气候变化归因：应对气候变化的科学基础——从诺奖得主克劳斯·哈塞尔曼谈起

2021年诺贝尔物理学奖颁发给德国学者克劳斯·哈塞尔曼(Klaus Hasselmann)与另外两位科学家。克劳斯·哈塞尔曼是著名的海洋学家、气象和气候学家、物理学家。文章将简述哈塞尔曼的研究经历,介绍他在大气响应中的信噪比和气候变化归因的多模态指纹方法等方面的重要学术成就。还将结合最新的政府间气候变化专门委员会第六次评估报告中有关气候变化归因的主要结论,阐述在哈塞尔曼的开创性工作基础上建立起来的气候变化归因理论与方法,构成了人类合作应对气候变化的重要科学基础之一。     

布朗运动理论一百年

文章基于作者在2005年纪念爱因斯坦奇迹年的香山会议上的综述报告,扼要叙述了从布朗运动到统计涨落场论的发展历程,特别提及了与中国物理学家有关的贡献.     

用一种分数阶算法研究非马尔可夫过程中阻尼与涨落的竞争机制

基于分数阶朗之万方程和随机行走理论, 建立了一种用于研究非马尔可夫系统中随机变量随时间演化的数值模拟算法, 称之为分数阶随机行走模拟法. 进一步运用此算法分别数值研究了无阻尼有涨落、 有阻尼无涨落和阻尼与涨落兼备三种情况下, 受欠扩散分数阶朗之万方程约束的随机变量随时间的演化行为. 结果显示阻尼和涨落存在竞争关系: 高斯型涨落的影响会随着时间的增长被"抹平", 从而凸显阻尼使系统趋于平衡的作用; 而长尾型涨落则由于包含"小概率大贡献"事件, 使得长时间演化之后系统变量仍以一定概率出现突然变化. 关键词： 非马尔可夫 欠扩散 阻尼与涨落 分数阶朗之万方程     

涨落耗散定理概述

本文从一个最早的例子——Einstein关系,到Callen和Welton及Kubo公式,简述了涨落耗散定理形成和发展的历史,阐明了这个在统计物理学中占有重要地位的定理的物理实质,并列举了它在各个领域一些应用实例,通过这些具体例子,记述了涨落耗散定理与线性响应理论、广义Langevin方程、非平衡统计力学等的关系。     

涨落耗散定理概述

本文从一个最早的例子——Einstein关系,到Callen和Welton及Kubo公式,简述了涨落耗散定理形成和发展的历史,阐明了这个在统计物理学中占有重要地位的定理的物理实质,并列举了它在各个领域一些应用实例,通过这些具体例子,记述了涨落耗散定理与线性响应理论、广义Langevin方程、非平衡统计力学等的关系。     

从非线性与统计物理多重角度探讨数值地震预测

在科技文献中,地震常被比喻为非线性动力学过程或统计物理中的相变过程.文章探讨了如何从非线性力学中的分岔理论以及统计物理内的朗道相变理论出发,从势磊穿越,临界涨落与临界慢化等多个角度来分析和了解地震发生的全过程.文章作者试图在这些非线性力学与统计物理的基础上,综合地震过程中在时间与空间上应出现的前兆,解释如何可能做出具有普适性的数值地震预测.     

非平衡涨落问题的微观唯象分析理论(Ⅱ)——物理系统中的非平衡涨落与由信息理论所求得的热传导精确结果的比较

本文将文献[10]所建立的非平衡涨落统计的微观唯象分析理论与对一般的涨落-耗散表示式的修正方法,直接应用于一、二与三维光子热传导与金属中的电子热传导的研究中,并将所得结果与由信息理论方法所建立的线性谐振子链的非平衡涨落的精确模型所求得的精确结果进行了比较,两者相当符合。从而证实了文献[10]所建立的非平衡涨落统计的微观唯象分析理论是正确的。     

