拨开重重迷雾 如何在“混沌的边缘”预测未来

  智能化将是复杂系统研究未来发展的一大方向。未来无论是5G、6G,还是工业互联网,人类的生产生活方式都将随着复杂系统研究的进展发生重大变化。

  ——兰岳恒 北京邮电大学理学院物理系教授

  北京时间10月5日,瑞典皇家科学院公布2021年诺贝尔物理学奖得主。今年的诺贝尔物理学奖颁给了两组科学家,真锅淑郎与克劳斯·哈塞尔曼,以及乔治·帕里西,“以表彰他们为我们理解复杂物理系统所作出的开创性贡献。”

  三位获奖者的研究领域从宏观的气候变化到微观的粒子运动,跨度巨大,但其背后都指向了同一个方向,对复杂系统的研究。

  这也正反映出当下复杂系统研究的一大特点:覆盖广泛,兼容并包。而我们的生活其实也早已在不知不觉中被复杂系统所包围。

  在混沌与平衡之间

  要理解复杂系统,需要先从它的一端,即混沌开始说起。

  “在巴西的一只蝴蝶扇动一次翅膀,会引起德克萨斯州的龙卷风吗?”这句今天被形容为蝴蝶效应的经典名言,最早是气象学家爱德华·洛伦茨撰写的一篇关于混沌学的论文题目。

  混沌系统中蝴蝶效应的发现实属巧合。洛伦茨1963年在研究大气运动时,提出了一个经过简化,仅保留有三个变量的数学模型。在第一次计算中,他输入初始值0.506127,得到了一个确定的结果。在随后的第二次计算中,他省略掉了小数点最后三位,只输入了0.506,但这次微不足道的“四舍五入”,却导致第二次得到的结果与第一次产生巨大差异。

  洛伦茨认为这不可思议,仅仅千分之一的误差为何会给结果带来如此显著的差异?他和同事立即进行反复验证和仿真计算,最终得出结论,该数学模型对初始值的差异具有极高的敏感性。即使再微小的不同,经过多次累加、迭代后,最终也能造成计算结果的巨大差异。这种蝴蝶效应,便反映出了混沌系统的重要特征之一:不可预测性。

  而复杂系统的另一头是确定与平衡。北京邮电大学理学院物理系教授兰岳恒举了个例子,当一个房间内的气体处于均匀的平衡态时,我们便可以通过简单的公式直接计算出气体的体积、压强、质量等,并且答案是唯一且确定的。而任何处于均衡、稳定状态的物质都是如此。这便是日常生活中最常见的平衡态。

  复杂恰恰位于混沌与稳定之间。由此,复杂系统科学家朗顿便将复杂系统称为“混沌的边缘”,形象地描绘出了复杂系统的核心属性。

  兰岳恒认为,确定一个系统是复杂系统,要求其必须要具备复杂的结构和功能。首先是复杂的结构,这要求复杂系统内部的个体并非各自独立,而是能够产生相互作用的,并且因此形成相互关联的、具有层次性的结构。而在此基础之上,相互联系且具有层次性的个体会具有对外界的适应性功能,会随着外界因素的变化而改变,兰岳恒称之为复杂系统的弹性,其本质上是一种不确定性。

  他们这样描述复杂系统

  复杂系统是如此复杂,而要精准描述一个复杂系统更是难上加难。此次获得诺贝尔物理学奖的两组科学家,均在各自领域内为精准描述复杂系统作出了突出贡献。

  气候是典型的复杂系统。当我们对气候进行长期预测时,既要考虑时间尺度上长期影响气候的如二氧化碳排放等累积问题,也要考虑空间尺度上的突发事件,如某次并不起眼的台风的影响。

  此前关于气候的研究多从统计研究出发,根据历史数据推测未来状态。但气候是一个长期变化且连续的复杂系统,其自身内部所产生的变化,同样也在对它自身的未来造成影响,仅仅依靠统计数据无法准确预测未来趋势。

  兰岳恒指出,此次获奖的真锅淑郎与哈塞尔曼,便是将短期的天气变化作为一种背景噪声,并将其同长期的气候变化结合起来,将时间尺度与空间尺度相结合,构建出了相对完善的气候模型。

