神秘的混沌理论

记录片英国2009

主演:Jim  Al-Khalili  

导演:Nic  Stacey  

 剧照

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更新时间:2023-08-31 20:17

详细剧情

  混沌理论,一直是困扰人类数千年的一个迷。这种在动态系统中无法用单一的数据关系解释和预测的神秘理论,在科学界只有初步的了解。在本部纪录片中,吉姆·奥卡利里教授将带领我们探索这神秘的混沌理论,试图揭开这层归因于神奇或者上帝力量的神秘面纱。  吉姆教授带着宇宙是如何由从尘埃中诞生,又是如何孕育出智慧生命的难题,开始了他的探秘旅程。混沌中的数学可以解释宇宙中从无序中产生有序的神奇景象,他揭示出大自然那些令人叹为观止的美丽和结构中隐藏的科学规律,它是物理定律的固有的组成。看过本片之后,你眼中的世界会变得与众不同。

 长篇影评

 1 ) 豆瓣9.1分的纪录片——神秘的混乱理论

一切来源于一个方程式,数学是最接近真理的哲学

你有多久没有看过纪录片了?是因为没有时间还是觉得纪录片无聊?

前天晚上小编无意中被人推荐了《神秘的混乱理论》,看完已经是凌晨一点多了,看着窗外突然觉得很神奇,这复杂的世界究其根本只是由一个简单的方程式无限循环组成的,一生二,二生三,三生万物。

《神秘的混乱理论》是由BBC在2009年播出的一部59分钟纪录片

在本部纪录片中,吉姆-奥卡利里教授将带领我们探索神秘的混乱理论,用深入浅出的解说为我们揭开它的神秘面纱。

所谓混乱理论,指的是某些非常简单的规则、方程或系统,不含任何随机子,

一切既定,长期运行,也必定会产生无法预测的不确定性结果;即使不存在外力干涉,“有序”必定会产生“无序”

同样是既定的规则、方程或者系统,只要运行过程中出现一点偏差,结果也会跟最初的设想大相径庭,这也是著名的“蝴蝶效应”

也许你并不了解数学,可是你无法不对这门科学产生敬畏,一个简单的数学公式可以反馈成为无数复杂的事物,规则与混沌其实是数学公式的两个极端

在生活中混沌一定存在而且无处不在,不可预测;最让人惊奇的莫过于,当我们知道了整个宇宙万物形成的奥秘不过是一个简单的公式一遍又一遍的重复,但重复本身就会带来不可预知的未来,就像我们的生活,哪怕每天做着一样的事情,但指不定哪天就发生了令人意想不到的变化,但正是这种无法预知的未来才构成了这个无限丰富的世界

关于理论之外的一些东西

因为小编专业是数学,所以有时候会关注这些关于数学的电影或纪录片,尽管自己懂得专业知识并不多,可常常会被数学的神奇的魅力所震撼到,也常常会被那些将自己的一生献给数学研究的人所感动到,可是他们常常得不到世俗的理解,希望我们都能对那些献身于科研事业的人最真挚的敬意

本文所涉及的专业知识均来源于本纪录片,部分图片来源于网络,侵删。

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 2 ) ORDER vs. CHAOS

很多人認爲,每半個世紀就會出現一個真正偉大的理論,比如牛頓力學,相對論等。那麽相對論之後最偉大的理論是哪一個?很多人認爲會是混沌理論。

世界本無神,秩序与混沌携手進化。

 3 ) 很有意思的把混沌理论和进化论联系在了一起

学过大一物理的童鞋应该对chaos都不陌生,这个记录片也没有展现什么比较不为人所知的理论。如果说有什么亮点的话,那就是把进化(evolution)和混沌理论(chaos)联系在了一起(虽然一开始显的比较莫名)。最后touch了一点点evolutionary algorithm (那个学走路的机器人)。

(关于那个学走路的机器人,可以看这个ted talk (http://www.ted.com/talks/torsten_reil_studies_biology_to_make_animation.html),事实上他用这个animation赚了不少钱=。= )

这个纪录片想表达的是:在没有自然选择,只有理论和公式的状态下,事情是可以发展成chaos和pattern的 (正常的混沌理论)。但我们现在所见到的自然界事实上是理论+自然选择的结果。这是一个很有意思的interpretation。因为生物学家的兴趣很大都集中在研究进化本身的过程和产物上面,却很少有研究“没有进化”的(相当于一个空白对照)。想象如果进化不存在,生命到底会怎样发展,不但是个很有意思的事情,或许也可以让我们对进化本身的理解更近一步。

同时,和大多数数学,物理理论一样,混沌理论是自内而外的。它描述的是从理论到现象的过程。而进化论和大多数生物理论一样,正好相反,是自外而内,是从现象出发的描述性科学。

