关于混沌态与反混沌态的思考，本文主要内容关键词为：混沌论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
本世纪七十年代以来，混沌问题一直是科学前沿的一大热点。本文由各种类型的混沌现象出发，试探讨混沌态的一般含义、性质和特点，并由此导出一类同样在自然、社会运动中广泛存在的与混沌态相对应的状态——反混沌态。混沌态是介于有序态与无序态之间的一种运动状态，同样，反混沌态则是介于有序态与无序态之间的另一种运动状态。虽然混沌态与反混沌态是两种不同的运动状态，其表现形态截然不同，但有趣的是，它们的性质却有相似之处，且均为在从有序到无序的过程中发生。
1 混沌态
人们在研究关于有序与无序的状态变化过程中，起初，所感兴趣的是从无序状态到有序状态的变化机理。耗散结构理论、协同学等都对此作了各种解释。然而在自然界中还存在着从有序状态中产生出混乱，产生出无规运动的相反现象。混乱现象或无规则运动，据其产生的原因可以分为两种情况，一种是由于随机性或原则上不能预料的原因引起的，如布朗运动，地基震动，气温变化，电压涨落等。另一种则来源于可以完全判定的原因，用哈肯的说法是“来源于决定论性方程”。[1,2]混沌，就是用以描述这第二种混乱现象或无规运动的科学术语。
本世纪以来，多种多样的混沌现象在物理学、生物学、生态学、天文学、化学等自然科学领域中相继发现。比如在流体力学中，当两个同心圆筒互相旋转时，就会出现完全不规则的运动。再如，在拧开自来水龙头时，开始水呈直线往下，当逐渐开大时，水流突然地变成散开的旋流状态。在社会科学领域也存在各种各样的混沌现象，比如由某一政治事件引发的社会动荡；由某一经济事件引发的股市振荡等。而对混沌的解释同样也丰富多采，如：是指来源于决定论性方程的无规运动；是指确定性系统的内在随机性；是指不具备周期性和其他明显对称特征的有序态；是随机过程中的决定性状态；是复杂无规律行为和内在决定机制的统一；是既有决定性又有随机性的二重状态；是宏观上无序无律，微观上有序有律的状态；一方面混沌是决定论中产生出的随机性，另一方面混沌是从随机性中孕育着决定性；等等。[8-10]
考察对混沌现象的种种解释，可以发现这些解释都是从两种相反情况的结合来说明混沌。如决定论性方程和无规运动；确定性系统和内在随机性；无周期性、对称特征和有序态；随机性和决定性状态；复杂无规律行为和内在决定机制等。这两种情况一种可归为有序；如决定论性方程、决定性状态、内在决定机制、确定性系统等；另一种可归为无序，如无规运动、无周期性、无对称特征、随机性、复杂无规律行为等。即混沌是一种有序和无序。存的状态。那么有序和无序是如何并存的呢？考察各种类型的混沌现象可以发现这种并存有如下三种情况：
①人表现形式上看是无序的、随机的、混乱的、复杂的，但从内在的较深的层次上看，则是有序的。比如野生动物种群的涨落，从表现形式上看是无序的、随机的，但从较深的层次上观察，则有其潜在的规律；再如社会动荡，从表面上看，混乱无序，但从深层次上看，可以归结出其深刻的政治、经济、社会原因。
②从局部上看是无序的、随机的、混乱的，但从总体上看则是有序的。比如股市，从局布看，有的股票猛涨，有的暴跌，有的忽涨忽跌，十分混乱，但从总体上看则或牛市，或熊市，有其内在规律。
③从短期上看是无序的、随机的、混乱的，但从长期上看则是有序的。比如，一个简单的迭代公式在一定参数条件下其迭代点列可呈现出复杂的无序行为。有时迭代公式中含有对称项X[2]，这种对称性最终将显露出来。
以上三类混沌行为有一个共同的特征：即现象、表层、形式上是无序的，而本质、深层、内容上是有序的。由此，我们可以给出混沌态的一种最一般的解释。所谓混沌态是指在表面上无论从哪个角度看，都是无规则的、随机的、无序的，但从深层次上看，则是有规则的、决定性的、有序的。
2 反沌混态
