繼相對論、量子論之後，它的出現，給牛頓又來了致命一刀
我害怕
想回家
西方世界裡流傳著這樣一首民謠：釘子缺，蹄鐵卸；蹄鐵卸，戰馬蹶；戰馬蹶，騎士絕；騎士絕，戰事折；戰事折，國家滅。
剛開始，超模君只是單純地覺得這首民謠挺押韻的，但是唱著唱著才發現，它原來在講述著一件這麼可怕的事情。
弄丟一個釘子，就可能壞了一隻蹄鐵；壞了一隻蹄鐵，就可能折了一匹戰馬；折了一匹戰馬，就可能傷了一位騎士；傷了一位騎士，就可能輸了一場戰鬥，輸了一場戰爭；就可能亡了一個帝國。
馬蹄鐵上一個釘子是否會丟失，本是初始條件的十分微小的變化，但其「長期」效應卻是一個帝國存與亡的根本差別。
這跟混沌理論主導的思想，其實是一樣的。
混沌理論認為在混沌系統中，初始條件十分微小的變化，經過不斷放大，對其未來狀態會造成極其巨大的差別。
其實「混沌」一詞，最早指的是宇宙未形成之前的混亂狀態。
/此混沌非彼餛飩/
在希臘神話中，混沌(Chaos)是孕育世界的神明。古希臘哲學家也一致認為，宇宙是從最初的混沌，逐漸變成現在有條不紊的模樣的。
然而我們不得不承認，在我們的直覺里，自然界確實是挺「混亂」的。
它總是充滿了各種奇怪的形態和紋理，而且毫無規律可循。在自然界里，我們甚至幾乎找不到兩樣東西是完全重複的。
/著名的哲學家萊布尼茨說過：
「世界上沒有兩片完全相同的樹葉。」/
但是，這樣的直覺真的就是對的嗎？
有人就認為，在這些混亂的背後，其實隱藏著一些數學規則，而這些數學規則，是可以通過計算得出的。
那這個人是誰呢？他就是英國著名的數學家和邏輯學家阿蘭·麥席森·圖靈（Alan Mathison Turing）
。
阿蘭圖靈憑藉著擁有過人的才華和聰明的小腦袋，在二戰期間為國家的解密工作作出了巨大的貢獻。
然而比起德軍的情報密碼，圖靈覺得，自然界的密碼才是最值得人類去破解的終極密碼。（這麼聰明的小腦袋瓜子研究情報密碼確實有點浪費了）
而在所有的自然之謎中，圖靈最想破解的，就是如何用數學方程式來描述人類的智能。但是他迷上這種想法，其實是有原因的，那就是克里斯托弗·馬爾孔的死。
/《模仿遊戲》中年輕的圖靈和馬爾孔/
很多人都知道，圖靈是一名同性戀。而當時英國政府對同性戀的偏見，跟當年美國白人對黑人的偏見是有過之而無不及的。
想想在這樣的背景下，圖靈能找到自己的靈魂伴侶是一件多麼不容易的事情。而這個人，正是克里斯托弗·馬爾孔。
所以可想而知，馬爾孔的死給圖靈帶來的情感衝擊該有多大。
在得知了馬爾孔的死訊之後，圖靈開始化悲痛為力量，他想要向外界證明自己的感情其實是可以用科學來解釋的，他想要消除掉這個世界對同性戀的偏見。
他開始相信，數學方程式是可以解釋生物界的複雜系統的，包括人類智能。他甚至認為，胚胎髮育的神秘過程，也是可以用簡單的數學描述來解釋的。
為什麼明明最開始都是一樣的細胞，最後會變得不一樣呢？有的變成了眼睛、有的變成了嘴巴，而有的則變成了內臟。
圖靈就把這種過程，解釋為形態發生（morphogenesis）。
後來人們發現，形態發生其實是解釋自組織現象最早的例子，在圖靈之前，幾乎沒有人懂得自組織現象的機理。
自組織現象是指自然界中自發形成的宏觀有序現象，在自然界中這種現象是大量存在的。
1952年，圖靈發表了一篇叫《形態發生的化學基礎》論文。在這篇論文里，圖靈首次給出了形態發生的數學解釋。
