耦合与随机性的诞生

耦合振子还能说明带有哲学性质的更一般的问题。系统的外界驱动可以是周期过程,也可以是单纯的有规律的“采样”过程。采样通常是周期采样, 如频闪采样、庞加莱截面采样等等。下面将介绍一种不等距采样——幂函数采样,由这种采样过程也可以引出新现象,本质上这也是内、外耦合的结果。

必然性寓于偶然性之中并通过偶然性表现出来,但两个或多个必然性的过程相遇时,可以造就偶然性。正如普列汉诺夫(G.V. Plekh-anov)所说: “偶然性是一种相对性的东西。它只会在各个必然过程的交叉点上出现。”

设系统本身是一个简谐振子,作余弦振荡,运动方程为 x=cost.采样过

程为 tn=2nto,即开始时采样间隔很小,越来越大,而且以极大的速度增大。这两种事件结合起来(耦合起来)就会出现新事物。耦合的结果是得到

一个采样序列{x n }={x o , x 1, c 2 , c3 ,Λ , x n ,Λ }. 我们想知道此序列的特性。

两者结合起来满足的方程为 xn=cos(2nto),它相当于

xn = cos(tn )

 =2n t ,

序列{x n} 的元素必然是大于等于—1、小于等于 1 的实数,因为| coost|≤1.前几项为:

xo=costo,

x1=cos(2to), x2=cos(4to),

x3=cos(8to)⋯.

由图 5—10 可见,不论对于什么样的初始条件 to,采样的结果都十分难把握,虽然只要给定 n 我们就可以确定性地写出这一项是什么。对于任意的to,迭代都几乎确定地遍历相空间[—1,1]。

这就是确定性过程生成随机性过程的一个例子。本质上浑沌就是确定性的随机性。