资源描述：
《多尺度科学的研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第17卷第2期化学进展Vol.17No.22005年3月PROGRESSINCHEMISTRYMar.,20053多尺度科学的研究进展33柴立和(天津大学环境科学与工程学院天津300072)摘要近些年来,化学家们开始关注多尺度现象,而在更广泛的意义上是关注一门新学科———多尺度科学———研究具有广泛时空尺度耦合现象的科学。本文分析了包括化学在内的各个学科中的多尺度现象,讨论了多尺度研究的几个主要内容和方法并展望了它的未来。我们认为,多尺度科学应作为一门独立的科学来对待,多尺度现象将是21世纪科学家们面临的最
2、大挑战。关键词多尺度复杂性非线性中图分类号:B023;O64文献标识码:A文章编号:10052281X(2005)0220186206RecentProgressofMultiscaleScience33ChaiLihe(SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)AbstractInrecentyears,chemistshavepaidmuchattentiontomultiscalep
3、henomena,moregenerallymultiscalescienceinvestigatingcoupledcross2scalesproblems.Themultiscalephenomenaofallkindsoffields,includingchemistryisanalyzed.Aresearchframeworkformultiscalestudiesisproposedandpossiblefrontiersformultiscalesciencearepre2dicted.Weem
4、phasizethatmultiscalephenomenaarethemostchallengingandmultiscalescienceshouldbetreatedasapromisingindependentsubject.Keywordsmultiscale;complexity;nonlinear学、生命科学、信息科学、材料科学等高新领域之间[1,2]一、多尺度现象是复杂性科学的核心的一个横断学科,被誉于“21世纪的科学”。自近代科学诞生以来的研究中,人们对客观对复杂系统的非线性、非平衡性、不
5、可逆性、开放象的分析主要运用还原法,即便20世纪的相对论和性、多层次性、动态性、自组织性、临界性、自相似性、量子力学这两大革命也是如此。而人类面临的实际统计性等特征向现有的科学理论提出了巨大的挑系统是复杂多变的,是一个涉及到多种因素和多方战。这些挑战以复杂系统最本质的特征即多尺度性面相互作用的复杂系统,需要结合还原论和整体论为核心,毋庸置疑,多尺度是贯串非线性和复杂性问[3]去把握。近20年来以复杂现象为研究对象的复杂题的一个最核心的红线。显然,对习惯研究单一性科学已经引起了国际社会众多有识之士的高度关尺度
6、的人们来说,在对待多尺度问题上,研究方法上注,目前国际上已经掀起了一股研究复杂性和非线还需要更大的突破。性问题的热潮,并正在与各门学科进行交叉,数学家、物理学家、化学家、生物学家、经济学家和计算学二、多尺度现象是一个跨学科的研究课题家等都在共同开展这一问题的研究。复杂性科学将多尺度现象不是一个新事物,它是一个存在于成为一个驾驭在21世纪数学、物理学、化学、地球科我们客观世界所固有的普遍现象,但引起科学家们收稿:2004年5月,收修改稿:2004年9月3天津大学杰出人才引进基金和教育部留学回国人员科研启动基金
7、资助33通讯联系人e2mail:lhchai@tju.edu.cn第2期柴立和多尺度科学的研究进展·187·注意却是近几年的事。这得益于数学、物理学、化如何联系的,星系中的恒星是如何形成的,恒星的形[42]学、材料科学、生物学、流体力学等各个领域科学家成又是如何影响星系形成的等。的共同努力。多尺度现象是一个名副其实的跨学科另外,在地学领域,多尺度也是普遍的研究课研究课题。题,地球的结构、地貌、河流的结构等等,无一不是人[43—49]在数学领域有两个重要前沿:一是数学与化学、们关心的多尺度问题。在生物领域,应
8、力和细物理学、生命科学、信息科学、材料科学等其他学科胞生长的关系、组织工程、微小生物的特异性质等牵[4,5]相互交叉而产生许多新的应用数学问题的研究;涉到从毫米、到微米、到纳米的多尺度结构,目前的二是离散问题、随机问题、量子问题以及大量非线性重点是研究这些结构的形成机制、演化和作用,以达[6,7][50,51]现象中的数学理论和方法的研究。这两个前沿到理解自然和进行有效仿生的目的。即便在人涉及的核心都是要求发展多
