自旋|从“5获”诺奖谈起|汪卫华院士:无序中找有序,复杂中寻规律( 二 )


他对自旋玻璃本质的发现如此深入 , 以至于这个理论不仅影响了物理学界 , 同时影响了数学、生物学、神经科学甚至机器学习 。 在计算机科学研究领域 , 帕里西的方法也有着重要应用 。
这是由于这些领域研究的问题均与阻挫行为有关 。
帕里西研究了许多其他复杂现象 , 所有复杂的系统都是随机、紊乱的 , 都由许多相互作用的不同部分组成 , 很难用数学来描述这些现象 , 随机的过程在结构的创建和发展过程中起着决定性作用 。
复杂系统也是一个涵盖多个学科的交叉领域 , 它并没有一个明确的、通用的定义 。
帕里西定义了复杂系统:如果一个系统的行为在很大程度上依赖于系统的细节 , 那么它就是复杂的 。 他进而将复杂系统行为的研究看作是一场概念的革命、一场范式的转变 。
以往的科学家往往想用最自然的方式理解这个世界 , 也就是说如果我们想办法了解系统的各个组成部分 , 并且明白它们是如何整合在一起的 , 那么我们便能理解这个系统了 , 这就是还原论的思想 。
然而 , 在处理复杂系统问题时 , 还原论失败了 。
可以设想一下 , 如果一个系统对初始条件极其敏感 , 微小的变化会导致巨大的不同(混沌) , 那么人们将很难对此进行数值模拟 , 仅仅通过对简单个体行为的研究已远不能理解复杂的集体行为 。
我们的生活中充满了各种各样的复杂系统 , 从蝴蝶效应和湍流 , 到沙子的阻塞行为 , 到候鸟的集群效应、冰河时代的变迁 , 再到复杂的神经网络 , 所有由个体简单行为相互作用产生的集体行为系统 , 都可以称为复杂系统 。
在材料科学领域 , 典型的复杂无序体系即为各种各样的玻璃态物质 , 比如地球上久远存在的黑曜石玻璃 , 还有人们广泛使用的硅化物玻璃、新型的金属玻璃等 。
材料学中的复杂体系为普遍规律的研究提供了简单而丰富的模型体系 。
比如我们可以使用小球模型描述玻璃物质的形成过程:在温度较高或者说体积很大的时候 , 这些小球彼此分散 , 而当温度下降或者压力升高时 , 这些小球将会逐渐凝聚为固体 , 这些固体通常会凝聚为晶体 , 如果过程足够迅速 , 这些小球将形成一种无序的不规则状态即非晶状态 。
事实上 , 现在科学已经证明几乎任何物质包括单质的金属在足够快的冷却速度下都可以变成无序的非晶态 。
如果重复这一过程 , 尽管小球仍然以无序的方式堆积 , 却会呈现出新的不同的图案 。
为什么会产生不同的结果呢?帕里西的工作即在这些看似无关的不同无序图案中发现了隐藏的结构和隐藏的规律 , 并找到了一种数学描述方法 。
列举的这些复杂体系似乎与自旋玻璃相去甚远 , 然而 , 帕里西是个思维很跳跃的物理学家 , 他能从一个问题很自然地联系到另一个问题 。

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