晋城：绘就环保蓝图 吹响绿色号角#环保#
“用发电的瓦，盖未来的房子。”10月12日，《科学导报》记者跟随“美丽山西 全民行动——专家媒体行”走进山西阳泰龙焱能源科技有限公司。记者在现场看到了一座会发电的房子，与普通房屋不同的是，这种会发电的房子外墙采用的是一种特殊的“砖”。“这种会发电的‘砖’其实是仿石材碲化镉薄膜太阳能组件，把它用于建筑物外墙，就能吸收光能转化成电。”山西阳泰龙焱能源科技有限公司总经理段跃军说。
在公司展厅内，碲化镉薄膜太阳能组件的屋顶被水流冲刷着，段跃军介绍说：“这个产品既发挥了建筑材料遮风、挡雨、隔热等功能，又发挥了发电的功能，使建筑物成为绿色建筑。”
助力能源革命发展
“这是一批国外的订单，要用在百叶窗上，通过碲化镉膜太阳能组件可以给屋里供电。”在阳泰龙焱的生产线上段跃军告诉记者。
人们所熟知的世界园艺博览会中国馆和大同未来能源馆就是光电建筑一体化的代表作。近年来，碲化镉光伏产品在光电建筑一体化领域大放异彩，在分布式光伏电站投资领域也时露峥嵘，人们开始对碲化镉光电产品投入了更多地关注。
山西阳泰龙焱能源科技有限公司作为山西省唯一一家碲化镉薄膜太阳能电池生产企业，目前已开发出光伏隔热组件、光伏中空玻璃窗、大面积光伏透光落地窗等20余种产品。碲化镉薄膜发电玻璃已经通过了中国金太阳、欧洲TUV、美国UL、澳洲CEC列名、加州CEC列名等国内外认证。
据悉，阳泰龙焱的碲化镉薄膜技术，所有核心工艺和设备的相关知识产权全部为自主所有，实现了关键核心技术自主可控。段跃军说：“只有把核心技术掌握在自己手里，才能牢牢掌握创新主动权和发展主动权。”
专家组成员李丽珍表示，将碲化镉薄膜太阳能电池与建筑材料相结合，推动了传统建材向高质量的新材料方向发展，实现了建筑材料的高性能化和低碳化，同时兼具美观性。既实现了建筑节材，又减少了碳排放。
近日，晋城市第八次代表大会明确了今后五年的指导思想、主要目标和重点工作。未来五年，晋城市生态环境保护工作将聚力生态环保，擦亮高质量发展新底色。
严控环保绿色投资
当古朴厚重的历史人文遇上日新月异的现代工业，是和谐共生还是难以相容？它曾首开“西电东输”先河，是中国第一个变输煤为输电的示范性工程、全国第一个跨大区远距离超高压交流发输电工程、第一个由国家电力调度通信中心直接调度的电厂。它就是与著名5A景区皇城相府比邻而居的阳城电厂。
伴随着机器的轰鸣声，阳城电厂副总工程师刘林虎向专家媒体行的成员们介绍，“在‘双碳’背景下，对环保的要求愈发严格。特别是对于紧邻景区的阳城电厂来说，环保问题显得尤为迫切，是重中之重。”
刘林虎表示，在积极打造“绿色电厂”的同时，阳城电厂主动承担社会责任，积极服务地方建设，推进“温暖阳城”建设，利用电厂余热为阳城县及周边乡镇供热供暖，供热面积达到了580万平方米。
据悉，阳城电厂向晋城市区的供热改造工程正在积极推进，该项目全部建成后，将同国投电厂形成东西两大热源联网互补的格局，助力市区范围全部实现清洁取暖，具有明显的环保效益和社会效益。
“目前已与金象煤化工签订供汽协议，项目投运后将取代4台180蒸吨燃煤锅炉，有效改善北留镇的空气质量，让皇城相府景区的天空更湛蓝、空气更清新。”刘林虎说。
“不能以眼前的经济利益来算环保账。”天一铸造有限公司董事长王全太向专家媒体行成员阐述了天一铸造的环保理念。
2020年，天一铸造被生态环境部评为山西省唯一一家A级铸管企业。
