
原文:
“再举个例子说,大家熟悉的三体问题。三个以上的星体运动,会进入混沌状态。混沌就是经典数字计算机所无法精确计算的,但是实际的三个星体运行,总会出运行结果,它的结果就是经典数字计算机无法比拟的。那么这三个星体本身,就是模拟计算机。这就是模拟霸权。”
文章试图用三体运动的例子来说明模拟与数字的区别,在这里非常不恰当,仿佛只要精度够大就能消除混沌,这种说辞看似有理有据,实则有一定的误导性。
从专业角度而言,三体运动无论是从模拟还是数值甚至是解析,都是混沌的。换言之,混沌是系统的属性,一个系统是否是混沌系统是可以用纯数学方法来进行证明的,与具体求解方式无关。如果按照这位作者的理解,那么所谓蝴蝶效应就是不存在的,混沌也是不存在的,于是得出结论我们这群人这么多年来就研究了个寂寞,着实讽刺。
下面我想来简单说一下什么是混沌。我会尽量通俗并避免使用专业术语以便没有相关知识背景的朋友容易理解。
混沌所描述的是一个系统的演化结果对初始边界条件的敏感程度。一个系统的演化大致可以分为三种情况:
一种是初始条件的误差所导致的结果不确定性会随着时间减小,最终趋于稳定的解,即所谓“殊途同归”,比如受迫振动即属于此类。
第二种是初始条件的误差所导致的结果不确定性不会随着时间减小,也不会无限放大,弹簧振子,二体运动,单摆等即属于此类。
第三种就是我们所说的混沌系统,初始条件的误差所导致的结果不确定性会随着时间推移发散,多体运动,复摆,以及绝大多数自然界中的过程即属于此类。
大家可以尝试想象一下,一个具有N个自由度的系统(可以理解为一个N维空间上的质点),它的演化图形可以视作是一条N+1维空间中的轨迹(N维空间+时间维,为方便理解可以假设N=1或2)。
首先我们需要先承认一个事实,任何测量量只能无限趋近于真值,其误差永远不可能完全消除。因此在模拟一个系统时,输入值只能尽可能的接近真值而不可能等于真值。
在理想情况下,如果从真值开始演化,则必然会得到一条确定的轨迹,而从输入值开始演化时,则会得到另一条确定的轨迹。混沌理论即是研究这两条规矩的距离随时间的变化的一门学问。如果两根轨迹随时间会越来越近,则称之为渐进稳定,对应上述第一种情况(注意,轨迹只可能无限靠近,不可能重合或交叉。)如果两条轨迹渐行渐远,则表明系统是不稳定的,即混沌系统。
所以说,三体系统在模拟时的不稳定性归根结底是因为其对初始边界条件的敏感性,而并不是只要消灭计算过程中的精度限制就能万事大吉的,还必须要消灭输入值的不确定度才行,同时还要保证整个计算过程中系统的绝对可靠性(在对混沌系统的模拟计算中所产生的任何随机误差都会被无限放大)。
然而,当时我们是为什么放弃模拟而拥抱数字来着?
哦,好像就是可靠性(* ̄m ̄)
