托姆与突变理论

托姆与突变理论


发布日期: 2016-10-24 更新日期: 2016-11-09 编辑:xuzhiping 浏览次数: 4908

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摘要: 每年自然灾害造成的损失高达数十亿美元,如果有个数学理论可以协助解释、预测、甚至避免这些重大事件,一定可以大大减缓我们的恐惧,降低损失。事实上,大约30年前就已经发展出了这种理论,但是很不幸,它辜负了人们对它的期待。1970、1980年代,所谓的“突变理论”经历...

每年自然灾害造成的损失高达数十亿美元,如果有个数学理论可以协助解释、预测、甚至避免这些重大事件,一定可以大大减缓我们的恐惧,降低损失。事实上,大约30年前就已经发展出了这种理论,但是很不幸,它辜负了人们对它的期待。1970、1980年代,所谓的“突变理论”经历了短暂的一生,迅速地崛起、出名,然后销声匿迹。虽然如此,这个理论仍然值得我们认真看待。突变理论不仅能解释传统的自然灾难,也可说明即使基本参数缓慢改变,自然界中又会如何产生突发的变化。

事实上,日常生活中就可以观察到与突变理论相关的现象。以厨房中正在煤气灶上慢慢加热的茶壶为例,水中的气泡会逐渐增多,然后突然(刚好在100摄氏度时发生了完全不同的事)开始沸腾,水变成水蒸气,亦即水开始气化——物理状态突变。

突变理论的另一个应用领域是结构的稳定性,例如当桥梁承受的重量愈重,变形的程度就愈严重。这种变化通常难以察觉,但到了一个关键点时,灾难就发生了——桥梁坍塌。决定这些和其他灾难的变量非常少,多数情况下,这些所谓控制变量的变化并不会造成可见的反应。但只要其中一项变动稍微超过了关键点,灾难就会发生,这就是所谓压垮骆驼的最后一根稻草。

突变理论是法国科学家托姆提出的,他逝于2002年10月25日。1923年,托姆出生于法国东部的蒙彼利埃,第二次世 界大战爆发后,先与哥哥同住在瑞士,几年后回到法国。他在1943年至1946年间就读巴黎的高等师范学校,那是所专收顶尖学生的精英学校。当时托姆还不是数学家,考了两次入学考试才进入该校。但不久托姆就写出了杰出的博士论文,在1958年获得数学家的最高荣誉菲尔兹奖。

几年后,托姆成功地证明了一个令人惊讶的定理。他尝试对“不连续性”进行分类,并且发现不连续性中的间断可以区分为7类。这项惊人发现显示,所有自然现象都可以被简化为少数几种情境。

托姆将不连续性称为“突变”。如同所有公关专家都知道的,名字代表一切。自此之后,突变理论变得脍炙人口,但很不幸的是,托姆的理论有时落入错误的人手里。他探讨这项问题的主要著作(虽然一般人可能看不懂)成了畅销书,但很多人买来只是为了放在书架上,其实一个字都没有读。

其他学科的数学家也注意到了托姆的研究;坦白说,托姆自己也觉得他的研究成果应该被运用在物理学以外的学科。但当社会科学家与其他“软”科学的代表人物(他们通常不做定量研究) 开始对托姆的新理论感兴趣时,事情就变得无可救药了。

突变理论的尊严就此荡然无存。突然间,人们在每个角落都觉得发现了托姆的突变。心理学家把狂躁病人突然爆发的愤怒诊断为突变,语言学家在语音演变中找到了突变,行为科学家在狗类的攻击行为中看到了突变,金融分析师在崩盘的股市中侦测出了突变,社会学家将监狱暴动解读为托姆的突变,历史学家则认为革命应该归于这类突变,运输工程师相信交通阻塞也可以说是突变,甚至连达利的一幅画也受到突变理论的启发。

刚开始数学家很高兴看到他们的学科受到其他领域专家的瞩目,但结果并不美好。专家(或自认为专家的人)相信他们可以准确预测这种不连续性的时间。他们以为有办法发展出预言下次股市崩盘准确时刻或内战爆发时间的能力,那只是时间早晚的问题。但事情的演变超乎预期。1978年,数学家聚斯曼和萨勒在哲学期刊《综合》上发表了一篇毁灭性的批评,抨击那些把突变理论运用到社会与生物现象的错误尝试。他们指出,数学理论只有存在于物理学及工程学领域的权利。

然后,有一天,突变理论消失了,在学术文献中都找不到了,就像它探讨的突变一样突然无影无踪。这个理论要是不那么受欢迎就好了,当初它真的应该遵守犹太密传学派卡巴拉的教诲。卡巴拉是一个神秘的学派,其教义只传给成年的男性,所以过度热心的门外汉根本没法胡作非为。这种做法也会有益于突变理论吧!

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