复杂性科学中从简单到复杂的自然法则的研究及其结果

一、引　言　　复杂性科学已经成为最受关注的新兴交叉学科之一 .许多杰出的科学家为发展复杂性科学进行了不懈的努力 .特别是 ,在中国 ,钱学森、戴汝为、于景元等著名科学家、学者积极倡导和开展复杂巨系统科学的研究 ,提出了从定性到定量综合集成研讨厅体系 ;在美国 ,闻名于世的罗斯阿乐莫斯国家实验室 (ＬｏｓＡｌａｍｏｕｓＮａｔｉｏｎａｌＬａｂ .)的几位元老 ,联合一些不同学科领域的科学家 ,包括几位诺贝尔奖获得者 ,一起创立了圣塔菲研究院 (ＳａｎｔａＦｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅ) ,旨在创立和发展复杂性科学 .然而 ,迄今为止 ,复杂性…     

复杂性问题研究综述：概念及研究方法

复杂性问题研究是近年来的科研热点之一。然而由于研究背景的不同,有关概念和研究方法既存在着一定的联系,又有着千差万别和不相统一之处。本文试图概括总结国内外有关复杂性研究的工作,从而在学术思想方面有一条清晰的线索。我们认为,我国著名科学家钱学森提出的复杂性是开放复杂巨系统的动力学特性这一观点,较全面地概括了国内外关子混沌理论、反混沌理论等与复杂性研究相关的工作。并提出,从定性到定量的综合集成技术是分析开放复杂巨系统的有效工具,从而开辟了探索复杂性的一条可行之路。     

一个科学新领域——开放的复杂巨系统及其方法论

新年伊始,我们很高兴能将著名科学家钱学森等人的《一个科学新领域——开放的复杂巨系统及其方法论》奉献给广大读者。在这篇文章中,作者对系统科学的一个很大的新领域,开放的复杂巨系统,及其研究方法,定性定量相结合的综合集成方法,进行了详尽的讨论,并对其研究的意义,作了精辞的阐述。特别是这种研究及其方法论的建立,为实现马克思关于自然科学把关于人类的科学总括在自己下面的预言,找到了科学的和现实可行的途径与方法,其意义是极其重大且深远的。     

令人关注的复杂性科学和复杂性研究

20世纪80年代兴起的复杂性科学及其复杂性研究，引起国内外的极大关注，正不断地与各川学科和领域（包括自然科学、社会经济科学和人文科学）进行广泛的交叉和融合，向新世纪科学技术提出了巨大的挑战。本文首先提出产生复杂性的总根源和新世纪科学技术面临的巨大挑战。从物理上考察分析了复杂性的若干共同的基本特征，主要表现在“十大特性”上：非线性、多样性、多层性、多变性、整体性、统计性、自相似性、非对称性（对称破缺）、不可逆性和自组织临界性。简要讨论了产生复杂性的物理机制及转变的某些方式。然后以一些典型的复杂系统为例，分析了混沌系统和湍流系统、洁净核能系统和激光阵列等复杂系统中复杂性的主要表现特点及其控制策略。最后，初议了复杂系统的可能分类方法和复杂性科学需要共同研究的一些主要内容和涉及的课题范围，指出复杂性科学今后发展的趋势。     

科学与政治:美国科学政策之争

<正>美国总统巴拉克·奥巴马曾经承诺,在他的任期内美国科学将进入一个新的充满诚信和开放的时代。现在,在政府部门工作的科学家在询问:究竟哪些东西发生了改变?罗伯特·沃尔(Robert Wall)在学术报告的第11张幻灯片中只写了三句话:"羊和牛早在1980年就已经被克隆了;而80年代产生的克隆动物似乎已经被人们食用多年了;为什么现在还有大量关于克隆的争议呢?"     

