2016探索基礎科學講座
第15期
一起展開 「混沌理論」 的探索旅程吧!
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01 從天體力學到混沌理論的形成


陳國璋

清華大學數學系 教授

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02 簡單的開始,卻通往複雜?!


班榮超

東華大學應用數學系 教授

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03 勞倫茲,蝴蝶,以及他們共同掀起的混沌風暴


陳義裕

臺灣大學物理學系 教授

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04 花豹的斑紋與數學不得不說的故事


廖思善

中興大學物理系 教授

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05 同步現象的歷史、數學和應用


莊重

交通大學應用數學系 教授

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06 微粒電漿: 複雜中的律動


伊林

中央研究院 院士 / 中央大學物理系 教授

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07 心臟和大腦中的有序和混沌


陳志強

中央研究院物理研究所 研究員

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08 混沌的年代,混沌的經濟


陳啟明

臺灣師範大學 物理系 教授

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從天體力學到混沌理論的形成

陳國璋 清華大學數學系 教授

混沌理論屬於數學學門的新興領域,但其中主要的基本概念源於十九世紀對天體力學與熱力學的研究。在這場演講中,我們將從天體力學的故事談起,先簡介克卜勒,牛頓,歐拉,拉格朗日等人的卓越貢獻,再講述十九世紀龐加萊,波茲曼開創的新理論,乃至啓發二十世紀混沌理論形成的過程。

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本講即將在3/10開放報名 報名網址尚未開放

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簡單的開始,卻通往複雜?!

班榮超 東華大學應用數學系 教授

本講座我們將介紹關於一類相當迷人的映射:單峰映射。此映射是一個國、高中生皆熟知的二次多項式,但卻是一個會造成混沌現象的經典且簡單例子。我們將從70年代生物學上對這類映射的觀察出發,然後一步步地揭開大自然為我們提供的各個謎題,其中包括分岐圖中的自我相似性、Feigenbaum 參數、Sharkovskii 規則、週期二、週期二無窮以及週期三導致混沌等經典現象。從講座中我們希望激發聽眾對於混沌現象的興趣、理解為何這學科主導了數學及物理多年的狂熱研究以及該現象如何影響我們生活周遭的大小事。最後我們將花些時間來談談究竟甚麼是混沌。

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第二講:班榮超 教授

班榮超畢業於國立交通大學應用數學系,博士期間即開始研究混沌相關理論。博士後曾赴美國馬里蘭大學訪問混沌學的創始人之一 James A.Yorke 教授。研究重心為動態系統、碎形幾何、碎形分類、混沌指標等問題。曾獲得科技部理論中心年輕理論學者獎及中華民國數學會青年數學家等獎項,目前為國立東華大學應用數學系教授。
【人物專訪】在混亂的世界裡,尋找穩定的節奏──訪班榮超教授

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勞倫茲,蝴蝶,以及他們共同掀起的混沌風暴

陳義裕 臺灣大學物理學系 教授

關於混沌現象最著名的敘述當屬「蝴蝶效應」。根據此效應的說法,在北京的一隻蝴蝶不經意的搧翅,就可能在巴西引起一場風暴。這究竟是怎麼一回事?可能嗎?我們將從「蝴蝶效應」的創始人勞倫茲教授所研究的系統講起,不只探討「蝴蝶效應」的起源,還要更深入去說明什麼是著名的勞倫茲方程式,並解釋為什麼如此簡單的系統都會出現碎形幾何以及混沌現象。這場演講也會觸及與這些研究相關的一些應用。

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第三講:陳義裕 教授

1982年畢業於國立臺灣大學物理系,1991年獲美國加州理工學院物理系博士,1991~1992年在中研院物理所擔任博士後研究。 研究專長以非線性物理為主,近年來所專注之研究課題包括:液體與聲波之交互作用,交通模型內自發圖樣形成的研究,以及原子系統與古典流體之對應關係;曾撰寫〈牛通的博士班入學口試〉、〈賭博、擴散與擴散實驗〉、〈剪不斷理還亂的混沌論〉與〈天生碎形必有用〉等科普專文。 1999年及2007年榮獲「國立臺灣大學傑出教師」獎項,2007年獲聘為國立臺灣大學終身特聘教授。

