Hình học của sự hỗn loạn có thể là nền tảng cho hành vi của vũ trụ không? – Thế giới vật lý

Nghi ngờ nếu đó là chúng tôi
Hỗ trợ tâm trí choáng váng
Trong nỗi thống khổ cùng cực
Cho đến khi nó tìm thấy chỗ đứng –

 Một sự không thực tế được cho mượn,
Một ảo ảnh nhân từ
Điều đó làm cho cuộc sống có thể
Trong khi nó đình chỉ cuộc sống.

Bằng phong cách tinh nghịch điển hình của mình, nhà thơ người Mỹ thế kỷ 19 Emily Dickinson nắm bắt một cách tuyệt vời nghịch lý của sự nghi ngờ. Bài thơ của cô là lời nhắc nhở rằng một mặt sự trưởng thành và thay đổi phụ thuộc vào sự nghi ngờ. Nhưng mặt khác, sự nghi ngờ cũng làm tê liệt. Trong cuốn sách mới của ông Tính ưu việt của sự nghi ngờ, nhà vật lý Tim Palmer tiết lộ cấu trúc toán học của sự nghi ngờ làm nền tảng cho nghịch lý này.

Có trụ sở tại Đại học Oxford ở Anh, Palmer được đào tạo về thuyết tương đối tổng quát nhưng đã dành phần lớn sự nghiệp của mình để phát triển mạnh mẽ “dự báo tập hợp” để dự báo thời tiết và khí hậu. Khái niệm nghi ngờ, vốn là trung tâm của việc dự đoán, đã chiếm ưu thế một cách đáng ngạc nhiên. Đời sống trí tuệ của Palmer. Tính ưu việt của sự nghi ngờ là một nỗ lực nhằm chứng tỏ có mối quan hệ sâu sắc giữa sự nghi ngờ và sự hỗn loạn bắt nguồn từ hình học fractal cơ bản của sự hỗn loạn. Ông cho rằng chính hình học này đã giải thích tại sao sự nghi ngờ lại là nguyên thủy trong cuộc sống của chúng ta và trong vũ trụ nói chung.

Đề xuất đầy khiêu khích của Tim Palmer là hình học của sự hỗn loạn cũng đóng một vai trò trong vật lý lượng tử – và nó thậm chí có thể là một tính chất cơ bản của vũ trụ.

Chúng ta thường giả định rằng sự hỗn loạn – là một hiện tượng phi tuyến – xuất hiện ở quy mô siêu vi mô và vĩ mô, vì phương trình Schrödinger mô tả hành trạng của các hệ lượng tử là tuyến tính. Tuy nhiên, đề xuất đầy khiêu khích của Palmer là hình học của sự hỗn loạn cũng đóng một vai trò trong vật lý lượng tử – và nó thậm chí có thể là một tính chất cơ bản của vũ trụ.

Trước khi giải mã luận điểm của Palmer, hãy nhớ lại rằng sự hỗn loạn – một thuật ngữ mà chúng ta thường sử dụng để mô tả các sự kiện “điên rồ”, mất trật tự – từ quan điểm kỹ thuật áp dụng cho một hệ thống thể hiện hành vi không lặp lại, không thể đảo ngược theo thời gian, nhạy cảm với các điều kiện ban đầu. Tiên phong bởi nhà toán học và khí tượng học người Mỹ edward lorenzSự hỗn loạn đã là chủ đề của nhiều cuốn sách, trong đó có nhiều cuốn đề cập đến ba phương trình nổi tiếng của ông mô tả nó và sự hỗn loạn. hiệu ứng cánh bướm. Điều khiến cuốn sách của Palmer trở nên khác biệt là nó nhấn mạnh vào khám phá ít được biết đến hơn của Lorenz – hình học của sự hỗn loạn – và những tác động của nó đối với cách vũ trụ tiến hóa.