普里戈金的科学贡献

2003年5月28日，世界著名科学家普里戈金(I．Prigogine)博士病逝于布鲁塞尔。普里戈金是非平衡系统热力学与耗散结构理论的奠基人，以此为基础而开创的复杂性科学研究，已成为21世纪的科学前沿，深刻地影响着当今科学与技术发展的各个方面。     

从基于逻辑的人工智能到社会智能的发展

本文从思维科学和系统科学交叉发展的观点回顾人工智能半个世纪发展的历程它经历了以“物理符号系统”为假设的传统人工智能(逻辑思维的模拟);人工神经网络为代表的分布式人工智能(形象思维的模拟);现场人工智能(逻辑思维、形象思维与运行环境相结合的模拟);智能体技术、人工社会研究所涌现的社会智能(社会思维和群体智慧与运行环境相结合的模拟)。钱学森于1990年发表了开放的复杂巨系统及处理这类系统有关复杂问题的方法论,接着提出我们要研究的不是智能计算机,是人机结合的智能系统,以此为基础,建立了信息空间综合集成研讨体系(CyberspaceforWorkshopofMetasyntheticEngineering),为社会智能涌现提供了可操作的技术平台[1]。     

地球系统科学(ESS)与网格(Grid)技术

地球系统科学的提出,极大地改变了人们的研究和思维方式,同时也成为促生网格技术的重要因素之一.本文通过研究认为,地球系统科学和网格技术都是复杂的巨系统,二者的结合将是21世纪的重要事件.网格技术将为20世纪遗留下来的世界性地球科学难题(如全球变化、地震预报和宇宙起源等)提供最有力的技术支持.     

复杂生物系统及其二分演化机制

介绍了复杂系统和复杂性的概念 ,考察了生物系统中的复杂性特征 ,指出生物系统是具有自组织性和复杂性的开放动力系统 .以二分演化模式为指导 ,探索了复杂生物系统的基本演化机制     

复杂性——未来大科学的图景

任何定义不明确的概念都有被滥用的危险。这句话对于复杂性科学来说再恰当不过了。因为这样一个渗透了从物理学到语言学广泛智能领域的内在跨学科概念,却没有系统的基础理论。时下,许多人常爱把“复杂性科学”这个术语挂在嘴边,为的只是引人注意或筹集资金。一时间,能与复杂系统沾点边的学会和研究网络便如雨后春笋般冒了出来。     

系统科学与天、地、生相互关系研究

围绕事物演化的不可逆性的研究,从60年代末到目前,非平衡统计物理得到了高速发展,不仅在物理学,而且在化学、生物、天文、地质甚至经济等社会科学得到了广泛推广和应用。因为它们是通过研究巨系统(系指所研究系统及外部环境总体)内部各子系统相关关系而确定系统的整体性质的,所以又称为系统科学。当前,系统科学包括“信息论”、“控制论”、“一般系统论”、“非平衡系统的自组织”即     

科学中的交流与合作

<正>在崇尚独创性与优先权的科学传统中,竞争看起来似乎更能激发科学家的积极性,有研究者就认为科学中心的发展与衰落始终和科学社会系统中的竞争程度紧密相连。然而,在当今科学体系日益复杂的大科学时代,交流与合作也同样是科学发展的应有     

转变年代的科学

我们的时代是以多种概念和方法的相互冲击与汇合为特征的时代。普里高津因提出耗散结构理论而荣获诺贝尔奖,他在与尼科里斯合著的《探索复杂性》一书中论述了非平衡现象物理学、动力系统数学与实验科学之间的冲击与汇合,阐明了非线性与非平衡这两个要素在客观世界中的自组织和复杂性中所起的作用,介绍了耗散结构理论的新发展。蒙作者厚意,将这本尚未出版的著作的前言“转变年代的科学”交我刊在本期先行发表。     

走向新的综合:生命科学领域的小科学与大科学之关系

当科学家温伯格(Alvin Weinberg)在1950年代发明“大科学”(big science)一词时，他指的是大型火箭和高能加速器等大科学装置。显然，在那个时代，只有高能物理学被科学界公认为是大科学。随着人类基因组计划的实施和后基因组时代的来临，大科学也成为了生命科学的一个重要组成部分。从这个意义上说，笔者在《科学》上的“后基因组时代的思考”专栏就是围绕着“大科学”展开的。最近，笔者有机会读到蒲慕明教授为英国《自然》周刊撰写的一篇评论——“大科学，小科学”，感到该文提出了许多值得讨论的观点和问题。因此，笔者借此专栏提出一些个人的看法，供蒲慕明教授以及其他关心此事的人参考。     

