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费根鲍姆常数的定义及意义
费根鲍姆常数的存在反映了混沌演化过程中的有序性。 如何解释这个常数的重要性,举一个简单的例子。让我们从一个规律滴水的水龙头开始,它的节奏是重复的“滴-滴-滴-滴…”,每一滴都跟前面的完全一样。然后我们将水龙头转开一点,水滴就会落得比之前快一些,而节奏也就相应变成了“滴-答,滴-答…”,每两滴才重复一次,前后两滴不止是大小不同,就连时间间隔也有些细微的变化。如果我们让水滴流得再稍微快一点,就会得到四滴的节奏“滴-答-滴-答…”。再快一点的话,则会产生八滴的节奏“滴-答-滴-答-滴-答-滴-答…”。也就是说,不同形式的水滴数目一直加倍。
在数学模型中,这个过程会无限延续下去,节奏的周期会再变为十六滴、三十二滴、六十四滴等等。不过,想要产生周期加倍的现象,每次需要增加的水流速率却越来越小。而在某一个流速下,周期加倍的发生率会变成无限大,此时,每一滴水都不会出现重复的模式,这就是混沌现象。
这种产生混沌的情节,称为“周期倍增级联”(Period-doubling cascade),菲根鲍姆发现了一个可藉实验测量的特殊数字,它与每一个周期倍增级联都有关系,这个数字的值大约是4.6692,称为菲根鲍姆常数δ,它的地位与π平起平坐,两者在数学以及数学与自然的关系中,似乎都有非比寻常的重大意义
物理公式中的常数,是否某种意义上是由于这个公式尚不完备而出现的
应该是说的系数吧?
其实,物理公式都有系数,因此,与是否完备无关。
许多的物理规律都是比例关系,比如欧姆定律、焦耳定律等,其数学表达式肯定有系数,比如欧姆定律I=U/R,其系数为1。这样,公式就很简洁。至于为什么是1,上学时的物理老师曾打过一个比方,至今印象深刻。老师举例说,一斤桔子的价格是0.5元,则x斤桔子的价格y=0.5x,系数就是0.5。如果将桔子按公斤(kg)计量,则x公斤桔子的价格y=x,系数就变成了1,就简洁多了。然后,告诉大家,欧姆定律就是这样,通过合理选择各物理量的单位,电压U用伏特(V),电阻R用欧姆(Ω),电流I用安培(A),欧姆定律的数学表达式就是I=U/R,系数正好是1,同时,也加深了大家对使用该公式时,必须统一单位的认识。
上面还谈到焦耳定律,有人可能还有印象,过去的数学表达式是Q=0.24I²Rt,系数是0.24。其中,电流单位是A,电阻单位是Ω,时间单位是s,电热单位是cal。而现在的数学表达式是Q=I²Rt,只是将电热的单位换成J。