  诺贝尔奖官网在对这一成果的介绍中运用了一个巧妙的比喻。其解释道,对气候进行预测就像是人在遛狗时,通过狗的足迹来预测人的行走路径。宠物狗看似混乱的足迹便是天气“噪声”,但如果我们将时间拉长,尺度放大,这看上去混乱无序的噪声,同样也可以反映出气候的长期变化趋势,就像我们可以通过狗的足迹来辨别人的运动路径。

  而哈塞尔曼实现这一目的的方法,是采用随机微分方程来描述一个随机气候模型。随机微分方程的每次积分都有不同的实现形式,这决定了其构建的气候模型像真实气候环境一样,存在着不确定性,并且这种不确定性进而对气候本身产生影响,从而真实模拟出了气候在时间和空间尺度下的变化趋势。而通过这一模型,哈塞尔曼得以将人类活动对气候的影响同自然状况下的气候变化分离开来,更好地判断人类活动究竟是如何影响气候变化的。

  相比真锅淑郎与哈塞尔曼,帕里西的研究更具理论价值。

  自旋玻璃是一种典型的非平衡态材料。所谓的非平衡态,同样可以用房间中的空气来理解。若是空气在房间中为非均匀分布,不同角落的状态、性质各不相同,那我们便无法再利用简单的数学公式对其进行直接计算,这便是一种非平衡态。

  自旋玻璃同样如此,其内部原子的分布并不均匀,并且会随温度变化而不断进行不规则运动,“总是处于一种非均质的状态”。兰岳恒认为,“帕里西的贡献就在于他考虑到了自旋玻璃的不均匀性,并且给出了每一种构型的出现几率。”再通过进一步结合统计物理学方法,便可以对此种非平衡态材料的各类性质进行计算。“帕里西的这种方法不仅可以用在自旋玻璃上,也可以用在其他很多复杂系统的研究中。”

  未来将是“复杂”的世界

  “今年北京的雨特别多,这可能就是全球气候变暖的结果。”兰岳恒认为,复杂系统的研究与人们日常生活息息相关。此次获奖的关于气候的研究正是复杂系统研究中非常重要的领域之一。“气候研究既在理论研究上具有重要意义,比如对一个旋转的球体上的流体运动进行研究,同时兼具非常大的社会价值,对整个人类的未来发展都具有重要影响。”他说。

  但他也认为,关于气候复杂系统的研究仍然任重道远,“全球气候变暖已经得到学界共识,但是关于我们是否已经突破了转变点,科学家们仍在争论。而一旦超过了转变点,我们就再也回不去了。”复杂系统研究的进展,将有助于帮助我们构建起更为精确的气候模型,从而对未来气候进行精确的预测分析,解答有关人类生存发展的重大问题。

  此外,在今年的9月16日,科技部在其网站公布了科技创新2030“脑科学与类脑研究”重大项目2021年度项目申报指南的通知,涉及59个研究领域和方向,经费预计将超过31亿元人民币。兰岳恒认为,脑科学也将是未来复杂系统领域中最具发展潜力的方向之一。“人本身就是一个复杂系统,尤其是人的大脑。将复杂系统研究应用于脑科学,既可以为治疗脑部疾病作出贡献,也可以促进人工智能的发展,是一体两翼。”

  人工智能同样也是复杂系统领域的另一大热门话题。“人工智能具备复杂系统的适应性特征,并且这是一种高级的适应性。”兰岳恒认为,智能化将是复杂系统研究未来发展的一大方向。“未来无论是5G、6G,还是工业互联网,人类的生产生活方式都将随着复杂系统研究的进展发生重大变化。”

  洛伦茨曾经说过,“人们经常会看到,纯理论研究的一点点成果,也许在很长时间之后,会产生连做该研究的科学家都始料不及的实际应用。”这句话用蝴蝶效应完美诠释了理论研究对于社会发展、人类进步的重大潜在推动力。科学理论的一小步,便有可能是人类发展的一大步。

