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| 諾獎得主對話青年學(xué)子：鳥群行為也隱藏著大學(xué)問 |
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日前，諾貝爾物理學(xué)獎獲得者、意大利理論物理學(xué)家喬治·帕里西教授做客華中科技大學(xué)云端，做了一場題為《跨尺度“復(fù)雜系統(tǒng)”：探略世界中最簡科學(xué)規(guī)律》的講座。400多名華中科大師生聆聽講座并參與線上互動。
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鳥群變化。華中科大供圖。
喬治·帕里西是意大利理論物理學(xué)家，2021年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者，意大利猞猁之眼國家科學(xué)院院士，法國科學(xué)院外籍院士、美國國家科學(xué)院院士。2021年，他因發(fā)現(xiàn)了“從原子尺度到行星尺度的物理系統(tǒng)中的無序和漲落的相互作用”被授予諾貝爾物理學(xué)獎。除了諾貝爾獎外，喬治·帕利西還曾獲得Dirac獎、費米獎、Heineman數(shù)學(xué)物理獎、沃爾夫獎等。
帕里西最著名的工作是發(fā)現(xiàn)了具有無序性的自旋玻璃系統(tǒng)中隱藏的對稱性破缺行為，并由此發(fā)展出一種包含許多不同復(fù)雜系統(tǒng)的有序和隨機(jī)現(xiàn)象的理論，成為復(fù)雜系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)。這不僅影響了物理學(xué)研究，也對數(shù)學(xué)、生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)等研究領(lǐng)域產(chǎn)生了影響。
講座中，帕里西首先回顧了他獨特的研究歷程。他的研究領(lǐng)域不斷變換，從基本粒子和量子場論，再到統(tǒng)計物理、凝聚態(tài)和復(fù)雜系統(tǒng)。帕里西認(rèn)為，跨不同領(lǐng)域研究可以幫助尋找不同尺度系統(tǒng)中物理現(xiàn)象的聯(lián)系，進(jìn)而獲得啟發(fā)并得到重要發(fā)現(xiàn)。
在講座的主體部分，帕里西詳細(xì)介紹了其團(tuán)隊關(guān)于椋鳥群集體行為的研究。該團(tuán)隊注意到，由數(shù)百只椋鳥構(gòu)成的椋鳥群在受到鷹隼攻擊時，會迅速調(diào)整鳥群的形狀，避開鷹隼攻擊以減少損失。在此過程中，每只椋鳥實際上只會和其附近的椋鳥進(jìn)行信息交流。這種局域的信息交流如何以極快的速度影響整個鳥群的行為，便成了一個有趣的復(fù)雜系統(tǒng)問題?？茖W(xué)家們希望解答這一問題，并且能夠在計算機(jī)上模擬鳥群和類似動物群體的集體行為。
為此，帕里西設(shè)計了精巧的實驗，對鳥群中椋鳥的位置進(jìn)行拍攝，并以此獲得了椋鳥集體行為的定量實驗結(jié)果。他分享了團(tuán)隊建立數(shù)值模型的研究過程，并展示了團(tuán)隊獲得的鳥群運動截面，展示了數(shù)千只鳥如何通過局域的相互信息交流，形成一個具有臨界性質(zhì)的整體。從這些結(jié)果中可以看到，鳥群的集體行為從個體間相互作用的過程中涌現(xiàn)出來。
“通過這次講座，我了解到鳥群行為中隱藏的規(guī)律，以及它與統(tǒng)計物理學(xué)的緊密聯(lián)系。這種全新的認(rèn)識角度和思考方式對我很有啟發(fā)。”華中科大物理學(xué)院研究生李香北表示。
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(資料圖)
