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发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Physics
标题: 计算物理学的兴起(转载)
发信站: 哈工大紫丁香 (Sun Jun 29 10:13:07 2003)

发信站: 瀚海星云

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自组织系统 - 混沌和有序相互转化的条件中提到：
下面讨论一下混沌和有序相互转化的条件，这需要从计算物理学兴起开始：
计算物理学的兴起是物理学的一次重大革命，它是以电子计算机为主要工具，通过计算

对自然过程进行模拟实验，从而作出发现。然后由理论物理学对这些发现作进一步论证

，并由实验物理学去检验。这一学科的开创者是费米(Enrico Fermi,1901～1954)，他在

1952年设计了第一个计算机实验；由于他参加过美国研制原子弹的工作，既对当时世界

上那台最先进的计算机有所了解，又可以借用那台计算机进行实验。实验的目的是将64

个非简谐振子组成一个1维力学系统，用以检验能量趋向均匀分配(即热平衡)的过程。结

果却是经过相当长一段时间之后，能量重新集中到第一种运动模式上(即热能并非总是从

高温传向低温最终趋于热平衡)。这个发现对物理学理论的冲击太大，因为它是对80年来

公认无误的、玻尔兹曼“各态历经”假说的严峻挑战；即使是声名赫赫的物理学家费米

，也不敢冒天下之大不韪，1954年写成的实验报告，直到他逝世后10年才被收进他的文

选中。该报告发表带来的结果是，混沌物理学、孤子物理学和分子动力学随之而诞生。

下面通过最重要的两个数学实验来讨论一组有特殊意义的数：
69)，最终的时空结构状态为8！由之决定着混沌——有序——混沌周期性转化的基本规

律。
最后讨论自组织系统：
80年代兴起的“元胞自动机”模型，该理论的基本思想是：“自然界里许多复杂的结构

和过程，归根结底只是由大量基本组成单元的简单相互作用所引起”，为模拟包括自组

织结构在内的复杂现象提供了一个强有力的方法。所谓的自组织现象，是在没有人参与

的情况下自然界自发演化的过程，人类就是这种自组织机制的杰作，关键在于必须找到

使系统具有活性的机制。由于正反馈可以自稳，负反馈可以自生，系统要保持持续的自

组织效应，就必须具有互不干扰的两条信息反馈回路；正负反馈每一条回路又必须满足

整体、部分和单个循环路径固定、间隔一致的周期稳定性，前提条件是自组织系统内的

单元个数必须极严格地遵从一定的数学逻辑。海南师范陈继元先生已经用图论证明，具

有“比相生、间相胜”的自组织系统，单元个数必须满足P=5、8、10、12。单元个数最

少的自组织系统即是5。
自组织系统持续发挥作用的前提是：首先必须有正反馈和负反馈两条回路，才可以保证

系统通过自稳和自生长期保持平衡；其次这两种反馈对“大量基本组成单元”，又必须

遵从“各态历经”的概率性规律；其三还必须能够保证两条反馈回路在各单元之间的运

转，既符合周期性循环的规律，又不能出现互相交叠重合。

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