  来源:科技日报

李湘在自己的社交平台分享了女儿王诗龄的照片,并配文,“每当别人说我把你养得太娇贵,我从不反驳,我拿命换来的宝贝,何止‘娇贵’两字来诠释”。
此前,王诗龄开学时,李湘晒出的照片,就有网友发现,王诗龄穿着的校服是北京某高级国际学校的校服。据悉,这个贵族一年学费就高达23万。
不少网友看到后,都觉得李湘过于溺爱孩子,此次,似乎也是李湘作出的回应,不少网友都非常支持李湘,“只有当妈的才懂李湘的话,如果自己有钱的话也会让小孩过得像“公主”一样。
李湘和王岳伦对王诗龄真的做到了名副其实的“富养”,王诗龄的衣服、包包,甚至配饰,都远超其他孩子,生日时,李湘更是送上超大的玫瑰熊,价格近10万。
李湘曾在节目中表示,家里一个月的伙食费就7万。王诗龄一个月要花掉65万,65万还仅仅是日常开销,真是令人瞠目结舌。
不少网友觉得王诗龄还小,没有必要这样,作为家长,李湘有能力给女儿好的,我们也没必要操心了,只是希望王诗龄能够永葆童心。

【赵吉顺:坚守法治信念 融法律与民情】

赵吉顺,女,1963年出生,中共党员。现任沈阳市中级人民法院民一庭庭长,三级高级法官。

曾荣立省法院个人二等功1次、市法院个人三等功3次。获沈阳市三八红旗手、沈阳市直机关工委优秀党务工作者、沈阳市法院系统优秀法官等荣誉称号。

1986年至2021年,赵吉顺已经在沈阳市中级人民法院民商事审判和执行一线工作了三十五个年头,是一名名副其实的“资深法官”。她先后在执行二庭,民五庭、民一庭担任庭长职务,案件类型涵盖民事执行、劳动争议、侵权、环境资源审判等关乎民生的纠纷。在处理这些与百姓生活密切关的纠纷中,她时刻牢记“全心全意为人民服务”的宗旨,融法律与民情于一体,以实际行动践行人民法官为人民的铮铮誓言,展现了一名人民法官对党的事业的无限忠诚和对人民群众的无限热爱。

牢记信念 敬业奉献

在一起申请执行人为某金融机构的价值千余万元的玉米和玉米淀粉执行案件中,被执行人系从事玉米深加工的企业,其原料来源系收购当地农户的玉米,因企业经营不善,拖欠农户收购玉米款370余万元,农户情绪激动,围堵厂区大门,不让执行标的物出库,上千余万元的玉米淀粉面临变质的危险。时任执行二庭庭长的赵吉顺组织团队仅用一个多月的时间就完成对执行标的物的评估、变卖工作。在局领导的带领下,她多次与当地党委、政府和人大主要领导进行沟通,详细了解粮农需求,共同研究妥善解决矛盾冲突的方式和方法,制定了十分详细的执行工作预案。并多次做申请执行人的工作,最终申请执行人同意在其变卖的回款中优先支付粮农372万元,为切实解决老百姓的需求打下坚实基础。在执行障碍排除后,案件执行的关键环节集中在了检斤阶段,该批玉米及淀粉正常检斤出库大约需要26天时间,为最大限度减少损失,缩短执行期限,使执行标的物尽快出库变现,她与局领导及执行干警坚持每天24小时轮流值班,白天顶着烈日与值班干警并肩作战,同时按照局领导的指派负责后期组织、调度运输车辆及搬运人员,处置现场突发情况等工作。全体干警克服昼夜温差20度的恶劣环境,在执行现场连续奋战四昼夜,顺利将近5000吨的玉米和玉米淀粉交付给了买受人,使这起标的达上千万元,困扰各方当事人近一年之久,备受三级法院关注的执行案件得以圆满执结。二十多位粮农收到执行款后,集体到市法院致谢,案件的执行实现了良好的法律效果和社会效果。

