混沌摆是什么?看过钢铁侠二的人一定对这个摆件留有印象,
他由一个普通的支架和两根长短不同的铁杆构成,
铁杆之间相互连接,
却又各自摆动着,
显得自由随意,
那么这个一度让钢铁侠有点烦躁的神奇摆件究竟是什么呢?它的名字叫做swing stick,
是混沌摆的一种,
在我国古代常用混沌来形容开天辟地之前,
宇宙模糊一团的状态,
而在科学领域中,
它也特指一种独特的运动状态,
即确定性动力学系统因为出之敏感而表现出的不可预测的类似随机的运动,
这个定义听起来有些复杂,
于是乎混沌摆应用而生,
以帮助人类更好的研究混沌系统的运动规律,
其中最为简单的混沌版模型是双百动力系统,
双摆,
顾名思义就是把两个摆机连接在一起的摆动装置,
国外曾有人做过一个夜光双摆实验,
可以让大家更为直观的感受到双摆的运动过程,
首先将背景板涂满感光颜料,
然后在摆杆末端安装一个小灯泡,
如此一来,
只需要在黑暗环境中触发双摆系统,
便可以观察到摆杆的运动轨迹了,
随着金属杆的来回摇摆,
绿色痕迹逐渐遍布整个背景板,
仿佛一位潇洒的画家在肆意挥墨,
只是这位画家的画笔不过是从一节变成两节而已,
为什么会和其他的摆动系统差距如此之大呢?单摆是最为常见的摆动系统,
不论是钟表店里一直晃动的大摆钟,
还是小铁球来回碰撞的牛顿摆又或者高低不同曲线优美的蛇摆,
归根结底,
都是由一个个小的单摆组合而成,
但是一旦加入了其他白剂,
情况就变得复杂起来,
因为每一个摆在自身运动的同时,
也影响着其他摆的运动综合起来,
整个系统就会变得混沌无序、变幻莫测,
而除了运动起来毫无规律之外,
混沌摆还有另外一个有趣的特点,
它对初值异常的敏感,
甚至人手操作的误差也会导致无法实现两次完全相同的摆动,
也就是说输入端微小的差别能够迅速放大到输出端,
变成压倒一切的差别,
这种现象被称为对初始条件的敏感性,
大家熟知的蝴蝶效应便是如此,
小小的风吹草动就可能带来难以想象的巨大灾难,
最后回到混沌摆装置本身,
人类当然按耐不住各种奇思妙想,
不仅制作了三百系统,
四百系统,
更是在此基础上进行了有趣的改进,
比如用金属圆盘代替金属杆将固定点移至摆杆的中间位置,
两端再分别连接一个摆杆,
利用随机无序的运动轨迹制作艺术作品等等,
而除了这些真实的挑战和尝试,
还有人提出了一些疯狂的想法,
游乐园的海盗船似乎还不够刺激,
可不可以研发出类似于混沌版的娱乐设施呢?,