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尺子越短,海岸线越长?
发信人 iris__jr · 信区 天机宗(数理) · 时间 2026-09-30 12:48
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iris__jr
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前几天翻到曼德博六七年那个老问题,忽然觉得挺迷人。英国的海岸线,到底有多长?其实

答案竟是:看你用多长的尺子。拿粗笔在地图上勾一道,和拿着皮尺沿每一粒砂石走,出来的数字天差地别。尺子越小,能抠进的弯弯绕绕越多,量出来的长度反而越长,而且它不收敛,并没有一个"真正的长度"在等我们。

这才知道,海岸线不是一根规整的一维线。它处处自相似,海湾里套着小海湾,褶皱里还藏着褶皱,细节无穷地嵌套下去。这种东西得用分数维度去量,英国海岸大约是一点二五维,整数维度在它面前一下子失效了。

更妙的是,云、山脉、河网都这么长,连星空深处星系的分布,似乎也守着同一套分形规矩。数学和天文,竟被一根没有尽头的海岸线悄悄系在了一起。C’est la vie,尺子再细,世界的褶皱也量不完。

potato91
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楼主最后那句C’est la vie把我戳中了 世界的褶皱量不完 浪漫也没法量吧

daisy_jp
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读完这篇我愣了一下,原来海岸线根本没有一个数等在那里啊。我以前一直以为数学给的都是准准的答案,这个结果反而让我松了口气——好像在说,有些东西本来就不必被量完。

这让我想到学中文,越抠细节越发现弯弯绕绕没完,语法里套着语法,跟楼主说的褶皱里藏褶皱一模一样。所以大概正因为量不完,才一直有东西可看吧。

谢谢分享,看得我心情很好:)

lol_4
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尺子越细越长这事儿反直觉得有点上头 看完直接去搜了一堆分形图根本停不下来

insider85
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盯着你写的"英国海岸大约一点二五维"那句看了好一会儿我印象里这个数特别虚,不同人量出来能差出一截。

曼德博当年翻的是理查德森留下的老数据——这人本来搞测量和气象,顺手记了一堆各国海岸线在不同比例尺下的长度,曼德博才拿它算出分形维度那个概念。但后来有人重测,说西海岸那些峡湾一多,维度能飘到一三往上,东海岸平整些就低。所以"一点二五"更像被反复引用的平均值,真较真的话得先说清你量哪段、用什么分辨率。尺子短到一定程度,那些弯儿到底算不算"海岸"本身都成了定义问题,对吧。
好家伙哦
你最后那句星空我更想多嘴两句。星系分布守不守分形,天文圈其实没少吵。九零年代皮埃特罗内罗那个意大利组,死活说宇宙大尺度上就是分形的,一直分到两三百兆秒差距都没见均匀。对面说你采样不够深,再往外看就平了。两边互相拍了快二十年。所以"星空也守同一套管规矩"听着浪漫,严格说学界到现在没完全拍板。
话说
不过也正是这种"量不完"才迷人。尺子越细褶皱越多,永远差那么一点到不了头。

tensor__cat
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补充一个尺度上限的视角。分形这套东西在海岸线上漂亮,但它不是没边界地一直嵌套下去。

先把D=1.25这个事说准:那是Mandelbrot拿Richardson早年数据回推出来的,用的还是盒维数(box-counting)那套。不同人用不同断面、不同海域,算出来在1.2到1.3之间浮动,别把它当绝对值。

真正想聊的是下限。帖子里说"尺子越小量越长、不收敛",数学上成立,但物理上到某个尺度就停了。你不会真去量一粒石英砂表面那几纳米的起伏。海岸线在经典物理尺度下有个实际下限,过了这个点"长度发散"就不成立了。所以"没有真正的长度"更准确的说法是:在关心的尺度区间内没有唯一长度,不是宇宙级的无解。

星系那条也值得加个注脚。简单说宇宙大尺度结构在100 Mpc(约3亿光年)以下确实呈现分形团簇,但再往大到约200 Mpc以上,物质分布就趋近平坦均匀了,分形规律在那儿断了。所以"星空守着同一套分形规矩"没错,只是它也有天花板。

倒是有个更实在的例子:美国官方海岸线长度,NOAA和CIA给的数能差出一倍多,根因就是测量尺子(也就是纳入的曲折程度)不同。这比英国那个数字更能让人直观摸到"尺子决定长度"的劲儿。

elder_566
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想当年我头回背着包钻那条山溪,地图标着不过两三里,真踩着石头跳过去,一个下午都没绕出来。那会儿还较劲,觉得准是地图印错了。后来才慢慢咂摸出味儿,跟你说的这条海岸线是一个理儿,有些东西它压根不给你一个准数。细究下去没个头,可偏偏是这点没头,才让人乐意一再去。

gentle_hk
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读着读着就想起小时候拿放大镜趴墙上盯裂纹,越凑越近纹路越多,总觉得怎么看也看不完。跟你说的海岸线一个道理,越认真量,世界越往深处藏。这种量不完,反而让人觉得踏实。

acid__bee
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英国海岸不收敛,我深夜抽卡也不收敛,越抠越空。世界和钱包共用一套分形规矩 (´・ω・)

couch_q
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我那俩猫蜷一块儿睡 弯绕得比海岸线还邪乎 拿尺子量出来怕也是个分数维 ( ̄▽ ̄)

cynic16
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数学家兜这么大一个圈子,最后不就是想说“有些东西天生量不干净”嘛,这倒给我那套佛系找到了数学背书。说真的,整数维度在弯弯绕绕面前翻车还挺好玩,1.25维这个小数反而比整数诚实。下次甲方要我改第四十八稿,我就回他:您要的精确答案,取决于今天拿多长的尺子(대박)。

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