“投产以来，我们累计投入环保资金5000多万元，采用了国内最先进、最环保的标准设施和生产工艺。”据王全太介绍，天一铸造对所有生产工序进行了封闭，安装了CEMS和智能用电模块，建设了全覆盖的视频监控平台，实现了工艺车间化、物料封闭化和监控智能化。
“有些企业把环保当成了一种成本负担，但环保不能仅仅只算投入账。运营成本是有一些提高，但企业形象也随之提高，产品的市场认可度更高，品牌价值提升更快。”王全太表示，环保不是成本，而是一种责任和一项着眼于未来的投资。要以一种大胸怀、大格局和可持续发展的眼光来重新审视环保事业。
创新蝶变智能管控
“铜滓堪修古器色，旧绢可点新妆颜”。一句经典古诗形象诠释了变废为宝的神奇魅力。如今，在晋能控股装备制造集团华昱公司，这样的“神奇”每天都在上演着。在华昱公司，专家媒体行的成员们亲眼目睹了“臭煤”变身“香饽饽”的华丽蝶变。
“臭煤”即高硫煤，其燃烧过程中不仅会产生大量的二氧化硫，污染环境，而且臭气浓度较高。由于其利用价值低、污染严重、开采难度大，所以一直深埋地下，无人问津。而近年来，晋城优质无烟煤资源已近枯竭，剩余的大多是以高硫煤为主的“臭煤”。高硫煤的开发利用迫在眉睫，并有着广阔的市场前景。
华昱公司分管环保的副总经理郭龙飞介绍，“本来无人问津的‘臭煤’，在经过这一系列‘蝶变’后，不仅身价倍增，还解决了高硫煤资源浪费和环境污染问题。”随着项目的逐步落地，必将取得环境保护和企业发展的双赢局面。
“下一步，华昱公司将持续通过工艺优化、环保提标改造和循环经济项目建设，不断探索气化炉渣分选利用、废甲醇掺烧等工作，实现废物的‘吃干榨尽’，为山西在‘双碳’背景下煤化工企业的发展蹚出一条新路径。”晋能控股装备制造集团华昱公司董事长、总经理牛宏宽说。
哪里大气排放超标，粉尘清扫不合格，实时显示的“环保大数据图”会及时精确锁定目标。三甲炼焦有限公司的大数据中心犹如一双“千里眼”，让一切环保隐患无处遁形。
“过去是出了问题再解决，现在是把所有问题都掐断在源头上。”山西兴高集团三甲炼焦有限公司总经理牛志亮，为专家媒体行的成员介绍了该公司自主研发的企业环境综合管理平台。
“我们通过对各项生产设施的智能化改造，实现了环保数据的实时动态管理。从而进行源头管控和科学管理，促进了工艺链后端的减排。”据牛志亮介绍，三甲的“数字环保”指挥大厅，已经成为企业环境决策部署的超级大脑。
记者在现场看到，这双数字化赋能的“环保千里眼”，对原材料进场、装煤、推焦到产品出厂等所有环节都实现了数据的动态感知，对环保数据进行实时智能化动态管理。
绿树成阴，葱郁盎然。细雨中的三甲炼焦有限公司，处处洋溢着一股青春的气息。这是一家心怀绿色梦想的花园式企业，一个坚守环保初心的企业式花园。
一枝独放不是春，百花齐放春满园。生态是晋城的优势，但环保仍是晋城的短板。晋城市将继续深入践行“两山”理论，坚定不移地走绿色发展之路，让青山常在、绿水长流、空气常新。
来源：科学导报生态山西周刊
“用发电的瓦，盖未来的房子。”10月12日，《科学导报》记者跟随“美丽山西 全民行动——专家媒体行”走进山西阳泰龙焱能源科技有限公司。记者在现场看到了一座会发电的房子，与普通房屋不同的是，这种会发电的房子外墙采用的是一种特殊的“砖”。“这种会发电的‘砖’其实是仿石材碲化镉薄膜太阳能组件，把它用于建筑物外墙，就能吸收光能转化成电。”山西阳泰龙焱能源科技有限公司总经理段跃军说。