当然了,有生存就有资源竞争,有资源竞争就有压力,就有自然选择。空白对照是很难做到的。。唯一的方法,或许就是计算机模拟了。

现在计算机越来越不错。科学家可以把以前木有办法模拟的问题都放到电脑上来做。几千万年的进化史可以在很短的时间内完成而得到结果,这是一件非常萌的事情(好吧,我奇怪的萌点啊)。但是值得指出的是,模拟进化是一件非常难的事情。对生物有一点了解的人都知道,自然选择作用的层面,角度,和维度非常之多和复杂,而这些东西是非常难以模拟的 (必须要有非常好的衡量适应度的函数)。

但是想想看吧,或许整个世界只是上帝电脑里一个叫“宇宙” 的程序,而我们只是其中的一些人物而已。他甚至不需要真正的造人,而只需设定一些条件和法则,然后再应用进化就好了。或许真的像
The Hitchhiker's Guide to the Galaxy里的台词说的一样,生命,宇宙,所有一切的最终的答案,就是上帝输入的那个初始值42。

哦,大家可以google一下“answer to life the universe and everything” -- 必须完全一样。看看google怎么说 =)

对于在算法上应用进化理论感兴趣的同学可以google “evolutionary computation" "evolutionary algorithm"etc。 属于artificial intelligence和machine learning下的课题=)。

 4 ) 从混沌与秩序到对人文哲学的思考

小时候一直觉得万事万物都在按照既定规律运行着,在后来的学习过程中也不断印证着这个想法:只要有问题就有标准答案,即使是主观题也可以套用特定的模板,某种因必然导致某种果。虽然得出的结果有细小的差异,也会认为是外部变量的干扰所导致的,而不曾想过存在内部自发的运动。

一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶,偶尔扇动几下翅膀,可以在两周以后引起美国得克萨斯州的一场龙卷风。

多年来我一直保有上述的想法,而这部记录片中的某些观点,突然让我醍醐灌顶,让一些一直觉得解释不通的疑问得到了回答。一些现象的产生是必然也是偶然。尤其是罗德布罗特集(Mandelbrot Set),让我联想到了最早接触的GIF图,是一片不断放大不断循环的类似沙滩的图片,我不知道这两者有什么联系,但是他们给我同样的震撼。

Mandelbrot Set

在我们所处的这一层级的世界中,有动物,植物,器具,自然风貌,再深入一层,有微生物,有细胞,细菌,虽然他们之前存在巨大的差异,但是又以一些惊人的相似之处运行着,从动物皮毛上的花纹,树木的纹理,心脏的脉动,到绵延不绝的沙丘,变幻莫测的气象,他们如此不同,又如此相似,背后好像都有一套数学公式在支持着,随机生成奇妙伟大的自然。

科学的发展从来不是一蹴而就,而是不断拓宽的过程,或许科学就和宇宙一样,不存在边界,新的学科会不断产生。人类发明了计算机,却无法解释它深入挖掘和自我学习过程中发生的变化,人类进化也是如此,人希望得到确定性,却永远在追求着未知

我不禁想到了弗洛伊德与阿德勒的理论,因果论和目的论究竟哪个才是正确的?难道原生家庭的不幸就必然导致人生的不幸吗?我们的思维究竟是在循着规律麻痹自己还是保护自己呢?

以前觉得人类是地球发展历史上最伟大的产物,因为人类拥有独特的智慧,而现在看来,万物皆有灵,我们都是通过相似的逻辑产生的,动物也拥有思考,自有它的生存之道,也值得尊敬。而人类又伟大在,他们在不断探索新的生活模式,几千年前的蜜蜂的生活方式不会与现在有所不同,而人类社会却日新月异,我们中有的人选择了随波逐流,有的人选择了不断探索,满足自己的好奇心与求知欲,有的人选择了追求自己的幸福。在时间长河中,或许人类终有一天会灭绝,但这一切的发生就已经足够有意义。

我想到了自己的未来,我曾踌躇满志,想要开拓自己的理想生活,也曾跌入低谷,对明天不再抱有期待,然而事实就是,人不可能一直保持同一种状态,不可能完全按照既定齿轮转动,一只蝴蝶的振翅,可能就使原本相似两人的人生轨迹从此截然不同,或许我们不能决定自己生命的走向,但我们心里有个大概的导图,就像不断分叉的树枝,我们不知道自己会走向何方,停留在何处,但我们知道自己是如何走到这里的,常常回头,常常反省,在未知中找到一份对自己的确定。

 5 ) 人类是不是某种程序经过自我学习生成的产物?