Sự không chắc chắn dưới mọi hình thức

Ngay cả khi luận điểm của Palmer sai, cuốn sách vẫn là một lời nhắc nhở hữu ích về nhiều loại bất định khác nhau – chẳng hạn như tính bất định, tính ngẫu nhiên và sự hỗn loạn mang tính tất định – mỗi loại đều có ý nghĩa riêng đối với khả năng dự đoán, can thiệp và kiểm soát. Tính ưu việt của sự nghi ngờ do đó sẽ hữu ích cho cả các nhà khoa học cũng như những người không phải là nhà khoa học, do xu hướng của chúng ta chỉ đánh đồng sự không chắc chắn với tính ngẫu nhiên.

Tuy nhiên, mục đích của cuốn sách không phải là cung cấp một phân loại về sự không chắc chắn hoặc là một hướng dẫn cách đối phó với nó trong biến đổi khí hậu, đại dịch hoặc thị trường chứng khoán (mặc dù tất cả các chủ đề đó đều được đề cập). Palmer có nhiều tham vọng hơn. Ông muốn giới thiệu ý tưởng của mình – được phát triển trong một số tài liệu nghiên cứu – rằng hình học của sự hỗn loạn là một tính chất cơ bản của vũ trụ mà từ đó một số nguyên tắc tổ chức tuân theo.

Luận án của Palmer dựa trên cơ sở chứng minh thành công rằng phương trình Schrödinger – mô tả hàm sóng trong cơ học lượng tử – phù hợp với hình học của hỗn loạn mặc dù phương trình là tuyến tính. Cụ thể hơn, Palmer gợi ý rằng có một mối liên hệ vật lý giữa các biến ẩn của hạt và cách hạt đó được ghi nhận hoặc cảm nhận bởi các hạt và thiết bị đo lường khác, qua trung gian là các tính chất toán học của hình học fractal.

Trong hai chương (2 và 11), Palmer mô tả lý do tại sao lời giải thích này “không mang tính âm mưu hay cường điệu”. Ví dụ, Palmer chỉ ra rằng có hai loại hình học – Euclide và fractal – với loại thứ hai có ưu điểm là thích ứng với tính vô định phản thực của cơ học lượng tử và sự vướng víu mà không đòi hỏi tác dụng ma quái ở khoảng cách xa, đây là một ý tưởng gây tranh cãi trong vật lý học cộng đồng.

Nếu cách diễn đạt của Palmer là đúng, thì nó sẽ buộc các nhà vật lý phải xem xét lại lập luận của Einstein – vốn nảy sinh từ tranh chấp của ông với Niels Bohr về việc liệu sự bất định lượng tử là nhận thức luận (Einstein) hay bản thể học (Bohr) – rằng vũ trụ là một tập hợp của các thế giới tất định. Nói cách khác, Palmer đang nói rằng vũ trụ của chúng ta có nhiều cấu hình khả dĩ nhưng cấu hình mà chúng ta thấy được mô tả tốt nhất là một hệ động lực hỗn loạn bị chi phối bởi động lực học phân dạng.

Được Palmer trình bày như một trong hai phỏng đoán của cuốn sách, ý tưởng này ngụ ý rằng vũ trụ có ngôn ngữ và cấu trúc tự nhiên. Theo quan điểm của ông, điều này có nghĩa là cấu hình hiện thực của vũ trụ không phải là đường cong 1D như người ta thường giả định. Thay vào đó, nó giống một sợi dây hoặc một chuỗi các quỹ đạo quấn vào nhau, với mỗi chuỗi xoắn tạo ra các chuỗi xoắn nhỏ hơn và mỗi cụm dây tương ứng với một kết quả đo trong cơ học lượng tử.