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花豹的斑紋與數學不得不說的故事

廖思善 中興大學物理系 教授

花豹的斑紋是如何形成的?十九世紀的人,會說上天就是如此創造花豹,賦予牠斑紋。二十世紀的讀書人,接受了達爾文的演化理論與證據,相信花豹的斑紋,跟其他所有生物的形狀與斑紋一樣,都是遺傳,突變,加上天擇的結果。但花豹那像衣索匹亞人的掌指印的斑紋,究竟如何讓牠們適應環境而生存下來,卻是從來也沒有被講清楚的事。另方面,我們都知道,數學與物理手攜手,讓我們能鑽進原子,看清它微小的結構。也讓我們視野延伸到外太空,觀看浩瀚宇宙的形成。我們難道不能夠用數學與物理,來講清楚花豹斑紋的形狀,以及描述斑紋形成的過程?科學家涂林 (Turing) 開啟了這個可能性。花豹的斑紋是如何形成的?我們二十一世紀的有識之士,應該要有比演化論更進一步的答案吧!

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第四講:廖思善 教授

廖思善,中興大學物理系教授。臺灣大學物理系畢業。約翰霍布金斯大學物理博士。著有「動手玩碎形」一書,由天下文化於2006年出版。研究過的主題包括生物的斑紋,碎形,賽局理論,顆粒集體行為,腦波特性等。2006年,成功地模擬花豹從小到大長成特有斑紋的過程,成果被自然雜誌(Nature)以亮點研究報導,並被收錄在知名科普作家Philip Ball的著作「形狀(Shape)」一書中。
【人物專訪】學物理難成麒麟之才?-訪廖思善老師

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同步現象的歷史、數學和應用

莊重 交通大學應用數學系 教授

在自然界同步現象無所不在。如P細胞 (pace maker cell) 如何協調規律的心跳;如上億個電子走向鎖步 (lockstep) 使得超導現象發生。動植物中如螢火蟲同步發光;森林中的樹木同步開花結果,鳥群的等速有隊形的同步飛行。甚至人們也發現有癲癎症腦中某區域的細胞群有相位同步的現像;自閉症卻因某區域的細包群無法同步。這個演講將先談同步現象的歷史,我們從 Huygens (1629-1695) 觀察到擺鐘的反同步現象談到近代幾位同步現象的主要貢獻者。接著我們將談及這些人如何將這些問題數學和建模式化。這部分我們將少用複雜的方程式而盡量以直觀而文字呈現出來。最後我們將談及同步現象的一些應用。其中我們會提及混沌同步的應用,這個應用是己可商業化,是由交通大學丘成桐中心工作團隊研發完成。

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第五講:莊重 教授

國立交通大學 應用數學系 教授 (1995/08 - )
國科會數學推動中心 委員 (1995/07 - 1997/07)
國科會數學計劃審議 委員 (1996/07 - 1998/07)
國立交通大學應用數學系 主任 (1997/08 - 1999/07)
國立交通大學傑出教學獎 (2002, 2006, 2010)
國立交通大學 特聘教授 (2011)
第二屆大専組星雲教育奬(2014)
所錄製的開放式課程微積分和缐性代數已有超過100萬人次

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微粒電漿: 複雜中的律動

伊林 中央研究院 院士 / 中央大學物理系 教授

電漿是一個由大量帶正電離子與帶負電電子的複雜集合體,粒子高速運動看似混亂,但又透過其間的交互作用,可以展現不同尺度的律動。如果將電漿中置入大量微米尺度微粒,每一微粒可負載近萬電子,產生更強大交互作用,可透過降低系統背景溫度,將懸浮微粒排列成整齊晶格或融化成液態。本演講中,將以此系統為平臺,介紹透過光學顯微觀測追蹤微粒軌跡,了解液體微結構與動力行為,並非如直覺般混亂無序,可在隨機熱擾動與交互作用力的競爭下,產生豐富多重尺度律動;並進一步了解擴散、粘滯、超冷液體、晶化諸現象的微觀動力起源。

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第六講:伊林 教授

伊林教授,畢業於中央大學物理系(1973)與美國 Rutgers 大學物理系 (1981),畢業後於美國 Material Research Corporation 從事利用電漿技術進行半導體薄膜製程系統研發工作二年餘,後回國於中央大學物理系任教至今。除延續電漿應用研究外,於1994 年首度以實驗證實微粒電漿晶格與微粒電漿聲波的存在,後續進行微粒電漿液體,非線性微粒電漿聲波、細菌流體等複雜系統相關研究。