践行宗旨 服务群众

2017年春节假期刚过,沈城还沉浸在节日的喜庆气氛中,赵吉顺组织劳动争议庭法官,在主管院领导的带领下,来到位于沈阳市于洪区的两家台资企业走访调研,与企业工作人员座谈,听取企业意见和建议。自2013年以来,这两家台资企业因未与劳动者签订劳动合同、未缴纳社会保险等原因,产生大量劳动争议,有70余件纠纷经市、区两级法院审理判令向劳动者支付百余万元赔偿款。2016年底,又有大量劳动者离职,并向法院提起了诉讼,企业发展面临困难。赵吉顺带领所在庭法官对两家企业的劳动争议败诉案件进行了认真梳理,对法律适用问题进行了认真研究,并借鉴北京、上海、广州、江苏等经济发达地区的做法,结合我市打造营商环境的实际需求,对相关问题统一了市区两级法院的裁判标准和尺度,此项司法举措受到企业的普遍欢迎,广大劳动者也对此表示理解和接受,企业为此少支出了800余万元。在调研指导过程中,赵吉顺带领团队还指出了案涉企业在行政管理方面存在的不足,提出改进企业经营管理的司法建议。通过上述多措并举,有力维护了我市良好的企业经营法律环境,更有利于维护两家台企职工队伍的稳定性,为此台湾集团总部研究决定向沈阳两家企业增资2000万美金。事后,沈阳台湾集团总部派副总裁向市法院赠送锦旗和感谢信,市营商办对上述司法举措表示了充分的肯定。

敢于负责 勇于创新

众所周知,环境污染问题与百姓生产、生活等方面息息相关,赵吉顺牢固树立生态文明意识,有力推进环境资源审判工作。2020年6月5日世界环境日前夕,她参加了沈阳市涉生态环境资源矛盾纠纷多元化解、多元共治座谈会,共同商谈拟定涉生态环境资源矛盾纠纷多元化解机制的具体实施方案。在世界环境日当天,与主管副院长陈青及审判员高悦共同组成合议庭,公开审理一起环境污染责任纠纷案件。案涉企业在建设过程中污染村民孙某鱼塘水质致使养殖鱼大量死亡造成经济损失。一审法院判决后,该企业不服向沈阳中院提起上诉,二审主要争议焦点为鱼塘具体财产损失数额的问题。案涉企业在2017年因污染行为受到行政机关行政处罚,但孙某诉称2018年雨季,污水再次流入鱼塘造成鱼全部死亡。本案因环境污染侵权行为持续时间较长,证据未能及时、有效固定,导致双方对财产损失数额存在较大争议,审判难度较高。二审期间,合议庭考虑环境资源审判的特点,为确保审判的科学性,积极主动作为,合议庭与水产养殖方面专家、司法鉴定人员共同到案涉鱼塘进行实地调查。在案件审理中,积极引入环境资源领域专家辅助人,为环境资源审判中的专业问题提供专家意见,确保了审判的准确性、权威性和专业性,合理保护了当事人的合法权益。

为积极引导各类主体合力化解环境资源矛盾纠纷,赵吉顺在任职民一庭庭长期间,在主管院领导的指导下,力促《沈阳市中级人民法院生态环境审判技术咨询专家库管理办法》《关于建立沈阳市生态环境资源矛盾纠纷多元化解工作机制的实施意见》两份环资审判专业文件的出台,建立起了由48名专家组成的沈阳法院环境资源审判专家库,为环境资源审判工作提供了智力保障,构建起多元共治环境治理新局面。上述文件的出台经法治日报、辽宁日报、辽沈晚报、沈阳日报等中央、省、市级多家新闻媒体报道,起到了良好的法治宣传效果,更形成生态资源保护和高质量发展合力,为人民群众铺平生产发展、生活富裕道路添砖加瓦。

后记

赵吉顺常说,法官不仅要做到实体公正、程序公正、形象公正三位一体的公正,更要有一颗善听、慎思、广阅、体恤民情之心。三十余年,赵吉顺始终坚守着亲民爱民、以人为本的宗旨,时刻把人民群众的冷暖系于心间,用实际行动证明了民有所需,我有所为,民有所呼,我有所应,让人民群众从法律的公正中感受到了司法温暖和法官情为民所系、利为民所谋、权为民所用的公仆情怀。


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