在公司展厅内，碲化镉薄膜太阳能组件的屋顶被水流冲刷着，段跃军介绍说：“这个产品既发挥了建筑材料遮风、挡雨、隔热等功能，又发挥了发电的功能，使建筑物成为绿色建筑。”
助力能源革命发展
“这是一批国外的订单，要用在百叶窗上，通过碲化镉膜太阳能组件可以给屋里供电。”在阳泰龙焱的生产线上段跃军告诉记者。
人们所熟知的世界园艺博览会中国馆和大同未来能源馆就是光电建筑一体化的代表作。近年来，碲化镉光伏产品在光电建筑一体化领域大放异彩，在分布式光伏电站投资领域也时露峥嵘，人们开始对碲化镉光电产品投入了更多地关注。
山西阳泰龙焱能源科技有限公司作为山西省唯一一家碲化镉薄膜太阳能电池生产企业，目前已开发出光伏隔热组件、光伏中空玻璃窗、大面积光伏透光落地窗等20余种产品。碲化镉薄膜发电玻璃已经通过了中国金太阳、欧洲TUV、美国UL、澳洲CEC列名、加州CEC列名等国内外认证。
据悉，阳泰龙焱的碲化镉薄膜技术，所有核心工艺和设备的相关知识产权全部为自主所有，实现了关键核心技术自主可控。段跃军说：“只有把核心技术掌握在自己手里，才能牢牢掌握创新主动权和发展主动权。”
专家组成员李丽珍表示，将碲化镉薄膜太阳能电池与建筑材料相结合，推动了传统建材向高质量的新材料方向发展，实现了建筑材料的高性能化和低碳化，同时兼具美观性。既实现了建筑节材，又减少了碳排放。
近日，晋城市第八次代表大会明确了今后五年的指导思想、主要目标和重点工作。未来五年，晋城市生态环境保护工作将聚力生态环保，擦亮高质量发展新底色。
严控环保绿色投资
当古朴厚重的历史人文遇上日新月异的现代工业，是和谐共生还是难以相容？它曾首开“西电东输”先河，是中国第一个变输煤为输电的示范性工程、全国第一个跨大区远距离超高压交流发输电工程、第一个由国家电力调度通信中心直接调度的电厂。它就是与著名5A景区皇城相府比邻而居的阳城电厂。
伴随着机器的轰鸣声，阳城电厂副总工程师刘林虎向专家媒体行的成员们介绍，“在‘双碳’背景下，对环保的要求愈发严格。特别是对于紧邻景区的阳城电厂来说，环保问题显得尤为迫切，是重中之重。”
刘林虎表示，在积极打造“绿色电厂”的同时，阳城电厂主动承担社会责任，积极服务地方建设，推进“温暖阳城”建设，利用电厂余热为阳城县及周边乡镇供热供暖，供热面积达到了580万平方米。
据悉，阳城电厂向晋城市区的供热改造工程正在积极推进，该项目全部建成后，将同国投电厂形成东西两大热源联网互补的格局，助力市区范围全部实现清洁取暖，具有明显的环保效益和社会效益。
“目前已与金象煤化工签订供汽协议，项目投运后将取代4台180蒸吨燃煤锅炉，有效改善北留镇的空气质量，让皇城相府景区的天空更湛蓝、空气更清新。”刘林虎说。
“不能以眼前的经济利益来算环保账。”天一铸造有限公司董事长王全太向专家媒体行成员阐述了天一铸造的环保理念。
2020年，天一铸造被生态环境部评为山西省唯一一家A级铸管企业。
“投产以来，我们累计投入环保资金5000多万元，采用了国内最先进、最环保的标准设施和生产工艺。”据王全太介绍，天一铸造对所有生产工序进行了封闭，安装了CEMS和智能用电模块，建设了全覆盖的视频监控平台，实现了工艺车间化、物料封闭化和监控智能化。
“有些企业把环保当成了一种成本负担，但环保不能仅仅只算投入账。运营成本是有一些提高，但企业形象也随之提高，产品的市场认可度更高，品牌价值提升更快。”王全太表示，环保不是成本，而是一种责任和一项着眼于未来的投资。要以一种大胸怀、大格局和可持续发展的眼光来重新审视环保事业。
创新蝶变智能管控
“铜滓堪修古器色，旧绢可点新妆颜”。一句经典古诗形象诠释了变废为宝的神奇魅力。如今，在晋能控股装备制造集团华昱公司，这样的“神奇”每天都在上演着。在华昱公司，专家媒体行的成员们亲眼目睹了“臭煤”变身“香饽饽”的华丽蝶变。
“臭煤”即高硫煤，其燃烧过程中不仅会产生大量的二氧化硫，污染环境，而且臭气浓度较高。由于其利用价值低、污染严重、开采难度大，所以一直深埋地下，无人问津。而近年来，晋城优质无烟煤资源已近枯竭，剩余的大多是以高硫煤为主的“臭煤”。高硫煤的开发利用迫在眉睫，并有着广阔的市场前景。
华昱公司分管环保的副总经理郭龙飞介绍，“本来无人问津的‘臭煤’，在经过这一系列‘蝶变’后，不仅身价倍增，还解决了高硫煤资源浪费和环境污染问题。”随着项目的逐步落地，必将取得环境保护和企业发展的双赢局面。
“下一步，华昱公司将持续通过工艺优化、环保提标改造和循环经济项目建设，不断探索气化炉渣分选利用、废甲醇掺烧等工作，实现废物的‘吃干榨尽’，为山西在‘双碳’背景下煤化工企业的发展蹚出一条新路径。”晋能控股装备制造集团华昱公司董事长、总经理牛宏宽说。
哪里大气排放超标，粉尘清扫不合格，实时显示的“环保大数据图”会及时精确锁定目标。三甲炼焦有限公司的大数据中心犹如一双“千里眼”，让一切环保隐患无处遁形。
“过去是出了问题再解决，现在是把所有问题都掐断在源头上。”山西兴高集团三甲炼焦有限公司总经理牛志亮，为专家媒体行的成员介绍了该公司自主研发的企业环境综合管理平台。
“我们通过对各项生产设施的智能化改造，实现了环保数据的实时动态管理。从而进行源头管控和科学管理，促进了工艺链后端的减排。”据牛志亮介绍，三甲的“数字环保”指挥大厅，已经成为企业环境决策部署的超级大脑。
记者在现场看到，这双数字化赋能的“环保千里眼”，对原材料进场、装煤、推焦到产品出厂等所有环节都实现了数据的动态感知，对环保数据进行实时智能化动态管理。
绿树成阴，葱郁盎然。细雨中的三甲炼焦有限公司，处处洋溢着一股青春的气息。这是一家心怀绿色梦想的花园式企业，一个坚守环保初心的企业式花园。
一枝独放不是春，百花齐放春满园。生态是晋城的优势，但环保仍是晋城的短板。晋城市将继续深入践行“两山”理论，坚定不移地走绿色发展之路，让青山常在、绿水长流、空气常新。
来源：科学导报生态山西周刊
“有真心支持的人”，
“苦思冥想很久的事情”，
“实现一个非常难实现的愿望”，
“围困之兽的突破能量”，
“突破之时，好消息接踵而至”，
“未来一整年的能量维持”，
“想法、创意、原创、被看到”，
“过去的积累全部沉淀显化出来”，
“所做即所得，事业上巨大的成绩，情理之中的成绩，所在领域的斐然成绩，成为一个人物，落魄的国王归位，”
静默时精深，待时间到来，
长嘴要用来关上，而不是挂上情绪和委屈，
既然尽力了，就要坦然，
放轻松一点，并肩的朋友们都在。
“苦思冥想很久的事情”，
“实现一个非常难实现的愿望”，
“围困之兽的突破能量”，
“突破之时，好消息接踵而至”，
“未来一整年的能量维持”，
“想法、创意、原创、被看到”，
“过去的积累全部沉淀显化出来”，
“所做即所得，事业上巨大的成绩，情理之中的成绩，所在领域的斐然成绩，成为一个人物，落魄的国王归位，”
