本报讯(通讯员赵展 马怡秋 记者张雯怡)没有指挥,鸟群飞行的阵型为何能快速改变?飞翔过程中,鸟群如何一起转向而不相互碰撞?现实世界中,许多看似复杂无序的表象下是否隐藏着简洁普适的恒定规律?3月29日,诺贝尔物理学奖获得者乔治·帕里西教授在云端讲授“跨尺度‘复杂系统’:探略世界中最简科学规律”。400多名师生线上聆听讲座并参与互动。
帕里西的研究领域跨越基本粒子和量子场论、统计物理、凝聚态和复杂系统。他认为,跨不同领域研究可以帮助寻找不同尺度系统中的物理现象的联系,进而获得启发并得到重要发现。帕里西简要介绍了复杂系统物理问题研究的重要性及可能产生的影响。
讲座中,帕里西介绍了关于椋鸟群集体行为的研究。由数百只椋鸟构成的椋鸟群在受到外界的鹰隼攻击的情态下会迅速调整鸟群的形状,避开攻击以减少损失。每个椋鸟实际上只会和其附近的椋鸟之间进行信息的交流。这种局域的信息交流是如何以极快的速度影响整个鸟群的行为便成了一个有趣的复杂系统问题。帕里西团队希望解答这一问题,并且能够在计算机上模拟鸟群及类似的动物群体的集体行为。
帕里西设计了精巧的实验,对鸟群中椋鸟的位置进行拍摄,并获得了椋鸟集体行为的定量实验结果。他分享了团队建立数值模型的研究过程,并展示了鸟群运动的截面,以及数千只鸟如何通过局域的相互信息交流形成一个具有临界性质的整体。综合这些研究发现,椋鸟个体之间相互作用对鸟群的集体行为有很大影响。
据悉,乔治·帕里西是意大利理论物理学家,因发现了“从原子尺度到行星尺度的物理系统中的无序和涨落的相互作用”被授予 2021 年度诺贝尔物理学奖。此 外 ,他 还 曾 获 得 Dirac 奖 、费 米 奖 、Heineman 数学物理奖、沃尔夫奖等。帕里西最著名的工作是发现了具有无序性的自旋玻璃系统中隐藏的对称性破缺行为,并由此发展出一种包含许多不同复杂系统的有序和随机现象的理论,成为复杂系统理论的基础。这不仅对物理学研究有重大意义,也推动了数学、生物学、神经科学和机器学习等研究领域的发展。