Nói cách khác, chúng ta “sống” trên những dải này trong không gian fractal và hình học này kéo dài đến tận cấp độ lượng tử. Khái niệm cho rằng vũ trụ là một hệ động lực phát triển trên nhân hút fractal có một số hàm ý thú vị. Thật không may, Palmer đã gây bất lợi cho độc giả của mình (và những ý tưởng của chính anh ấy) bằng cách phân tán các hàm ý xuyên suốt văn bản thay vì chắt lọc chúng một cách rõ ràng thành những nguyên tắc mà tôi nghĩ là như vậy.

Bốn nguyên tắc

Nổi bật nhất trong số này là cái có thể được gọi là “nguyên tắc nổi lên”. Về cơ bản, Palmer ủng hộ tư duy thống kê hơn là rút ra hành vi vĩ mô từ những nguyên tắc hoặc cơ chế đầu tiên, mà ông cho rằng thường khó uốn nắn và do đó sai lầm. Đó là quan điểm một phần xuất phát từ sự nghiệp của Palmer dành để phát triển một phương pháp tiếp cận tổng hợp để dự báo thời tiết, nhưng nó cũng có ý nghĩa nếu vũ trụ có cấu trúc fractal.

Để hiểu lý do tại sao, hãy xem xét những điều sau đây. Các điều kiện trong đó thang đo vĩ mô có thể được mô hình hóa mà không cần nhờ đến thang đo vi mô bao gồm hai đầu đối diện của quang phổ. Một là khi thang đo vĩ mô bị loại bỏ (ví dụ, không nhạy cảm với các biến động và nhiễu loạn ở cấp độ vi mô do sự phân tách thang thời gian). Trường hợp còn lại là khi, theo một nghĩa nào đó, thực sự không có sự tách biệt do tính bất biến của tỷ lệ (hoặc tính tự tương tự), như trong trường hợp fractal.

Trong cả hai trường hợp, việc rút ra thang đo vĩ mô từ thang đo vi mô chỉ cần thiết để chứng tỏ rằng một đặc tính vĩ mô là cơ bản chứ không phải là kết quả của sự thiên vị của người quan sát. Khi điều kiện này được duy trì, những thứ ở quy mô cực nhỏ có thể bị bỏ qua một cách hiệu quả. Nói cách khác, các mô tả thống kê vĩ mô trở nên có tác dụng mạnh mẽ cho cả việc dự đoán và giải thích. 

Vấn đề này có liên quan đến một cuộc tranh luận nảy lửa, lâu dài trong nhiều ngành khoa học – chúng ta cần đi sâu đến mức nào để dự đoán và giải thích vũ trụ ở mọi quy mô? Thật vậy, cuốn sách sẽ thu được lợi ích từ việc thảo luận về thời điểm hình học của sự hỗn loạn được cho là sẽ không làm cho việc suy ra đạo hàm trở nên không còn phù hợp nữa. Xét cho cùng, chúng ta biết rằng đối với một số hệ thống, quy mô vi mô đóng vai trò quan trọng trong việc dự đoán cũng như giải thích – những mô tả chi tiết thô thích hợp về quá trình trao đổi chất nội bào có thể ảnh hưởng đến sự cạnh tranh giữa các loài giống như kết quả chiến đấu giữa những con khỉ có thể thay đổi cấu trúc sức mạnh.

Các nguyên tắc thú vị khác mà Palmer chắt lọc (không nêu tên rõ ràng) bao gồm cái mà tôi gọi là “nguyên tắc tập hợp”, “nguyên tắc tiếng ồn” và nguyên tắc “không có tỷ lệ ưu việt”. Về cơ bản, điều sau nói rằng chúng ta nên tránh đánh đồng cơ bản với thang đo nhỏ như trường hợp thường thấy trong vật lý. Như Palmer đã chỉ ra, nếu chúng ta muốn hiểu bản chất của các hạt cơ bản, thì bản chất fractal của sự hỗn loạn gợi ý rằng “cấu trúc của vũ trụ ở quy mô không gian và thời gian rất lớn nhất” cũng mang tính cơ bản tương tự.