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心臟和大腦中的有序和混沌

陳志強 中央研究院物理研究所 研究員

心臟和大腦是我們身體中最重要的兩個器官。有趣的是,這兩個器官在工作時其物理性質和它們的生物組成一樣重要。在物理上,兩者都為可激發系統,可以非線性方程來描述。和其他非缐性系統一樣,複雜的動力行為,有時有序,有時無序,甚至混沌都可在這兩個器官中觀察到。非線性現象,如螺旋波、同步、倍週期和混沌等都是在這兩個系統中見到。但是否所有有序行為都是好的而無序和混沌都是無益的?在這演講中,我們將以大鼠的大腦和心臟實驗來說明,有序和混沌都是需要的。臨床上,心臟在失去同步後將引起心律不整;而在大腦中,太多的同步也會帶來癲癇。我們相信,在體內機能的調控中,有序和無序要達到平衡才能有健康的身體。

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第七講:陳志強 研究員

陳志強於1981年香港大學畢業,1986年獲美國匹茲堡大學物理學博士。在法國國家核能中心做博士後研究兩年後,加入中央研究院物理研究所工作一直至今,現職研究員。其研究興趣一直都在非平衡非缐性動力系統上,曽從事湍流,相變和顆粒流等實驗,近年研究重點是在心臟和神經網路的非線性現象。從2005年至今,為國立中央大學物理系合聘教授。

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混沌的年代,混沌的經濟

陳啟明 臺灣師範大學 物理系 教授

在1987年的股票市場大崩潰之後,混沌經濟學便逐漸成為眾人注目的焦點。特別是在進入21世紀後,高頻率的股票市場暴漲暴跌現象,早已脫離常態分佈應有的表現。在這個非常態已逐漸成為常態的時代,黑天鵝成群飛來,混沌經濟學能否解釋並預測經濟市場上的變化?混沌經濟學是否能與大數據分析結合來幫助我們度過這個混沌的年代?本講座將從物理學與經濟學的發展與研究演進的比較開始,逐步介紹混沌經濟學的起源與研究方法。混沌經濟學,也稱為非線性經濟學,開始於20世紀80年代,應用非線性混沌理論來解釋現實經濟現象,並考慮經濟活動的非線性相互作用,充分利用非線性動力學的分叉、分形和混沌等理論,分析經濟系統的動態行為,以期產生新的經濟概念、新的經濟分析方法,得到新的經濟規律的一門新興跨領域科學。

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第八講:陳啟明 教授

陳啟明博士畢業於美國University of Michigan物理系,目前是國立臺灣師範大學物理系的教授,並曾經在英國University of Manchester生物科學學院、加拿大Simon Fraser University數學與計算科學的跨領域研究中心、和美國University of California, San Francisco藥學院訪問和研究。 個人專長是研究複雜系統的統計性質與動力學表現,目前的研究係利用大數據與電腦模擬來研究經濟、資訊、腦神經、和蛋白質體等複雜網絡系統,並建立互動式網頁介面,來推廣相關系統的研究。

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關於「探索基礎科學講座」

自1825年起,英國皇家科學院舉辦了「皇家科學耶誕講座」,以富有教育性、趣味性的方式,將科學知識介紹給社會大眾,提升英國學子、民眾的科學素養。無數的學者曾在此講座中講授科學知識,而除了在第二次世界大戰時曾暫停舉行外,這一具有古老傳統的科普講座,至今仍持續不斷。

臺灣大學科學教育發展中心自2009年起,師法「皇家科學耶誕講座」,舉辦「探索基礎科學講座」,借重學養與教學俱佳的科學大師們開講,在週六的午後時光,與有志探索科學世界的朋友們共聚一堂。講座的主題與基礎科學知識緊密相連,每期輪流就數學、物理、化學、生命科學、地球科學各學門開闢講題,講師們仔細清楚的解說科學原理,許多非科學背景的聽眾們,也能迅速的進入科學世界,體會探索知識的樂趣。

物理學家戴森(Freeman Dyson)曾說:「夢想-為了後代子孫。」CASE要打造一座科學教育華文傳播平台,開闢一塊升學考試之外的科教新園地,如果將來有人說他們的科學啟蒙來自於 NTUCASE ,那就是我們的夢想。


2009探索講座第一期

2009探索講座第二期

2010探索講座第三期

2010探索講座第四期

2011探索講座第五期

2011探索講座第六期

2012探索講座第七期

2012探索講座第八期

2013探索講座第九期

2013探索講座第十期

2014探索講座第十一期

2014探索講座第十二期

2015探索講座第十三期

2015探索講座第十四期

本期內容

我們幾乎每個人都聽說過「蝴蝶效應」,但是對於蝴蝶效應背後的混沌理論,你有多少了解呢?花豹身上看似渾然天成的斑紋,為什麼可以用混沌理論的碎形加以計算?甚至我們從來不問它為什麼每天都能保持規律跳動的心臟,原來竟也得歸功於混沌同步現象?