无序中的对称性——诺奖得主帕里西工作解读

2021年度诺贝尔物理学奖授予三位科学家,真锅淑郎(Syukuro Manabe)、克劳斯·哈塞尔曼(Klaus Hasselmann)和乔治·帕里西(Giorgio Parisi),以表彰他们"发现了气候和其他复杂现象中的隐藏模式"。其中帕里西获得二分之一的奖金,获奖理由是"发现从原子到行星尺度的物理系统中无序和涨落之间的相互影响"。帕里西的自旋玻璃理论深刻地揭示了无序体系中的隐藏对称性,为文章介绍的重点。     

干活性物质的动力学理论

活性物质是融合非平衡态统计物理、软物质物理和生命科学的新兴交叉学科,近几年取得了飞速的发展.本文简短回顾了"干"活性物质的理论研究进展,从统计物理的角度,围绕有序性、有序-无序相变和粒子数涨落这几个问题对极性和非极性系统的连续体理论做了重点介绍,并讨论了理论预测和数值以及实验结果之间的关系.     

化学反应的统计理论

本文试图建立化学反应体系涨落的统计理论。我们从刘维方程出发,利用含时间的投影算子技术,得到密度涨落的分布函数及特征函数所满足的方程。基本结果与我们唯象理论的广义Master方程一致。最后讨论了统计理论对唯象理论的修正项及其对涨落波谱的影响。 关键词：     

MuSR技术在凝聚态物理中的应用

缪子自旋弛豫/旋转(MuSR)实验技术利用缪子的自旋,在原子尺度上研究样品内部磁场的静态分布和动态涨落。文章介绍MuSR实验技术在凝聚态物理中的应用,阐述了MuSR在磁性、超导材料中发现的独特信息,包括磁有序、内部磁场分布、具有特定频率范围的自旋涨落,以及在半导体材料中获得杂质的电子状态和位置。这些应用表明MuSR对于理解关联电子材料复杂的物理现象及其物理机制具有重要意义。     

天气预报——由经验到物理数学理论和超级计算

天气预报已由经验发展成物理数学理论和超级计算的复杂而严格的巨型系统工程。文章从物理学观点回顾了它的发展历程,探讨了它今后的发展,并将它拓宽到了更加巨大和复杂的气候与生态环境系统的预测和调控问题的建模,以及人工影响天气的工程理论问题。这些是跨学科的问题,需要地球科学、数学、物理学界以及化学界和生物学界共同合作研究。     

随机扩散模型一种新的密度函数统计方法

引入核函数法对随机扩散方程（SDE）样本的密度分布进行统计,希望用核函数来减少统计涨落。由于SDE样本的密度随时间发展,越来越稀疏,所以核函数也应该越来越大,也就是说核函数应该随时间在变化。通过一个瞬时释放的二维扩散问题（具有解析解）,从定性和定量两个角度比较了变带宽核函数法和传统统计方法在密度分布统计中的性能差别,论述了变带宽核函数法的优缺点,变带宽核函数法在牺牲部分峰值的前提下可以很好地解决SDE样本密度分布统计涨落问题,在工程应用中值得推广。     

临界堆中子增殖系数测量统计涨落数值模拟

建立了临界堆中子增殖系数(参数)计算模型,采用闪烁体加光电倍增管组成的电流型探测器对参数进行测量。采用构造理想函数加统计涨落偏差的方式,利用数值模拟方法,研究了统计涨落对参数测量结果的影响。结果表明:测量信号统计涨落会影响参数测量精度;考虑统计涨落影响,为使参数满足要求,需要使探测器入射粒子数达到一定数量;针对不同测量时间,入射粒子起始强度需要满足不同要求;当起始强度不能满足要求时,可以采用增加测量时间;指数信号带随机涨落时,较大的求值区间能有效减弱统计涨落的影响。     

基于复杂网络的时间序列双变量相关性波动研究

为了研究具有时间序列特征的双变量之间相关性的波动规律, 本文选取国际原油期货价格和中国大庆原油现货价格作为样本数据, 借鉴统计物理学的方法进行研究.运用粗粒化方法建立了相关性波动模态, 并利用复杂网络理论和分析方法对双变量相关性波动模态的统计、变化规律及其演化机理三个问题进行了分析.结果显示, 双变量相关性波动模态分布具有幂律性、群簇性和周期性, 相关性波动主要通过少数几种模态进行传递和演化.这些研究成果不仅可以作为双变量间相关性波动研究的方法, 也为不同变量间相关性波动一般规律的研究提供了思路.     