纪录片的最后一句话:

这就是宇宙所有的复杂性、所有的多样性,都源于一些简单而毫无目的的法则的不断繁衍的结果。但是记住尽管这个过程力量无穷,但它却具有固有的不可预测性。即使我可以充满信心地告诉你未来精彩无比,但我仍然要负责任地告诉你,未来将会发生什么确是不为人知的。

刷三观,原来人类活在在一个混沌和有序可以并存的世界,进化筛选出了世界现在的复杂性。深深感到这种机制的存在是在阻止人类这种自以为是的程序推算出一个绝对正确的预测系统,仿佛一个大阴谋——混沌的存在是为了控制。

男朋友之前跟我讲一个有关人工智能的研究:如果人工智能的程序设定是最终要完成某个任务,那么它可能会自我生成一套机制来抵抗“被关机”(类比之下人就不会,人会觉得工作重要,也会觉得休息重要)——所以解决办法可能是给程序一个尽量模糊的目标,让它自己产生混淆(如果设置工作和休息同等重要会影响为人类设定的目的服务)。

——所以人是不是也是某种“人工智能”,进化的过程就像计算机程序通过自我学习能力实现不可预期的演变,造物主可能为了防止它设计的程序失控,所以加入了一点混沌?

 6 ) 关于那个电脑模拟的双足体

  找到了他们02年发的paper[1], 简单浏览了下,原来用的是Neural Network,模型用的是MathEngine Fast Dynamics Toolkit.要不是简单了解下原理还真感觉片子里说的那么挺玄乎呢.
  
  方法是在MathEngine Tookit中创建了一个二足体,定义了11个body和13个junction.最后用Neural Network.那个Toolkit中本身有物理模型,所以,他们只用NN做参数优化就可以了.
  
  The parameters to be optimized are weights, time constants and biases.
  
  目标函数有两部分:
  1) 行走结束点和起始点距离最大(走的远);
  2) 不降低重心高度(走的稳);
  
  其实就是一个最优化问题了.
  
  Ref:
  [1] Torsten Reil, Phil Husbands, Evolution of Central Pattern Generators for Bipedal Walking in a Real-Time Physics Environment,IEEE Transactions on Evolutionary Computation - TEC , vol. 6, no. 2, pp. 159-168, 2002

 短评

打通左右脑

5分钟前
  • WXWXWXWXWXWXWX
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把宇宙看做是一个巨大的模拟器,只需设定初始条件,然后就让它自然而然地发展,这会是一个充满神奇和美丽的过程。宇宙的所有复杂性极其无尽魅力,都来源于毋庸思索的简单规则的不断重复,尽管这个过程十分强大,却依然是不可预知的,未来是令人惊叹的,它有无限可能。

7分钟前
  • 狷介有乌青
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光頭佬好型物理學家好帥

12分钟前
  • Wings공주
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猜想:混沌系统中涌现出模式的本质原因,是少数精锐的自由意志在群体中获得优势地位,并参与系统自反馈的结果。

14分钟前
  • 力总
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看懂三分之一吧,依然很震撼,一个简单的规则可以创造无限复杂的现象和可能性。最后计算机模拟的进化程序太科幻了,依稀奏响了邪恶AI诞生的前奏:)很羡慕能完全搞懂这些的理科生,宇宙在他们面前一定是一种非同寻常的美。

19分钟前
  • 狂笑连连
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混沌理论是开盲盒一样的不确定惊喜;每个人进化到现在都有充分又随机的理由;“无论如何都不需要一个创造者”;珍惜生命中的bug,它们可能让混沌在有序中发生,从而逆转/翻天覆地;宇宙给出的惊喜太多了——既没有宿命论,也没有严格的、可预知的因果论。

21分钟前
  • 👹綠大壯🪩
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很大程度上是个反神创论的片子

24分钟前
  • 宇宙真理猪大肠
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深入浅出,BBC科普妙品。阿兰图灵真是杯具旷世之才,乔布斯的苹果典故。再一次欣赏上帝的指纹,震撼依旧。PS:BBC和CCAV10的差距深刻的反映了某些问题,娱乐至死,愚民致死。

28分钟前
  • Bengo
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啊看完这个治好了我的各种强迫症卧槽如果没有BBC这个世界不会好了!

32分钟前
  • unc1eE
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与哈耶克的“自发秩序”概念似可相互佐证。

35分钟前
  • 柏林苍穹下
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闻道

37分钟前
  • Yao Unchained
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self-organized的机器人,太可怕了

39分钟前
  • 骑士的蒙太奇
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似乎可以讲得再深入一点

40分钟前
  • 路米內
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原来世界就是Z≒Z²+C

43分钟前
  • 罗小朱
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骇客帝国科普版。你好程序员!8.8分

45分钟前
  • 巴喆
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目前为止这是我看过的对混沌理论最深入浅出的介绍,恨不得推荐给每一个仍渴望以科学的方式理解这个世界的人。

46分钟前
  • 子东文
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电脑小人那个实验太可怕了…额地神~

47分钟前
  • 清流~Nocturn
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轻松解开了我一个思考很久的问题

50分钟前
  • 厚积薄发法立德
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看到曼徳勃罗集,真惊叹

55分钟前
  • Vivian
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神奇!!

59分钟前
  • purr
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