混沌理論就如同大多數的應用數學一樣,起源於實際應用上的需要。這次的探索講座,將以天體力學的發展做為引子,帶出混沌理論的發展脈絡;緊接著從簡單如中學生都學過的二次多項式出發,以至於描述蝴蝶效應的勞倫茲方程式等等,就數學的角度探討混沌理論。在後續的講次中,還會就生物、物理、經濟等各個領域,探究演化論的深層機制,混沌同步的商業應用、亂中有序的微粒電漿、心臟與大腦如何在有序跟失序間取得平衡、以及黑天鵝滿天飛的混沌經濟學年代。

混沌理論是個新奇有趣,但是經常一如其名,在討論中被含混帶過的新領域。透過本次的探索講座,不但可增進你對於混沌理論的了解,你更會發現混沌理論早已跳脫科普的範疇,深入你我生活的各個層面。且讓我們藉此機會,一探混沌理論的奇妙究竟吧!

活動辦法

時間:3/26~6/04,週六14:00~16:30(4/2、4/23、5/7不舉辦)

地點:國立臺灣大學思亮館國際會議廳

報名方式:

分為線上預約與現場報名,皆須於講座當天13:20-13:45之間,至報到櫃臺報到兌換入場券方可入場。

    每講開放線上預約160人,線上預約前請詳閱以下規則,若預約視同已詳閱並同意所有規範。

  1. 線上預約須填身分證字號後4碼,報到時須攜帶本人證件以核對身分,未攜帶者視為棄權。
  2. 預約後3個工作日內會收到主辦單位確認通知信,請最遲於活動前3個工作日內回覆預約確認信,方可完成預約,未回信視同棄權。若預約後超過3個工作日未收到確認信,請Email:casexplores@gmail.com
  3. 講座當天13:20開放報到,最遲請於開講前15分鐘完成報到。
  4. 線上預約之觀眾前110名報到者,確定可進入會議廳座席,其他觀眾『有可能』需要在展示廳觀看轉播(展示廳鄰近會議廳,轉播品質良好,但可能須席地而坐,QA階段可進入會議廳)。
  5. 若因故無法出席,請最遲於講座開始前3個工作日來信取消預約,若未取消且當日未報到者,將影響之後場次的報名審核資格。

    每講開放現場報名60人,選擇現場報名的觀眾,請詳閱以下規則,若到現場排隊視同已詳閱並同意所有規範。

  1. 講座當天12:20於思亮館國際會議廳玻璃門外,依排隊順序開始發放號碼牌與報名表,限量發完為止。
  2. 領取完號碼牌與報名表之觀眾可自由活動,無須留在會議廳外排隊。
  3. 報名表所有欄位必填,現場報名觀眾請自行準備填寫用筆,未填無效。
  4. 13:20開放報到,請攜帶號碼牌與報名表至現場報名櫃檯報到,並請於13:45之前完成報到,逾時則『有可能』無法進場,需要在展示廳觀看轉播(展示廳鄰近會議廳,轉播品質良好,但可能須席地而坐,QA階段可進入會議廳)。

    上述無論線上預約或領有號碼牌的現場報名觀眾,講座開始後20分鐘(14:20),即不再開放報到進場。

    注意事項:

  1. 本系列講座完全免費。
  2. 講座內容具一定深度,聽眾以國高中以上學生及喜愛科學的社會大眾較為適合。
  3. 現場備有茶水,請自行攜帶環保杯盛裝。
  4. 場內嚴禁飲食,違規者將被請出場外不得異議。
  5. 由於座位有限,講座準時開始請儘早報到,額滿則須依工作人員指示至轉播區就座,若全數額滿,恕不再開放入場,請特別留意。
  6. 第15期起不再提供好禮兌換,需要全勤證書的觀眾請攜帶證件,於第一講中場休息時至服務臺申請,並請詳閱申請書再填寫。

聯絡資訊:

如欲報名或對活動內容有任何疑問,歡迎來信或來電洽詢。

電話:(02)3366-1722 陳小姐

傳真:(02)3366-2805

Email:casexplores@gmail.com

活動流程:

