非线性物理学

维基百科,自由的百科全书
跳到导航 跳到搜索

非线性物理学(英语:nonlinear physics)是研究各种非线性物理现象的学科。包含了物理內的各領域。

簡介與歷史[编辑]

所谓线性,从数学上来讲,是指方程的解满足线性叠加原理。即方程任意两个解的线性叠加仍然是方程的一个解。线性意味着系统的简单性;但自然现象就其本质来说,都是复杂的、非线性的。所幸的是,自然界中的许多现象都可以在一定程度上近似为线性。传统的物理学和自然科学就是为各种现象建立线性模型,并取得了巨大的成功。但随着人类对自然界中各种复杂现象的深入研究,越来越多的非线性现象开始进入人类的视野。

近二十年国内、外这方面的研究十分活跃、数、理、生、化各类期刊上大量报道了有关结果。特别是混沌学的创立,被研究者誉为继相对论量子力学之后的本世纪第三次科学革命[來源請求],相对论证实了物质运动速度的极限,量子力学指出测量能力的极限,而混沌学则揭示了计算能力的极限;即任何物体的运动速度不能超过光速,任何测量不能同时确定一对共轭变量,任何计算机不能计算混沌轨道的长期演化。由于上述规则和混沌运动普遍存在于各种非线性系统中, 非线性物理学将处于21世纪物理学和非线性科学的前沿。

主要内容[编辑]

目前非线性物理学中研究得最为广泛的领域主要有以下方面:

  • 孤立子英语:Soliton):孤立子(或孤立波)是一种非线性效应,它能够保持其速度形状长时间传播。孤立子理论在光纤通信蛋白质DNA作用机理,以及弦论中都有重要应用。
  • 混沌理论英语:Chaos theory):混沌是一种源自于(非线性的)决定性规律的无序状态。混沌的最大特点是具有高度初值敏感性,无论多么微小的微扰,在足够长的时间后都会使系统彻底的偏离原来的状态。大气就是典型的混沌系统,因而长期天气预报是不可能的。
  • 分形英语:Fractal):分形的突出特征是自相似性。在晶体生长及DNA复制过程中,人们都会遇到分形生长。
  • 模式形成英语:Pattern formation
  • 细胞自动机英语:Cellular automata
  • 复杂系统英语:Complex system
  • 耗散结构英语:Dissipative system
  • 自组织英语:Self-organization

重要学科[编辑]

目前发展起来的非线性物理学科包括: