复杂性科学的几大学派及其研究特点

 近几十年来,国际学术界出现了一门新学科---复杂性科学,它致力于复杂系统理论与现有传统学科交叉的研究,目前已掀起了一股研究复杂性和非线性问题的热潮,数学家、物理学家、经济学家、生物学家和计算学家等都在共同开展这一问题的研究,复杂性科学将成为一个驾驭在21世纪生命科学、信息科学、材料科学等高新领域之间的一个横断学科,被誉于“21世纪的科学”。本文从哲学角度分析了现代科学中还原论和简单性思维方式的起源以及复杂性科学诞生的背景,研究了目前复杂性科学研究的几大学派的基本特征,指出应汲取各大学派的优点,结合我国的实际情况,全面推进我国的复杂性科学研究。     

非线性科学促进科学观和科学方法的转变

 非线性科学本身是研究自然界中复杂现象和规律的一门学科,被誉为与相对论、量子力学相齐名的２０世纪三大科学理论之一．但在过去很长一段时间内,非线性并不被重视,直到２０世纪６０年代中期,随着科学家们在两个极端方向取得突破,一是发现了“孤子”是一类非线性方程的解,二是发现相对简单的系统中存在着对初值极为敏感的复杂运动,大大加快了非线性科学的研究步伐．目前非线性科学逐渐发展成为以混沌理论、分形理论、协同学等为代表的系统科学．其贯穿信息科学、生命科学、空间科学、地球科学和环境科学等研究领域．一方面非线性科学中各门学科空前地交叉与渗透,研究中解析、计算、实验三种方法并用,其研究方法达到空前地交互与综合．     

非晶态物质的本质和特性

非晶态物质是复杂的多体相互作用体系,其基本特征是原子和电子结构复杂,微观结构长程无序,体系在能量上处在亚稳态,具有复杂的多重弛豫行为,其物理、化学和力学性质、特征及结构随时间演化。不稳定,随机性,不可逆是非晶物质的基本要素,自组织,复杂性,时间在非晶物质中起重要作用。复杂的非晶态物质有很多基本而独特的性质。非晶态物质的复杂性没有能阻挡住人们对它的兴趣和研究。现在人们把越来越多的目光从相对简单的有序物质体系关注到复杂相互作用的无序非晶体系。近几十年来,非晶的研究在无序中发现有序,在纷繁和复杂中寻求简单和美,引领了新的研究方向,导致很多新概念、新思想、新方法、新工艺、新模型和理论,以及新物质观的产生。非晶态合金(又称金属玻璃)是50多年前偶然发现的一类新型非晶材料。非晶合金的发现极大地丰富了金属物理的研究内容,带动了非晶态物理和材料的蓬勃发展,把非晶物理研究推向凝聚态物理的前沿。今天,非晶物理已成为凝聚态物理的一个重要和有挑战性的分支。非晶态材料不仅成为性能独特、在日常生活和高新技术领域都广泛使用的新材料,同时也成为研究材料科学和凝聚态物理中一些重要科学问题的模型体系。本文试图用科普的语言,以非晶合金为典型非晶物质综述非晶物理和材料的发展历史和精彩故事、介绍非晶科学中的主要概念、研究方法、重要科学问题和难题、非晶材料的形成机理、结构特征、非晶的本质、非晶中的重要转变–玻璃转变、非晶中的重要理论模型、物理和力学性能及非晶材料的各种应用等方面的研究概况和最新的重要进展。还介绍了非晶领域今后的研究动态及趋势,以及这门学科面临的重要问题、发展前景和方向。     

统计物理和复杂系统专题编者按

从20世纪中叶至今,复杂系统研究迅速发展,成为了引人注目并具有广泛应用的新领域.复杂系统要么具有结构的复杂性,要么具有演化的复杂性,在多数情况下二者兼具.不同于传统物理学通常处理的规则介质,许多复杂系统具有复杂结构,近年来受到极大关注的复杂网络结构就是其中最典型的代表.同时复杂系统也可表现为演化行为的多样性和复杂性.即便系统结构并不复杂,系统中的非线性相互作用可能产生复杂的演化行为,包括:形形色色的不稳定性;丰富的斑图动力学;各种各样的自组织、涌现及进化行为等等.物理学从一开始就深深进入了复杂系统研究领域,其中统计物理无疑是研究和理解复杂系统最主要的工具.     

地震预报的物理学问题

近年来，运用非线性物理学的概念和方法去理解地震现象的复杂性的研究取得引入瞩目的进展。用临界现象理论来理解地震破裂的物理过程，从自组织临界现象的角度对中长期时间迟度上的地震活动进行说明，这都给地震预报研究以很大的启发，并在实际地震预报算法的研究中得应用。地震预报目前仍是一个世界性的科学难题。用物理学的概念和方法研究地震和地震预报问题，可能是地震预报和减轻地震灾害研究中一个有希望的发展方向。这篇综述的     

一个含崩塌概率的一维沙堆模型

在一维沙堆模型中加入了崩塌概率,并用元胞自动机的方法进行计算机模拟,发现该模型具有自组织临界性,其临界指数α=1.50±0.02,并且还发现只有当崩塌概率处于0.05~0.98时,系统才体现出自组织临界性.另外,根据该模型的结果,解释了一维米粒堆实验中出现的自组织临界现象.     

声学是一门科学--声学:科学、技术与艺术之一

声学是一门具有广泛应用性的学科，涉及到人类生产、生活及社会活动的各个方面；同时声学又是一门具有很强交叉渗透性的学科，与各种新学科、新技术相互作用，相互促进，不断地吸收、应用和发展新的思想，增强了声学的生命力、竞争力和学术与艺术魅力．本文从科学、技术与艺术等几个方面，介绍了声学的学科发展，特别是在科学与技术上的新的研究方向与进展．     

二维格气模型中动力学相变与自组织临界现象

应用数值方法研究了一种具有封闭边界条件的Manna沙堆模型——格气模型.通过模拟，发现 系统存在一个临界密度ρ_c≈0.684…，得到了相应的临界指数α≈0.452±0.02 ，并且还发现只有在特定的粒子数密度范围，系统才能体现出自组织临界性. 关键词： 沙堆模型 格气模型 自组织临界现象     

含崩塌概率的一维沙堆模型的自组织临界性

提出了一个含崩塌概率的一维沙堆模型，并用元胞自动机方法对该模型进行计算机模拟. 结果表明在崩塌概率p从0到1的变化过程中存在两个临界点p₁和p₂. 当p₁2时模型具有自组织临界行为，并且系统在从平凡行为到自组织临界行为之间有一个快速的转变. 当模型具有自组织临界性时，这种自组织临界行为具有普适性，两个临界指数分别是1.50±0.02和1.58±0.15. 该模型能够较好地解释一维米粒堆实验中出现的自组织临界现象 关键词： 自组织临界性 BTW模型 崩塌概率     

非线性网络的动力学复杂性研究

综述了非线性网络的动力学复杂性研究在网络理论、实证和应用方面所取得的主要进展和重要成果;深刻揭示了复杂网络的若干复杂性特征与基本定量规律;提出和建立了网络科学的统一混合理论体系(三部曲)和网络金字塔,并引入一类广义Farey组织的网络家族,阐明网络的复杂性-简单性与多样性-普适性之间转变关系;揭示了网络的拓扑结构特征与网络的动态特性之间关系;建立具有长程连接的规则网络的部分同步理论并应用于随机耦合的时空非线性系统的同步;提出复杂网络的动力学同步与控制多种方法;提出若干提高同步能力的模型、方法和途径,如同步最优和同步优先模型、同步与网络特征量关系、权重作用、叶子节点影响等;提出复杂混沌网络的多目标控制及具有小世界和无标度拓扑的束流输运网络的束晕-混沌控制方法;提出集群系统的自适应同步模型及蜂拥控制方法;探讨网络上拥塞与路由控制、资源博弈及不同类型网络上传播的若干规律;揭示含权经济科学家合作网及其演化特点;实证研究并揭示了多层次的高科技企业网和若干社会网络的特点;提出一种复杂网络的非平衡统计方法,把宏观网络推进到微观量子网络。     

物理学研究的新领域——探索复杂性

文章介绍了近代科学思想和方法论中的两个基本模式,即还原论和系统论,指出在物理学及其交叉学科中探索复杂系统将是未来科学发展的一个重要领域,它们共同构成复杂性科学.文章说明了复杂网络的一些特殊性质,它们可以用来描述一些复杂系统的结构和功能.作为一个导引,文章还介绍了国内外研究复杂系统的主要学术流派,并重申复杂性研究以及交叉学科对中国中长期科学发展的重要意义.     

非线性网络的动力学复杂性研究

综述了非线性网络的动力学复杂性研究在网络理论、实证和应用方面所取得的主要进展和重要成果;深刻揭示了复杂网络的若干复杂性特征与基本定量规律;提出和建立了网络科学的统一混合理论体系(三部曲)和网络金字塔,并引入一类广义Farey组织的网络家族,阐明网络的复杂性-简单性与多样性-普适性之间转变关系;揭示了网络的拓扑结构特征与网络的动态特性之间关系;建立具有长程连接的规则网络的部分同步理论并应用于随机耦合的时空非线性系统的同步;提出复杂网络的动力学同步与控制多种方法;提出若干提高同步能力的模型、方法和途径,如同步最优和同步优先模型、同步与网络特征量关系、权重作用、叶子节点影响等;提出复杂混沌网络的多目标控制及具有小世界和无标度拓扑的束流输运网络的束晕一混沌控制方法;提出集群系统的自适应同步模型及蜂拥控制方法;探讨网络上拥塞与路由控制、资源博弈及不同类型网络上传播的若干规律;揭示含权经济科学家合作网及其演化特点;实证研究并揭示了多层次的高科技企业网和若干社会网络的特点;提出一种复杂网络的非平衡统计方法,把宏观网络推进到微观量子网络.     

上海光源在生命科学中的应用

 生命科学包含涉及生命和生物有机体科学研究的许多分支，研究对象包含微生物、植物和动物，包括人类。经过几个世纪的发展，生命科学已经从单纯的描述逐渐发展成了一门理论、计算、实验等多领域交叉学科。自DNA双螺旋结构模型的提出以来，生命科学迈进了崭新的层次——分子生物学的层次，迄今为止，生命科学已经发展成了一门包含众多分支学科的科学体系。生命科学和生物技术，包括基因工程、合成生物学、基因组学和蛋白质组学，已经给人类健康带来了显著的改善。生命科学的发展有助于提高生活质量和标准，并在卫生、农业、医学、制药和食品科学领域得到广泛应用。蛋白质科学是生命科学的一个重要分支，在人类对于自身健康问题广泛关注的今天，蛋白质科学对于理解疾病的分子机制以及新药的开发都产生了强烈的影响，蛋白质科学也为生命科学和生物技术的发展提供了基础支持。     

我所了解的高温超导

  我们深知物理学是一门研究物质运动规律及其基本结构的科学,是一门注重理论与实验并重的学科。随着现代物理学的发展,物理学的大厦即将建成。在这物理学的晴朗的天空中,爱好物理的人们自由飞翔,完全不受“引力”的限制。自相对论和量子力学的建立,发展了原子物理、原子核物理、高能物理、半导体物理、电子学、激光物理、材料物理等多门学科。可以说在这现代物理学的双臂下,百花齐放。物理学为世界的发展,功不可没。当然,物理的发展要感谢那些孜孜不倦的辛劳付出的学者和一些以发展物理学为宗旨的书刊、杂志。     

电子信息装备体系对抗试验方法论

基于复杂系统的基本理论,研究了体系的概念、内涵及典型实例。根据体系对抗及体系对抗试验作为复杂系统的表现和特点,从非线性、涌现性这两个主要方面分析了体系对抗试验的复杂性。剖析了传统性能试验方法的特点,根据这些特点总结得出性能试验方法不能适应体系对抗条件的试验,其根本原因在于性能试验方法所遵循的还原论思想不适用于体系对抗试验的复杂性;接着,着重从方法论方面分析了性能试验方法在体系对抗条件下的不足之处,进而针对这些不足之处得到了应该从复杂系统角度研究适用于体系对抗试验的方法论等结论。     

适用温热气候的跨临界二氧化碳制冷系统研究新进展

二氧化碳作为环境友好型的自然冷媒已经成功的应用于商业制冷领域,在多种复杂的场合发挥着重要的作用,其应用系统型式多样,主要包括:复叠系统,载冷系统和跨临界系统。其中跨临界制冷系统以CO_2作单一制冷剂,该系统的应用在降低制冷系统对环境的不利影响方面具有独特的优势,其能效表现的好坏直接影响了它的发展和推广应用。对目前CO_2跨临界制冷系统在环境温度较高的温热气候条件下运行效率偏低的问题的几种解决方案进行了综述性的分析。     

上海光源在生命科学中的应用

<正>生命科学包含涉及生命和生物有机体科学研究的许多分支,研究对象包含微生物、植物和动物,包括人类。经过几个世纪的发展,生命科学已经从单纯的描述逐渐发展成了一门理论、计算、实验等多领域交叉学科。自DNA双螺旋结构模型的提出以来,生命科学迈进了崭新的层次——分子生物学的层次,迄今为止,生命科学已经发展成了一门包含众多分支学科的科学体系。生命科学和生物技术,包括基因工程、合成生物学、基因组学和蛋白质     

复杂系统重构

远离平衡态的开放复杂系统遍及自然、社会和技术领域,是复杂性科学的主要研究对象.通过与外界的能量和物质交换,复杂系统通过自组织形成了多种多样的内在结构、秩序和规律,对认识和预测复杂系统提出了艰巨的挑战.随着实验技术的提高和科技的进步,反映和体现各种复杂系统机理的数据呈指数增长,为研究复杂系统提供了新的机遇.通过系统行为表象数据,揭示复杂系统结构和动力学属于物理领域的反问题,是认识复杂系统的基础,是预测系统状态演化的前提,对于实现系统状态的调控必不可少.然而,复杂系统的多样性和复杂性给解决这一反问题造成了极大的困难.因此,需要开阔思路,借助多学科的交叉与融合,充分挖掘数据中隐藏的知识和深层次机理.本文综述了近年来复杂系统,特别是复杂结构重构和推断方面的研究成果,希望能够启发复杂系统反问题方面的创新.同时,也希望呼吁各领域学者都能关注复杂系统反问题,推动自然、社会、经济、生物、科技领域的交叉与融合,解决大家共同面对的科学问题.     

第2届复杂性科学和经济物理学的理论与应用学术研讨会

20 0 1 8 2 2— 2 6由中国科学技术大学非线性科学中心、中国原子能科学研究院复杂性科学研究中心和广西师范大学联合主办 ,广西师范大学承办的第二届复杂性科学和经济物理学的理论与应用学术研讨会 ,拟于 2 0 0 1年 8月2 2— 2 6日在桂林市广西师大内召开 .会议将邀请国内外著名学者以系列讲座和学术报告的形式介绍复杂性科学的基本问题、研究方法和所取得的最新成果 .同时也为在经济物理学和金融复杂性、复杂适应性系统模型、混沌和分形理论 ,混沌的控制与同步、非线性动力学、非平衡统计物理、环境与生命科学、非线性数学等研究领域的知…     

论物理中的和谐统一性及对物理教学的启示

1　物理中和谐统一性在物理学习过程中,很多同学都认为物理学定律多、公式多、内容抽象,难以理解和掌握.因此,往往公式和定律死记硬背、应用起来生搬硬套,学习不灵活,不能举一反三,也就出现了死读书现象.然而,物理学作为一门严谨的自然科学,也与其它学科一样是科学系统的一个子