中云状气体与微尘的光谱分析,太阳系的行星系统就是由这种云形成的。

氨基酸可以被带到任何一个类似地球的年轻星球的表面。

4、寻找其他盖亚

首先必须观测出环绕其他恒星大小和地球差不多的行星其次分析那些行星上衰减过程发生的证据。

爱我羊
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