Giorgio Parisi: người đoạt giải Nobel với những mối quan tâm phức tạp trải dài từ kính quay cho đến chim sáo đá

Nguyên lý nhiễu, liên quan đến sở thích của Palmer đối với các mô hình thống kê hơn là đạo hàm, nắm bắt được ý tưởng rằng một cách để tiếp cận mô hình hóa các hệ thống nhiều chiều là giảm tính chiều của chúng đồng thời thêm nhiễu. Việc thêm nhiễu vào mô hình cho phép nhà nghiên cứu đơn giản hóa nhưng cũng tôn trọng gần đúng chiều thực sự của vấn đề. Việc thêm tiếng ồn cũng bù đắp cho các phép đo chất lượng thấp hoặc “những điều chúng ta chưa biết”. Trong chương 12, Palmer xem xét cách tự nhiên sử dụng nguyên lý tiếng ồn, gợi ý (như nhiều người đã làm) rằng các hệ thống thần kinh như bộ não con người đang thực hiện công việc tính toán với các mô hình tiếng ồn bậc thấp hơn từ các mô hình bậc cao hơn để dự báo và thích ứng. với chi phí tính toán thấp hơn.

Trong khi đó, nguyên tắc tổng hợp là ý tưởng cho rằng để nắm bắt được các quy luật trong các hệ thống hỗn loạn hoặc nhiều chiều, một mô hình cần được chạy nhiều lần để định lượng độ không chắc chắn vốn có của dự báo. Trong chương 8, Palmer khám phá tính hữu ích của phương pháp này trong thị trường và hệ thống kinh tế bằng cách sử dụng công trình mô hình hóa dựa trên tác nhân của nhà vật lý. Nông dân Doyne và những người khác. Chương 10 kết nối phương pháp dự báo tổng hợp với trí tuệ tập thể và khám phá mức độ hữu ích của nó trong việc đưa ra các quyết định về chính sách công.

Cuốn sách đã mang lại cho tôi sự hiểu biết phong phú hơn nhiều về sự hỗn loạn và thuyết phục tôi rằng nó không nên bị xếp vào một góc trong khoa học phức tạp.

Nếu tôi khó chịu với cuốn sách thì đó là do tổ chức. Palmer trải rộng bối cảnh và sự biện minh trong phần ba đầu tiên và cuối cùng của cuốn sách, vì vậy tôi thường thấy mình phải lật đi lật lại giữa những phần đó. Lẽ ra anh ấy có thể phục vụ độc giả tốt hơn bằng cách trình bày lý thuyết đầy đủ trước khi tiếp tục. Theo quan điểm của tôi, Palmer nên trình bày rõ ràng ba nguyên tắc của mình và mối liên hệ của chúng với hình học, với phần cuối cùng là các ứng dụng chiếm vị trí trung tâm.

Tuy nhiên, tôi thấy cuốn sách này rất khiêu khích và những ý tưởng của nó đáng để suy ngẫm. Nó chắc chắn đã mang lại cho tôi sự hiểu biết phong phú hơn nhiều về sự hỗn loạn và thuyết phục tôi rằng nó không nên bị xếp vào một góc trong khoa học phức tạp. Tôi kỳ vọng cuốn sách của Palmer sẽ bổ ích cho những độc giả quan tâm đến cấu trúc toán học của sự hỗn loạn, quan niệm cho rằng vũ trụ có ngôn ngữ tự nhiên, hay ý tưởng cho rằng có những nguyên lý thống nhất giữa vật lý và sinh học.

Tương tự, những độc giả chỉ muốn biết sự hỗn loạn có thể giúp dự báo thị trường tài chính hoặc khí hậu thế giới như thế nào cũng sẽ thấy nó hữu ích.

• Nhà xuất bản Đại học Oxford năm 2022/Sách cơ bản 320pp £24.95/$18.95hb

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/could-the-geometry-of-chaos-be-fundamental-to-the-behaviour-of-the-universe/