科學、工程和社會中的復(fù)雜系統(tǒng)是否有共性規(guī)律？有望解答這一問題的介科學概念是如何提出的？對于人類可持續(xù)發(fā)展及科學研究范式的轉(zhuǎn)變有何意義？中國科學院院士、過程工程研究所研究員李靜海詳細解讀了介科學概念的產(chǎn)生、應(yīng)用及發(fā)展路徑，并對介科學在更多學科領(lǐng)域的應(yīng)用和未來發(fā)展進行了全面展望。11月13日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《英國皇家學會會報A》（Proceedings of the Royal Society A）上。
該文章通過回顧四十余年的研究過程，梳理了激發(fā)這項工作的起因以及思維方式如何從一個具體的工程問題研究逐步演化為跨學科的概念，進而找到目前和未來研究的焦點和擴展方向，以此闡明將具體工程問題與基礎(chǔ)科學中缺失的環(huán)節(jié)聯(lián)系起來進行研究的重要性，以及介科學在解析復(fù)雜系統(tǒng)可能存在的共性規(guī)律和潛在應(yīng)用方面的價值所在。
受化學工程中常見的氣固流態(tài)化過程中富含氣體和固體的兩相結(jié)構(gòu)相互作用的啟發(fā)，研究團隊認識到這一過程中氣體和固體兩種控制機制存在著“競爭中的協(xié)調(diào)”（CIC），這就是CIC的起源。團隊進一步認識到這是很多系統(tǒng)固有結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的共同規(guī)律，并通過能量最小多尺度（EMMS）模型實現(xiàn)了CIC原理的第一個研究實例，數(shù)學上可表達為多目標優(yōu)化問題。該模型克服了平均方法的缺點，提高了計算過程的準確性并擴大了計算規(guī)模。這一方法隨后被擴展應(yīng)用于其他不同領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)，表明競爭中協(xié)調(diào)原理的廣泛適用性，進而提出了介科學的概念。
作者著重對未來與介科學相關(guān)的應(yīng)用和發(fā)展進行了比較全面的展望，包括如何擴展介科學在應(yīng)對全球重大挑戰(zhàn)、基于競爭中協(xié)調(diào)原理的深度學習以及更多不同學科領(lǐng)域的應(yīng)用。通過對介科學的深入探究，證實基礎(chǔ)研究可以應(yīng)對各領(lǐng)域存在的本征復(fù)雜性，揭示復(fù)雜性和多樣性中存在的共同原理和簡單規(guī)律。這對于應(yīng)對人類可持續(xù)發(fā)展重大挑戰(zhàn)、轉(zhuǎn)變科學研究范式和填補現(xiàn)有知識體系在不同層次介尺度上的缺失環(huán)節(jié)都具有重要意義。
介科學概念體現(xiàn)的內(nèi)容，是值得更多知識范疇共同探討的問題，當前研究僅僅是一個開始，介科學的未來發(fā)展將為理解和解決復(fù)雜系統(tǒng)問題提供新視角。
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