【系控论】复杂性科学、混沌控制、蝴蝶效应与蝴蝶技术相关概论

复杂系统,是指一类具有庞大性、混沌性、非线性等复杂属性的系统。复杂系统在自然界和人类社会中广泛存在,并发挥着重要的作用。气像、生态、经济系统等都是常见的复杂系统。对复杂系统的控制应用,无疑是极具意义的课题。

复杂系统拥有的复杂属性,使其难以通过常规途径实现有效控制。这不仅是由于复杂系统组成元素众多、元素互相作用关系密切(庞大性),常规控制途径需要不切实际的分析和干预能力;更为重要的是,复杂系统的发展不定向且不稳定(非线性和混沌性),微小的初始条件差异,或轻微扰动,都会经由连锁反应,随时间产生巨大的影响,使系统的发展偏离预测和操纵,也就是为人所熟知的蝴蝶效应。

早期复杂性科学与混沌科学,对复杂系统进行了研究,发现复杂系统并非毫无规律可循。包括现代计算机之父约翰·冯·诺依曼在内的科学家,提出利用复杂系统中的一些固有特性,例如一种被称为吸引子的特殊性质,可以为控制复杂系统提供机会。

利用相关思想,格里博格、迪特等人建立的早期混沌控制学,对复杂系统的控制做出了初步探索。早期混沌控制技术,以人为扰动或反馈控制等方式,降低混沌性,也就是蝴蝶效应的强度,或是将混沌性的不稳定影响,局限在一定范围内。著名苏联全国自动化系统工程,就被认为部分运用了早期混沌控制学技术思想。但是,这些技术均各自具有较大的局限性,或依赖较全面的观测分析,或依赖强大的干预系统,且往往只适用于特定且复杂性有限的系统,并不能很好地运用于实际目地。

(上述都是现实存在的)

(以下开始是科幻内容)
随着复杂性科学的发展,科学家运用人工智能神经网络、深度学习等工具,进一步对复杂系统的内在规律与特点,特别是规律之间的相互关联进行更深入的研究,并发现在复杂系统的特殊趋势作用关系网络中,沿着某些特定路径,可以分离出相对稳定的连锁反应链条。

在此基础上,有科学家开创性地提出,可以充分利用这种产生稳定链条的路径,在不稳定的复杂大系统中,人为建立相对稳定的小系统,并利用小系统中可控的连锁反应,将干预效应传递给大系统,或是将大系统的状态,反向映射在小系统的关键因素中以便于观测,实现对复杂系统发展的操纵与预测,甚至进而使其趋向预期方向发展,或是趋于简单和稳定。

换言之,这种方法在复杂系统中,嵌入了一种人工可控的的连锁反应,或是说“逆向蝴蝶效应”,像杠杆一样,随时间放大与强化控制效应,抵消了复杂系统本身蝴蝶效应产生的不稳定性,从而实现对复杂系统的控制。这种方法就被称为“向导方法”,而其整体应用技术,常被称为“复杂系统控制逆向蝴蝶效应技术”,简称蝴蝶技术

相比理论方面,复杂系统控制技术的应用则可能更加曲折,将伴随着长时间的技术经验积累和优化。综合而言,将可能分为数个代系:

第0代,通称电池升级;主要是相关技术基础能力,特别是相对充足的算力和能源资源,达到了一定高度,为复杂系统控制技术的应用发展铺平了道路,相关的早期应用探索开始,控制尺度在米级及以上。代表包括可控聚变及其衍生的高性能电磁铁,以及高能电池、无线输电、高性能量子计算机与测量设备等,包括衍生的实用化电磁动能武器和早期定向能武器。

第1代,通称光效-暴力升级;主要是环境-系统观测干预手段的成熟和丰富,开始出现以不计成本的方式,暴力抹平复杂系统不稳定性,实现复杂系统控制的尝试,即克里塞控制理论,控制尺度在毫米级左右。代表是空气等离子发生及约束控制、空气光纤、颗粒悬浮等,包括民用方面衍生的等离子透镜全息,军用方面衍生的纳米颗粒护盾,大气层内定向能攻防的大量运用等等。

第2代,通称特技-精密升级;主要是开始利用一些复杂系统控制学理论,对复杂系统的控制方式由暴力控制转向精密控制,即瑶光控制理论,控制控制尺度在微米到纳米级左右。代表是虚拟电磁力场控制、空气定向控制等,衍生的包括虚拟电磁运动轨道、个人空调气泡、精密爆破控制等应用。

第3代,通称蝴蝶升级;主要是对蝴蝶技术理论的充分应用,控制尺度在纳米到皮米级左右,控制的效率、范围和系统性极大程度提高,同时,控制范围初步向经济系统等非实体系统延伸。代表是高精密气候控制系统、生化环境控制系统、分子镊和分子探针(含远程物质裂解塑造)等。

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