驾驭混沌的应用前景

高科技既具有突破性、创新性和带动性，又具有风险性，但是它已成为现代科技发展的主流和方向，是生产力中最积极、最活跃的因素。这里所谓“驾驭混沌”是指，对混沌进行控制、反控制和实现同步，以达到既定的应用目标。混沌控制的目标是对混沌系统中存在的不稳定的周期轨道等实现稳定控制或获得所需的动力学行为；混沌反控制则是对一个没有混沌的系统根据需要产生或制造出混沌行为(也叫混沌化)，或者维持和增强原来的混沌系统的混沌行为；混沌同步是实现两个或多个混沌系统的混沌轨道的一致性或确定关系。自从1990年混沌控制和混沌同步取得了突破性进展以来，驾驭混沌方法及其应用研究已成为国内外的一个热门课题，发展了许多驾驭混沌的方法，为高科技提供了新的生长点和发展空间。

 

　　一、混沌保密通信，大有希望

 

　　自从1990年以来，利用混沌进行保密通讯及信息处理已成为国际上高技术领域一个新的生长点。2001年专家指出：“现在国际上基于混沌的通讯系统的发展已经处于成熟状态，已有几种可能的通讯方案被认同并颇具特色”。这个进展增强了人们的信心，看到了混沌通信美好的发展前景。混沌保密通信刚刚研究13年，已初露锋芒。特别是由美国的混沌通信“大学研究联合体”(MURI)宣称，他们已经取得了杰出的进展。主要表现在3个方面：一是提出了混沌脉冲定位调制；二是改善了通信所需要的非线性混沌系统的关键分析技术；三是解决了通信中需要应用的符号动力学的方法与技术, 等等。目前混沌通讯系统的发展正处于实质性应用开发的研究阶段，需要解决一些关键技术，作为一种高新科技的生长点，混沌在通信和信息处理领域将在未来的信息战中具有战略意义。

 

　　二、束晕－混沌控制，用途广泛

 

　　能源是当今世界范围内最令人关注的重大课题之一，它对国家经济可持续发展的影响最大。目前大量使用化石能源引发了严重的环境污染并导致室温上升，已引起了各国的极大忧虑。根据能源专家预测：到目前为止唯一能大规模代替化石燃料等常规能源而成为世界主要能源的只有核裂变能。

　　20世纪90年代世界上已经提出了加速器驱动的放射性洁净核能系统(ADS)，它是新一代更安全、更干净的核能系统，代表了21世纪极富诱惑力的核能发展方向。它的巧妙就在于把20世纪最重要的两大核科学装置——加速器和反应堆两者很好地结合起来，从而克服了常规核电的弊端。欲实现洁净核能系统的关键问题之一就是：必须提出一套设计新型强流加速器的有效方法。为此就不仅必须深入研究这类束晕—混沌的特性及其产生的物理机制，而且非常需要研究控制束晕—混沌的有效方法和技术，才能确保加速器周围环境与人身的安全，真正达到安全高效地利用洁净核能。

　　从20世纪90年代以来，强流质子加速器及其离子束的研究已成为国内外十分关注的一个新课题。强流离子束有着非常突出的优点：束流强度高，粒子注入和引出容易，加速器可以分期分段建造并逐步提高最终能量，特别适合于国防和一些国民经济领域的重要应用，具有诱人的远大发展前景。美国、西欧、日本、俄国以及韩国都提出了各自的强流质子直线加速器建造计划，有些已在建造之中。强流质子直线加速器如此受人青睐，是因为它有以下重要而广泛的用途。（1）可作为散裂中子源。利用中子与物质之间的相互作用，人们可以获得物质结构和动力学等方面的微观信息，为众多交叉学科的发展提供研究工具和应用的平台。（2）可用于生产军用核材料、钚和氘、放射性洁净核能以及嬗变处理核废物等。（3）它仍将广泛地应用于高能物理、核物理与核技术、粒子物理等方面的科学实验研究。（4）在工业、医疗等领域同样有着广泛的应用，例如用于质子治疗。（5）强流直线加速器及其强流离子束在粒子束武器、离子推进技术、等离子体与核聚变技术、强激光等方面都有极其重要的应用和发展潜力，是高科技和国防事业极其重要的研究领域。

为了解决强流离子束在上述应用中遇到的一个极其关键的问题，即强流离子束形成的束晕—混沌复杂性现象，我们已经提出了控制束晕—混沌的6种有效方法，继续深入开展对束晕—混沌控制的新方法和新技术的研究，对于今后强流离子束在国防和能源等方面的高新技术发展、设计、试验和工程应用都具有重要意义。

 

　　三、生物混沌控制，进展喜人

 

　　生命系统中的混沌控制与反控制是令人关注的。事实上，生物界无处不存在控制，从神经系统到心脏系统，从分子蛋白质合成到生物群体之间的生态平衡，控制与生命现象紧密相联。国际上已有一些小组在积极开展混沌控制与反控制在生物医学工程中的应用研究，混沌控制可以应用于心脏系统、神经系统和脑功能的机理分析，以及探索生命的奥秘，包括探索人脑的奥秘。

　　首项在生物系统中诞生的混沌控制技术可以追溯到1991年第一届国际实验混沌大会之后，迪托等人与洛杉矶加利福尼亚大学医学院研究人员组成的研究小组研究了一个兔子上的某个隔离区，设计了OGY型控制器，混沌控制试验取得了初步结果, 为人类医治心房纤维性颤动等疾病，从改变韵律动力学的角度，提供了一个新方法和新的研究方向，因为这个新方法的最明显优点是不需要通常采用的高能量电震技术。

　　采用混沌反控制可以对“动态病”进行治疗。实验研究表明：高度周期性的神经模拟更可能引起癫痫发作；而只有转变成混沌行为，才能防止癫痫发作。因为混沌在感知和其他脑功能中起着极其重要的作用，原因是神经元的混沌激发，可能形成一种载波，它可以对最细微的信号作出迅速的反应。混沌控制、反控制与同步在生物医学工程和生命科学的研究中是一种强大的推动力，有助于揭开人类自身的奥秘。

 

　　四、驾驭激光混沌，如虎添翼

 

　　激光在高科技和国防领域有着极其广泛的应用。例如，美国提出的国家导弹防御系统(NMD)的核心是发展太空武器，而太空武器则主要是定向能武器。定向能武器作为重点研究的有：自由电子激光器、准分子激光器、Ｘ射线激光器、红外化学激光器和中性粒子束等5项。实验已证明：混沌是不同类型激光器中都存在的普遍现象。不论电子混沌运动，还是光场混沌都对激光十分有害。光场混沌是工程上更为关注的问题。为了获得理想高功率单色光输出，就必须有效地控制激光中的电子混沌运动和光场混沌。由于NMD体系是一个高、精、尖技术的综合体，迄今并未完全取得突破，故就激光武器而言，如何控制激光混沌对武器的影响，迄今仍是一个尚未解决的高科技问题，无疑也是导弹防御系统中的一项重要任务。

　　驾驭激光混沌，可以把激光武器系统，或者变成混沌系统，从而大大降低光电武器功率，使来袭导弹失去攻击真正目标的能力；或者使激光获得所需要的频率，大大提高激光束功率。可见，采用混沌控制和反控制的高新技术方略，有可能达到不同的应用目的。

 

　　从上可见，驾驭混沌可以应用于许多高科技领域，将有广阔的发展前景。希望能引起我国有关部门的关注和重视，加强这方面的研究工作，推动我国这一高科技领域的发展。