路径约束条件下车辆行为的时空演化模型

复杂地理环境下车辆运行线路具有空间三维特征, 它对车辆行为的约束是显然的, 非一维空间和二维空间所能描述. 将复杂地理环境下车辆运行线路抽象为空间曲线, 引入微分几何理论, 利用弧长、曲率和挠率等几何不变量参数建立沿空间曲线运动的Serret-Frenet活动标架; 然后, 对空间曲线上任意一点处Serret-Frenet标架具有时变属性的动态行为进行数学描述, 进而建立路径约束条件下车辆行为的时空演化模型, 并在数学上严格证明了所建时空演化模型适用于车辆(Serret-Frenet标架)直线运行和做匀速圆周运动的特殊情形. 为后续复杂地理环境中交通线路上的车辆跟驰、变道等微观行为和交通流宏观行为研究, 奠定了理论基础.     

在与原子相互作用中光偏振态的量子描述及其演化

应用偏振光的量子理论和斯托克斯算符研究了无克尔媒质和存在克尔媒质情况下，光在与原子相互作用过程中偏振态的演化.研究了偏振光中斯托克斯参量的涨落及其压缩的非经典行为.偏振椭圆、量子光学中的偏振度和斯托克斯参量的信噪比也得到了讨论.结果表明斯托克斯参量及其涨落在时间演化中呈现出被调制的振荡，这些振荡表现出间歇地崩塌和恢复.在与原子的相互作用过程中，光的偏振椭圆不随时间变化，但偏振度却随时间出现振荡.克尔媒质对这些振荡演化有很大影响. 关键词： 斯托克斯算符 斯托克斯参量 量子偏振态 量子涨落     

分子动力学中应变分析的统计矩方法及应用

分子动力学模拟研究金属的力学性质, 需要采用合适的应变分析方法研究金属的变形特征及其演化规律. 金属材料复杂变形的局部应变特征缺乏简便有效的分析手段, 整体变形也没有合适的描述方法. 本文提出分子动力学中应变分析的统计矩方法, 通过统计矩建立了微观量和宏观应变的关联. 在单晶单轴加载、纳米多晶剪切和冲击加载下的应用表明, 矩应变分析方法可以很好的描述和评估材料的局部变形和整体变形特征, 并通过应变不均匀度鉴别材料的局部塑性变形和弹性变形, 是深入研究复杂结构材料变形机理的一种有效的通用分析方法.     

重离子碰撞两体关联输运理论──Ⅰ.理论模型:相干态表象的构造与基本运动方程

应用相干态表象和两体关联动力学,建立了非相对论重离子碰撞两体关联输运理论TBCTT(Two—Body Correlation Transport Theory).这一理论包括了时间相关的平均场.泡利阻塞和两体碰撞效应,它能够描述重离子碰撞过程中非均匀核物质的演化、涨落效应和碎裂的动力学形成.     

原子核物理中的协变密度泛函理论

文章介绍了原子核协变密度泛函理论的历史发展、理论框架、对原子核基态和激发态的描述以及在一些交叉学科领域的应用。首先,通过回顾原子核物理研究中的几个重要里程碑并结合二十一世纪原子核物理面临的机遇和挑战,对当前核物理的研究热点和重要课题进行了介绍。随后系统介绍了原子核协变密度泛函理论,内容包括协变密度泛函理论的历史发展、一般理论公式、介子交换模型、点耦合模型、交换项、张量相互作用、物理观测量的计算公式等。协变密度泛函理论的应用包括原子核基态性质和激发态性质的描述以及在核天体物理与标准模型检验中的应用。其中,基态性质包括原子核结合能、半径、单粒子能级、共振态、磁矩、晕现象等。激发态性质包括原子核磁转动、低激发态性质、集体转动、量子相变、集体振动等。在核天体物理与标准模型检验的应用中,主要以核纪年法测算宇宙年龄和Cabibbo-Kobayashi-Maskawa矩阵的幺正性检验等为例,介绍协变密度泛函理论在交叉学科领域的应用。