12:20 發放現場報名號碼牌+報名表
13:20-13:45 會議廳場內報到時間 (線上預約前110名可進入會議廳,111名之後可能須至展示廳觀看轉播,現場報名60位觀眾不在此限)
13:45-14:00 此時段報到者(無論線上預約或現場報名)可能須至展示廳觀看轉播
14:00-15:40 演講開始
15:40-15:50 中場休息
15:50-16:15 Q&A時間
活動結束

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勞倫茲,蝴蝶,以及他們共同掀起的混沌風暴

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花豹的斑紋與數學不得不說的故事

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同步現象的歷史、數學和應用

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微粒電漿: 複雜中的律動

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心臟和大腦中的有序和混沌

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混沌的年代,混沌的經濟

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目前非直播時間,下一次直播時間 : 6月4日14:00

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常見問題:

Q1.請問我要如何參加講座?

答:
到會議廳聽講的觀眾可採網路預約或現場報名,現場報名限60個名額,每講當天12:20開始發號碼牌,發完為止。另外本期講座提供線上同步LIVE網路直播,會在講座當天公布直播網址於官網以及「CASE探索講座粉絲頁」

Q2. 我要去哪裡線上預約?

答:
本期講座每講開放160名線上預約,官網中每一講網頁下方有「我要報名」字樣,可連結到該場次的報名網址,每一講開始報名的時間通常在兩周前左右,以報名網址內所訂時間為準。報名規則詳見首頁右上角「參加辦法」。

Q3.請問預約後多久可以收到確認信?

答:
由於本期講座線上預約為人工審核,因此需要至少三個工作天,若您在星期四開放報名當天預約,隔週的星期三若還沒有收到,再來信給主辦單位,信件主旨:「【您的姓名】尚未收到確認信。」email至casexplores@gmail.com,因此周三前還沒有收到是正常的,請勿驚慌。

Q4.請問回覆確認信之後多久會收到序號?

答:
若確認信回覆格式無誤,最快當天可以收到,最慢三個工作天。超過三個工作天沒有收到,請來信,信件主旨:「【您的姓名】尚未收到預約序號。」
若確認信回覆格式有誤,則可能審核不通過,因此請預約觀眾收到確認信後詳讀信件內容再回覆。
另外提醒預約的觀眾在填寫報名表時,請再三確認email填寫正確,有許多觀眾email填錯導致系統退信無法收到確認信,造成主辦單位需要花更多人力跟時間去校對確認,請多體諒,謝謝您!

Q5.請問我看網路現場直播也可以提問嗎?

答:
可以的,但須統一留言在探索講座的粉絲專頁,每一講都會開闢一個留言區,請觀眾統一回覆在該留言區,以便管理員彙整提問給主持人。粉絲專頁:https://www.facebook.com/CASExplores

Q6.請問講座會有錄影嗎?可以去哪裡看?講師的簡報也會提供嗎?

答:
本系列講座全程都會錄影,預計演講結束後兩周內上線,本官網每一講的網頁下方有一欄「完整演講」,可點選觀看該講全程影音以及講座側寫等資訊。 講師的ppt有些會有版權問題,因此要視講師的意願與狀況,「不一定」會放在網站上提供下載,若有,則請見該講網頁。

Q7.請問有公務人員與教師研習時數嗎?

答:
有的。有提供2小時研習時數,中場休息時可至服務台填寫資料。

Q8.請問講座大約多久?

答:
活動從13:20開始報到,14:00開始,演講長度大約90分鐘,中場休息約20分鐘,中場休息之後有Q&A的活動,歡迎填寫提問單交給工作人員,歡迎踴躍參加。

Q9.請問線上預約之後臨時有事不能到怎麼辦?

答:
因故無法出席者,請於演講開始3天前(星期三)來信至casexplores@gmail.com取消報名,未到且未取消者,將無法再線上預約本期講座。

Q10.請問座位滿了還可以進去嗎?

答:
恕無法再進入場內觀看演講,本期提供講座同步網路直播,請多加利用。錯過講座可等演講影音上線觀看。

Q11.請問有開放團體預約嗎?

答:
本期無開放團體預約。

Q12.請問還有獎品可以兌換嗎?可以收集全勤獎嗎?

答:
本期開始不再提供四講與八講好禮兌換,但若需要全勤獎狀,請於第一講中場休息時至櫃檯填寫申請單,第二場開始不再開放申請。

Q13.請問可以找講師提問或是要簽名合照嗎?

答:
若要提問可以填寫提問單交給工作人員,欲私下提問或合照者,請等講座全部結束後再自行找講師,中場休息時間請讓講師休息。