双摆混沌与有序,能否用分形图加以区分?
视频内容简介:
不是所有双摆都会乱套(混沌)。两个双摆开始几乎一样,但一点点起始不同,时间久了轨迹就完全不同步——这就叫混沌,对开始状态太敏感,几乎无法预测。
但你可能不知道:有些双摆,起始点虽有小差异,却能一直同步运动,画出漂亮、规律的“8”字结图案,这和杂乱混沌鲜明对比。
为什么会这样?它们都遵循相同物理定律。关键是起始位置不同!把所有起始位置对应的轨迹规律程度画成图,会得到无比精细的分形图。
单个双摆看:混沌摆的运动毫无规律;规律摆则画出特定曲线(如李萨如曲线),甚至能变成声音:规律摆是固定节拍,混沌摆是噪音。想象一个“摆阵”:横竖坐标代表上下摆杆的角度,颜色代表稳定性。混沌区域(白)对开始状态极敏感;黑色区域则代表极其稳定的运动,如“8”字结和更精细的“鞋带”轨迹。混沌海洋里还有稳定的“有序小岛”。
是不是能量高低决定混沌?一般低能量摆稳定(黑区),高能量易混沌(白区),但超高能量又模糊。规律依然存在:即使从有初速开始,也能找到“有序岛”。
混沌定义其实很多样(如没规律、难预测、轨迹迅速分离)。双摆的方程通常无解析解。但这混乱又孕育着秩序的瑰宝,这正是混沌最奇妙的地方。
本视频翻译自:
https://www.youtube.com/watch?v=dtjb2OhEQcU
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