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《多尺度科學(xué)的研究進展》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第17卷第2期化學(xué)進展Vol.17No.22005年3月PROGRESSINCHEMISTRYMar.,20053多尺度科學(xué)的研究進展33柴立和(天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院天津300072)摘要近些年來,化學(xué)家們開始關(guān)注多尺度現(xiàn)象,而在更廣泛的意義上是關(guān)注一門新學(xué)科———多尺度科學(xué)———研究具有廣泛時空尺度耦合現(xiàn)象的科學(xué)。本文分析了包括化學(xué)在內(nèi)的各個學(xué)科中的多尺度現(xiàn)象,討論了多尺度研究的幾個主要內(nèi)容和方法并展望了它的未來。我們認為,多尺度科學(xué)應(yīng)作為一門獨立的科學(xué)來對待,多尺度現(xiàn)象將是21世紀科學(xué)家們面臨的最
2、大挑戰(zhàn)。關(guān)鍵詞多尺度復(fù)雜性非線性中圖分類號:B023;O64文獻標識碼:A文章編號:10052281X(2005)0220186206RecentProgressofMultiscaleScience33ChaiLihe(SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)AbstractInrecentyears,chemistshavepaidmuchattentiontomultiscalep
3、henomena,moregenerallymultiscalescienceinvestigatingcoupledcross2scalesproblems.Themultiscalephenomenaofallkindsoffields,includingchemistryisanalyzed.Aresearchframeworkformultiscalestudiesisproposedandpossiblefrontiersformultiscalesciencearepre2dicted.Weem
4、phasizethatmultiscalephenomenaarethemostchallengingandmultiscalescienceshouldbetreatedasapromisingindependentsubject.Keywordsmultiscale;complexity;nonlinear學(xué)、生命科學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)等高新領(lǐng)域之間[1,2]一、多尺度現(xiàn)象是復(fù)雜性科學(xué)的核心的一個橫斷學(xué)科,被譽于“21世紀的科學(xué)”。自近代科學(xué)誕生以來的研究中,人們對客觀對復(fù)雜系統(tǒng)的非線性、非平衡性、不
5、可逆性、開放象的分析主要運用還原法,即便20世紀的相對論和性、多層次性、動態(tài)性、自組織性、臨界性、自相似性、量子力學(xué)這兩大革命也是如此。而人類面臨的實際統(tǒng)計性等特征向現(xiàn)有的科學(xué)理論提出了巨大的挑系統(tǒng)是復(fù)雜多變的,是一個涉及到多種因素和多方戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)以復(fù)雜系統(tǒng)最本質(zhì)的特征即多尺度性面相互作用的復(fù)雜系統(tǒng),需要結(jié)合還原論和整體論為核心,毋庸置疑,多尺度是貫串非線性和復(fù)雜性問[3]去把握。近20年來以復(fù)雜現(xiàn)象為研究對象的復(fù)雜題的一個最核心的紅線。顯然,對習(xí)慣研究單一性科學(xué)已經(jīng)引起了國際社會眾多有識之士的高度關(guān)尺度
6、的人們來說,在對待多尺度問題上,研究方法上注,目前國際上已經(jīng)掀起了一股研究復(fù)雜性和非線還需要更大的突破。性問題的熱潮,并正在與各門學(xué)科進行交叉,數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、化學(xué)家、生物學(xué)家、經(jīng)濟學(xué)家和計算學(xué)二、多尺度現(xiàn)象是一個跨學(xué)科的研究課題家等都在共同開展這一問題的研究。復(fù)雜性科學(xué)將多尺度現(xiàn)象不是一個新事物,它是一個存在于成為一個駕馭在21世紀數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、地球科我們客觀世界所固有的普遍現(xiàn)象,但引起科學(xué)家們收稿:2004年5月,收修改稿:2004年9月3天津大學(xué)杰出人才引進基金和教育部留學(xué)回國人員科研啟動基金
7、資助33通訊聯(lián)系人e2mail:lhchai@tju.edu.cn第2期柴立和多尺度科學(xué)的研究進展·187·注意卻是近幾年的事。這得益于數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化如何聯(lián)系的,星系中的恒星是如何形成的,恒星的形[42]學(xué)、材料科學(xué)、生物學(xué)、流體力學(xué)等各個領(lǐng)域科學(xué)家成又是如何影響星系形成的等。的共同努力。多尺度現(xiàn)象是一個名副其實的跨學(xué)科另外,在地學(xué)領(lǐng)域,多尺度也是普遍的研究課研究課題。題,地球的結(jié)構(gòu)、地貌、河流的結(jié)構(gòu)等等,無一不是人[43—49]在數(shù)學(xué)領(lǐng)域有兩個重要前沿:一是數(shù)學(xué)與化學(xué)、們關(guān)心的多尺度問題。在生物領(lǐng)域,應(yīng)
8、力和細物理學(xué)、生命科學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)等其他學(xué)科胞生長的關(guān)系、組織工程、微小生物的特異性質(zhì)等牽[4,5]相互交叉而產(chǎn)生許多新的應(yīng)用數(shù)學(xué)問題的研究;涉到從毫米、到微米、到納米的多尺度結(jié)構(gòu),目前的二是離散問題、隨機問題、量子問題以及大量非線性重點是研究這些結(jié)構(gòu)的形成機制、演化和作用,以達[6,7][50,51]現(xiàn)象中的數(shù)學(xué)理論和方法的研究。這兩個前沿到理解自然和進行有效仿生的目的。即便在人涉及的核心都是要求發(fā)展多