在自然和社会矛盾运动中，还存在一类与混沌态截然相反的状态。这种状态从表面上看，是规则的、有序的，但从深层次上看，则是混乱的、无序的。比如，河边的某山坡，从表面上看，似与其它山坡一样，无甚异常，但其内部则已有许多的裂缝，一点微小的涨落因素，就会导致滑坡、塌方。一篇论文从表面上看，可以有条有理，有引言，有结束语，有1、2、3、4节，但深入到文章的内容，却逻辑混乱，使人不知所云。一家工厂，从表面上看，似在正常运转，实则产品老化，失去市场，人心思动，出工不出力，濒于破产。一个政府，从表面上看，仍在维持，但实则已蕴藏着深刻的政治经济危机，一遇导火索，就爆发出大动荡。生物医学研究的结果表明，人体内的生物电流往往呈杂乱无章的混乱状态。以脑电图为例，健康人的脑电图表现出的脑电波是混乱的、驳杂的，毫无规律可循，完全象布朗运动中的一个个分子，在做无序运动。显然，健康人的体内生物电流属混沌态。然而恰恰相反的是在大脑有病时，脑电波反而表现出有序的波动，呈现出一种有序的周期运动，可见，病人的体内生物电流是一种与混沌相反的状态。有关心脏博动的情况也是如此，根据临床医生对心脏博动的长期观察发现，健康人心跳节率呈现出波动起伏的无序状态，即混沌态。而有心脏病的人的心脏的节率更为有序和有规律可循，与混沌态相反[11]。
同混沌态一样，这类状态也是一种有序和无序并存的状态。但其有序和无序的位置互换了。故可称这种状态为反混沌态。
由于引入了反混沌态，那么在自然和社会运动中就存在四种类型状态。即有序态、无序态、混沌态和反混沌态。它们分别由状态表面、深层的序特征所表征。有序态是指表面、深层均有序的状态；无序态是指表面、深层均无序的状态；混沌态是指表面无序、深层有序的状态；反混沌态是指表面有序、深层无序的状态。
反混沌态是事物运动发展过程中，系统近于临界状态，行将崩溃，突变现象产生之前的一种状态，由于其深层、其内部结构、其本质已经极端无序，于是只要一遇到某种扰动，就会在很短的时间内使看来似乎稳定的事物发生极快的变化，即发生突变，使事物转变为无序状态。
3 混沌态与反混沌态的同异点
混沌态和反混沌虽然是两种相反的状态，但它们的性质却有不少相似之处。
①临界点的弥散性
即表征运动状态质变的关节点是变动的。发散的，而不是固定的、唯一的。
②对初值的敏感性
即一点微小扰动，就会产生大变动。说明混沌态敏感性的比喻“蝴蝶效应”（南美州亚马孙河流域热带雨林中的一只蝴蝶扇了几下翅膀，就可能在两周后造成美国得克萨斯州的一场风暴）同样适合于反混沌态。
③变动的迅捷性
即在初值的作用下，极快地就产生动荡。
④变动的不确定性、难度量性
即在初值的作用下，产生何种动荡无法确定；而动荡发生后，依据目前手段几乎无法度量。
但混沌态和反混沌态毕竟是两种相反的状态，它们的性状必有不同之处。
①表现的方式不同
混沌态在表面上表现为混乱的运动状态；反混沌态则在表面上表现为通常的有序运动状态。
②引发的因素不同
混沌态为决定因素所引发。反混沌态则为不确定性因素所引发。比如，拧自来水龙头可以使水流呈混沌态，引发因素是唯一确定的；而当一座山坡的内部结构已经濒于瓦解，多种因素可导致其塌方，引发因素具有随机性。
③事物运动进程的阶段不同
混沌态是为某种因素或某个确定的原因所引发后的运动状态；反混沌态则是即将某个难于预料的因素所引发前的运动状态。比如，由某个确定的政治原因所引发了的社会动荡是混沌态；而已蕴藏着深刻的政治经济危机，各种原因均可造成动乱的社会现状是反混沌态。
④运动状态发展的方向不尽一致
一般说来，混沌态的发展方向是有序方向，其结果可能产生新的有序态；反混沌态的发展方向则是趋于无序，其结果可能导致无序态。比如，由某个确定的政治原因所引发了的社会动荡，当这个政治矛盾被解决后，社会又恢复稳定；而在已蕴藏着深刻的政治经济危机的社会中，一旦造成动乱就会使整个统治秩序全线瓦解。
4 混沌态与反混沌态的演化
耗散结构理论、协同学、超循环论等各种研究向人们提示了事物从无序到有序的演化过程和机制。那么当事物发展有序状态后，进一步再如何发展呢？目前一般的看法是或从有序到混沌再到新的有序，或从有序到无序这样两个发展方向。
然而，在从有序到无序的发展过程中，事实上存在一个反混沌阶段，即是从有序到反混沌再到无序，而不是直接从有序到无序。因而我们可以得出如下的事物运动状态发展规律：从无序态发，经内部协同作用和与外部交换物质、能量、信息的作用达到有序态；从有序态出发，则可能朝着三个方向发展，一是继续加强内部协同作用和与外部交换物质、能量、信息的作用，从而保持有序态；二是由于某种特定的初值或因素的影响，使之成为混沌态，三是由于内部协同作用和与外部交换物质、能量、信息的作用逐渐减弱，使之演化成反混沌态；混沌态由于其内部、深层、本质上是有序的，故一般再发展为新的有序态；而反混沌态一受到某些随机因素影响，总是变为无序态。这一事物状态的演化循环可以用框图表示如下。