他用了一個在天文學和原子物理學中都很常見的數學方程式來描述生命過程。
這樣的做法可以說是前無古人的。他的方程式，第一次做到了描述生物系統自我組織的過程。
而圖靈的成果中，最令人大吃一驚的地方是：
我們可以通過設定非常非常簡單，簡單到僅僅可以通過簡單的方程式就能描述的初始狀態，然後讓它進行演變。突然間，複雜和混亂就會出現。而產生的複雜圖案，就像是自然界的結果。
事實上，圖靈方程式所描述的都是我們相當熟悉的事物，只是從來沒有人將這些數學方程式應用到生物學的領域罷了。
我們可以想像一下沙漠上吹過一陣風，然後留下了各種各樣的神奇的形狀。這些小顆粒們自我組織之後，形成了好看的波紋、浪花、沙丘，而我們常常把這些景象，稱為「大自然的傑作」。
/大自然的傑作/
即使這些小顆粒本身幾乎完全相同，但是並沒有人告訴它們，要怎麼去組成或者形成一個新的東西。圖靈就認為：細胞也是這樣的。
雖然剛開始的細胞可能都是一樣的，但是那些滲過胚胎的化學物質就好比沙漠上的那場風，引導了細胞進行自我組織，導致有的細胞變成了眼睛，有的則變成了嘴巴。
在形態發生的研究過程中，圖靈用自己的方程式，自發地形成了一種與動物皮膚十分相似的圖案。
/圖靈的草稿和生成的圖案/
圖靈非常高興，拿著自己生成的圖形到處問別人：「你覺不覺得這很像奶牛身上的斑紋？」而大部分人對此的反應都是："這個人是不是腦子有病？！」
其實圖靈很清楚自己在做什麼，也非常相信自己做的東西是有意義的。（哼！你才有病！）
他相信這些圖案確實就是奶牛身上的花紋，也相信這個過程確實就是奶牛產生花紋的原因之一。
圖靈的研究突然讓我們意識到，原來數學在生物界，也可以有用武之地。
雖然圖靈提出的方程式並不是形態發生理論的全部（我們現在知道的形態發生，遠比圖靈方程式所描述的複雜得多了），但不可否認的是，它們的確是這個領域裡數學研究的先驅。
在後來的大量生物學研究中，科學家們發現，圖靈的許多方程式，確實能夠解釋生物體的一些形態。從這一點來看，圖靈的確是捕捉到了複雜與混亂源於簡單規則的法則。
雖然在現在看來，圖靈的發現是真的很偉大，然而在那個時代的科學界，這樣的發現卻十分不受待見。
主流的科學家一點都不喜歡圖靈的觀點，他們一致認為他的發現是顛覆科學的。（我們睜大雙眼看他們最後是怎麼被打臉的）
在20世紀初，科學家們一直把宇宙看作是一個巨大而複雜的機械裝置，嚴格地遵守著數學規則。
根據這個，他們提出了「鐘錶機械宇宙」的觀點。而這個觀點，最開始實現於牛頓的萬有引力。
/又是我，艾薩克·牛頓/
但是在這個觀點裡，我們發現了一個很可怕的後果。就是一旦這個用數學方程式精確描述的系統有一天崩潰了，我們就只能認為，肯定是某種惡意外力所致而不是系統自身的問題。
那從這個觀點來看，自組織現象顯然就是一種很荒謬的存在了。而圖靈所表達的，複雜圖案可以從系統中自我生成，顯然就違背了當時主流科學的觀點。
20世紀下半業，科學家們的噩夢終於出現了。這個噩夢不僅打臉牛頓思想，還讓科學家們慢慢開始接受自組織的觀點，科學界瞬間陷入了一片混沌。
而十分諷刺的是，讓科學家們接受這種觀點的，正是一種叫混沌現象的發現。（就問你尷尬不尷尬）
有人對混沌存在著這樣的誤解，他們認為混沌就是一切事物都是非常複雜的，搞不清楚的。但是實際上，混沌不應該是這樣理解的。
