科學是否存在“盡頭”?愛因斯坦認為,或許存在一個“大一統理論”,這個理論可以完美地解釋宇宙中的四大基本力,用一段公式就可以解釋和預測宇宙的每一件事情,這樣的理論也被稱為“萬物之理”,宇宙真的是被設計好的嗎?一段公式就能解釋整個宇宙?
可惜的是,愛因斯坦直到去世都沒有找到這樣的理論。并且隨著科學的發展,人們逐漸意識到,想要用一個理論去解釋宇宙中發生的所有事情,是不可能完成的。就算人類在未來找到了可以統一四種基本力的理論,也無法預測宇宙中發生的所有事情,因為宇宙是非決定性的,用現有的數據去推斷未來發生的事情必然會出現各種誤差。
宇宙的本質是“確定”和“不確定”的結合,從宏觀來看,宇宙中的物理規律是確定的,但是從微觀來看,量子的運動充滿了不確定性。種種原因造成宇宙并不是完全對稱的,不確定性才是宇宙的本質,如果宇宙中的一切都是可以預測的,那么我們就可以懷疑宇宙可能就是被設計好的一段程序。
微觀的不確定性組合在一起形成了宏觀的“確定”,仔細觀察這個宇宙就可以發現,微觀的盡頭是宏觀,組成宏觀的微觀之間有一定的“自相似性”。
可以看一下上面這張圖片,這種植物叫“羅馬花椰菜”,這種神奇的植物以指數式螺旋結構生長,形成自相似性的斐波納契數列。仔細觀察羅馬花椰菜就可以發現,許多較小的花組合在一起形成了一個較大的花球,而小花球和大花球十分相似。
這種神奇的規律被稱為“分形幾何學”,傳統幾何學的研究對象通常是整數狀態下的整數維數,而分形幾何學的研究對象是任何非負實數維數,因此分型幾何學的研究對象在大自然中普遍存在。
根據分形幾何學的自相似性,科學家發現了“曼德勃羅集”,這個人類創造出來的最美圖案,也被人們稱為“上帝指紋”。這種圖案的特點是每個部分之間都是相似體,具備結構上的自相似性。
隨著研究的深入,科學家逐漸發現,分形的例子在宇宙中比比皆是,宇宙中似乎暗藏著某種不為人知的規律,很多物理規律的背后也在暗示著種層次結構明顯,又具備自相似的現象。又具備自相似的現象。
在我們的生活中,仔細觀察就可以發現,分形幾乎無處不在。從遠處來看,樹木的形狀經常會和樹葉的形狀相似,同時大部分植物在生長時,生長的規律就會呈現出自相似性,局部和整體的形狀很相似,大部分喬木的樹枝會有一定的分形規律。
分形幾何形延伸出了“分形理論”,在物理學和數學領域產生了巨大的影響,甚至還對天文學產生了不小的影響。
分形理論不僅僅可以展示大自然的美感,也在一定程度上向人類展示了這個宇宙的本質——“自相似性”。如果宇宙整體也在某種程度上具備分型理論中的自相似性,那么在未來人類真的有可能找到一個可以描述整個宇宙的模型,完成愛因斯坦的愿望。
分形展現的美感是“混亂的美感”,宇宙的本質就是無限的混亂,但是在混亂中又可以找到相似的規律,無限的微觀組成了宏觀,微觀必然是混亂無序的,但是因為整體的自相似性,宏觀才會有一定的穩定性,或許這也是為什么微觀世界中量子的運動充滿了不確定性,我們的宏觀世界卻表現出了驚人穩定性的原因。
在引力的影響下,宇宙中的天體會自發性向一個引力源聚集,比如太陽系就是依靠太陽強大的引力維持穩定的,而太陽系同時也被銀河系重心巨大的黑洞吸引。地球和躍遷,地球和太陽系,太陽系和銀河系,這三個天體結構其實從某種程度上來說也具備自相似性,符合分形的概念。
宇宙中的物質都是由各種基本粒子組成的,在化學中“原子”就是最小且不可分割的微粒,原子由原子核和圍繞原子核運動的電子組成,原子的結構和星系十分相似,原子就像是恒星或者黑洞,而電子就是圍繞引力源運動的行星!
有人認為,原子本身就是一個“微觀宇宙”。從這個角度來看,就可以發現宇宙中的物質基本都符合“分形”的概念,從最小的原子再打巨大的天體結構,相互之間都劇本自相似性,科學家一直想在黑洞中尋找到類似的概念,幫助我們更好的理解時空的概念。
曼德勃羅集
曼德勃羅特集是人類有史以來做出的最奇異,最瑰麗的幾何圖形,曾被稱為“上帝的指紋”。
這個點集均出自公式:Zn+1=(Zn)^2+C,對于非線性迭代公式Zn+1=(Zn)^2+C,所有使得無限迭代后的結果能保持有限數值的復數z的集合(也稱該迭代函數的Julia集)連通的c,構成曼德勃羅集。[1]中文名曼德勃羅集外文名Mandelbrot
set內容做出的最奇異,最瑰麗的幾何圖形曾被稱為上帝的指紋點集出自公式Zn+1=(Zn)^2+C
曼德勃羅集簡介
這是一個迭代公式,式中的變量都是復數.這是一個大千世界,從他出發可以產生無窮無盡美麗圖案,他是曼德勃羅特教授在二十世紀七十年代發現的.
曼德勃羅集
你看上圖中,有的地方像日冕,有的地方像燃燒的火焰,只要你計算的點足夠多,不管你把圖案放大多少倍,都能顯示出更加復雜的局部.這些局部既與整體不同,又有某種相似的地方,好像著夢幻般的圖案具有無窮無盡的細節和自相似性.曼德勃羅特教授稱此為"魔鬼的聚合物".為此,曼德勃羅特在1988年獲得了"科學行為藝術大獎".圖形是由美國數學家曼徳勃羅特教授于1975年夏天一個寂靜的夜晚,在冥思苦想之余翻看兒子的拉丁文字典時想到的,起拉丁文的原意是“產生無規則的碎片”。請看如下的圖形產生過程,其中后一個圖均是前一個圖的某一局部放大:
如下是產生上圖的出發點出發點:實部 Real 0.2537269133080432 ,虛部 Imag. 0.000365995381749671135The width of that screen is 9.45e-1
原文鏈接
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