非線性物理學

非線性物理學(英語：nonlinear physics)是研究各種非線性物理現象的學科。包含了物理內的各領域。

簡介與歷史

所謂線性，從數學上來講，是指方程的解滿足線性疊加原理。即方程任意兩個解的線性疊加仍然是方程的一個解。線性意味着系統的簡單性；但自然現象就其本質來說，都是複雜的、非線性的。所幸的是，自然界中的許多現象都可以在一定程度上近似為線性。傳統的物理學和自然科學就是為各種現象建立線性模型，並取得了巨大的成功。但隨着人類對自然界中各種複雜現象的深入研究，越來越多的非線性現象開始進入人類的視野。

近二十年國內、外這方面的研究十分活躍、數、理、生、化各類期刊上大量報道了有關結果。特別是混沌學的創立，被研究者譽為繼相對論和量子力學之後的本世紀第三次科學革命，相對論證實了物質運動速度的極限，量子力學指出測量能力的極限，而混沌學則揭示了計算能力的極限；即任何物體的運動速度不能超過光速，任何測量不能同時確定一對共軛變量，任何計算機不能計算混沌軌道的長期演化。由於上述規則和混沌運動普遍存在於各種非線性系統中， 非線性物理學將處於21世紀物理學和非線性科學的前沿。

主要內容

目前非線性物理學中研究得最為廣泛的領域主要有以下方面：

• 孤立子（英語：Soliton）：孤立子（或孤立波）是一種非線性效應，它能夠保持其速度和形狀長時間傳播。孤立子理論在光纖通信、蛋白質和DNA作用機理，以及弦論中都有重要應用。
• 混沌理論（英語：Chaos theory）：混沌是一種源自於（非線性的）決定性規律的無序狀態。混沌的最大特點是具有高度初值敏感性，無論多麼微小的微擾，在足夠長的時間後都會使系統徹底的偏離原來的狀態。大氣就是典型的混沌系統，因而長期天氣預報是不可能的。
• 碎形（英語：Fractal）：分形的突出特徵是自相似性。在晶體生長及DNA複製過程中，人們都會遇到分形生長。
• 模式形成（英語：Pattern formation）
• 細胞自動機（英語：Cellular automata）
• 複雜系統（英語：Complex system）
• 耗散結構（英語：Dissipative system）
• 自組織（英語：Self-organization）

重要學科

目前發展起來的非線性物理學科包括：

• 非線性光學
• 非線性聲學
• 非線性動力學
• 量子混沌