科學界里的混沌指的是，在一個能被數學方程式精確描述的系統中，即使所有的一切都是確定的，也會自發的產生不可預測的現象，而且不需要任何外界的干擾。
雖然這種現象在主流科學圈裡就像過街老鼠一樣不受歡迎，但是有一個人就是要強迫科學界接受這個理論。（快說，你是不是圖靈派來的救兵）
這個人，就是美國著名的數學與氣象學家愛德華·諾頓·洛倫茲（Edward Norton Lorenz）
/愛德華·諾頓·洛倫茲（Edward Norton Lorenz）/
20世紀60年代早期，洛倫茲試圖找到一些可以預測天氣變化的數學模型。
跟很多同事一樣，當時的他也相信天氣系統在原理上跟我們的星象儀是差不多的，都是可以用數學描述和預測的物理系統，但是他錯了。
洛倫茲用一些非常簡單的數學方程式來描述氣流運動，然而所得的結果卻與實際大相徑庭，它們並沒有做出任何有價值的預測。
那有人就會問，像星象儀一樣按照鐘錶工作原理來工作的精準系統，怎麼會產生不可預測性呢？
其實，所以一切都要取決於系統的內部構造。
只要在最開始的時候，這個儀器有一點點的誤差，哪怕這個誤差小到難以測量，這個誤差都會隨著機械的運轉而不斷被放大。隨著系統的一步步運作，結果就會離原來的設想越來越遠。（害怕）
洛倫茲在一次演講中，就提到了這個顛覆性的想法。他在演講中問了這樣一個問題：「一隻在巴西的蝴蝶，輕輕扇動了一下翅膀，會讓德州颳起一場龍捲風嗎？」
很快，一個新的辭彙「蝴蝶效應」誕生了。
蝴蝶效應（The
Butterfly
Effect）是指在一個動力系統中，初始條件下微小的變化能帶動整個系統的長期的巨大的連鎖反應。這是一種混沌現象。任何事物發展均存在定數與變數，事物在發展過程中其發展軌跡有規律可循，同時也存在不可測的「變數」，往往還會適得其反，一個微小的變化能影響事物的發展，說明事物的發展具有複雜性。
而幾乎是與此同時，「蝴蝶效應」也成了混沌系統的標誌。
70年代初，一個叫羅伯特·梅的澳洲年輕人，想通過一個數學方程式來模擬生物種群數量隨時間的變化。但是他萬萬沒想到，這個過程中也隱藏著可怕的蝴蝶效應。（不是吧~）
無論對於哪種生物來說，一旦繁殖率發生變動，即使變動非常小，就會導致這個種群數量上的巨大變化，而且這個數值還可能會毫無徵兆地上下起伏。
所以，用傳統的數學方法來預測系統變化的這種做法，根本就沒有出路。換句話說，這也是信仰牛頓學說的人美夢的終結。
那個認為宇宙就是鐘錶裝置的觀點，最終還是被證明出來是錯的，「宇宙運行是可以精確描述」的這種想法也變成了幻影。
而那些看上去很有邏輯的確定性的事情，也瞬間變成了信仰，因為很快我們就發現，其實混沌無處不在。（再見了我的朋友）
比如，全球氣候可能會在短短的幾年間發生巨劇烈變動，股票市場可能會毫無徵兆地突然崩盤，我們可能會在一夜之間從地球上滅絕……
雖然真的很可怕，但是很抱歉，這些都是極有可能會發生的。
沒有辦法，誰讓混沌原理是基本物理定律的一部分呢，我們只能接受它，因為這就是生活。
本文系網易新聞·網易號「各有態度」特色內容
部分資料來源於BBC紀錄片《神秘的混沌理論》
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