纳米安全性研究的方法论思考

近年来纳米安全性研究已引起国内外广泛关注, 我国科学家在这一领域已做了大量重要工作. 然而, 从科学方法论角度来看, 现有的研究主要还局限于还原论方法. 实际上, 纳米安全性问题不仅涉及不同学科, 而且其研究对象涉及自然界、人与社会这样复杂的巨系统. 因此, 为了真正解决现实世界中的纳米安全性问题, 需要在方法论上有所突破, 在重视分析还原、寻找确切的因果联系的同时, 也要关注整体性、复杂性和不确定性. 开展跨学科、跨层次的综合研究, 还需要政府、企业、公众与研究人员共同努力.     

英国脱欧后,科学脱不脱?

正7月23日,英国宣布退出欧盟的一个月后,大约4 500名科学家和科学界人士将汇聚英国曼彻斯特,参加欧洲科学开放论坛(Euro Science Open Fo rum)的开幕,这是欧洲最盛大的交叉学科研究会议。英国退出欧盟的投票和关于英国新首相特雷莎·梅的未来规划的问题必然为会议议程蒙上一层阴影,英国退出欧盟令欧洲科学界和各领域人士深表担忧。然而欧洲科学开放论坛项目委员会主席耶日·兰格(Jerzy Langer)却认为,会议目前已经有了     

联盟促成开放科学的5种方式

<正>"利益相关者合作联盟"的乔尔·卡切尔-格尔圣菲尔德(Joel Cutcher-Gershenfeld)及同事们写道,对50多个协作项目的分析揭示了开放科学得以实现的秘密。在美国国家科学基金会(NSF)2013年关于地球科学中实物样本再利用的研讨会上,一位青年研究者提及有一位资深科学家曾这样对他说:"我将用冰冷的死亡之手握着自己的硬盘驱动器走入坟墓。"数据库、元数据、模型、软件和其他资源的共     

地球科学与非线性科学

地球系统包括岩石圈、水圈、气圈、生物圈.人类活动、气候和环境变化已迫使科学家研究这四大圈的相互作用.将地球科学和非线性科学联系起来主要有三个方面:(1)地球系统跨越很宽的时空尺度.从湍流到地幔对流,从植物的季节性循环到地球和生命的起源,其时空尺度跨越10~9量级以上.     

2021年诺贝尔物理学奖：复杂系统科学的新纪元

2021年度诺贝尔物理学奖授予3位科学家，以表彰他们“对理解复杂物理系统的开创性贡献”。真锅淑郎(Syukuro Manabe)和克劳斯?哈塞尔曼(Klaus Hasselmann)共同分享了1/2的奖金，获奖理由是“对地球气候建立物理模型、量化可变性并可靠地预测全球变暖”。乔治?帕里西 (Giorgio Parisi)获得另外1/2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”。文章介绍了这几位科学家的工作以及他们的贡献。     

高性能计算机与计算科学

<正> 1 引言 在本世纪40年代末50年代初,电子数字计算机刚刚问世的时候,科学和工程计算问题是它唯一的应用领域。50年后的今天,计算机无论在性能还是应用方面都有了突飞猛进的发展,但科学与工程计算仍然是它的重要应用领域之一,尤其是高性能计算机的主要应用领域。 70年代中期以后,出现了以Cray计算机系列为代表的超级计算机。随着可解问题规模的增大,计算本身成了科学研究工作中不可分割的一个重要部分,从而形成了独立于理论科学和实验科学之外的第三类科学,即计算科学(computational science)。计算科学与理论和实验科学的相互作用是很强的:理论科学提出数据模型供计算科学用数值方法解决,而这种