静默时精深，待时间到来，
长嘴要用来关上，而不是挂上情绪和委屈，
既然尽力了，就要坦然，
放轻松一点，并肩的朋友们都在。
拨开重重迷雾 如何在“混沌的边缘”预测未来
智能化将是复杂系统研究未来发展的一大方向。未来无论是5G、6G，还是工业互联网，人类的生产生活方式都将随着复杂系统研究的进展发生重大变化。
——兰岳恒 北京邮电大学理学院物理系教授
北京时间10月5日，瑞典皇家科学院公布2021年诺贝尔物理学奖得主。今年的诺贝尔物理学奖颁给了两组科学家，真锅淑郎与克劳斯·哈塞尔曼，以及乔治·帕里西，“以表彰他们为我们理解复杂物理系统所作出的开创性贡献。”
三位获奖者的研究领域从宏观的气候变化到微观的粒子运动，跨度巨大，但其背后都指向了同一个方向，对复杂系统的研究。
这也正反映出当下复杂系统研究的一大特点：覆盖广泛，兼容并包。而我们的生活其实也早已在不知不觉中被复杂系统所包围。
在混沌与平衡之间
要理解复杂系统，需要先从它的一端，即混沌开始说起。
“在巴西的一只蝴蝶扇动一次翅膀，会引起德克萨斯州的龙卷风吗？”这句今天被形容为蝴蝶效应的经典名言，最早是气象学家爱德华·洛伦茨撰写的一篇关于混沌学的论文题目。
混沌系统中蝴蝶效应的发现实属巧合。洛伦茨1963年在研究大气运动时，提出了一个经过简化，仅保留有三个变量的数学模型。在第一次计算中，他输入初始值0.506127，得到了一个确定的结果。在随后的第二次计算中，他省略掉了小数点最后三位，只输入了0.506，但这次微不足道的“四舍五入”，却导致第二次得到的结果与第一次产生巨大差异。
洛伦茨认为这不可思议，仅仅千分之一的误差为何会给结果带来如此显著的差异？他和同事立即进行反复验证和仿真计算，最终得出结论，该数学模型对初始值的差异具有极高的敏感性。即使再微小的不同，经过多次累加、迭代后，最终也能造成计算结果的巨大差异。这种蝴蝶效应，便反映出了混沌系统的重要特征之一：不可预测性。
而复杂系统的另一头是确定与平衡。北京邮电大学理学院物理系教授兰岳恒举了个例子，当一个房间内的气体处于均匀的平衡态时，我们便可以通过简单的公式直接计算出气体的体积、压强、质量等，并且答案是唯一且确定的。而任何处于均衡、稳定状态的物质都是如此。这便是日常生活中最常见的平衡态。
复杂恰恰位于混沌与稳定之间。由此，复杂系统科学家朗顿便将复杂系统称为“混沌的边缘”，形象地描绘出了复杂系统的核心属性。
兰岳恒认为，确定一个系统是复杂系统，要求其必须要具备复杂的结构和功能。首先是复杂的结构，这要求复杂系统内部的个体并非各自独立，而是能够产生相互作用的，并且因此形成相互关联的、具有层次性的结构。而在此基础之上，相互联系且具有层次性的个体会具有对外界的适应性功能，会随着外界因素的变化而改变，兰岳恒称之为复杂系统的弹性，其本质上是一种不确定性。
他们这样描述复杂系统
复杂系统是如此复杂，而要精准描述一个复杂系统更是难上加难。此次获得诺贝尔物理学奖的两组科学家，均在各自领域内为精准描述复杂系统作出了突出贡献。
气候是典型的复杂系统。当我们对气候进行长期预测时，既要考虑时间尺度上长期影响气候的如二氧化碳排放等累积问题，也要考虑空间尺度上的突发事件，如某次并不起眼的台风的影响。
此前关于气候的研究多从统计研究出发，根据历史数据推测未来状态。但气候是一个长期变化且连续的复杂系统，其自身内部所产生的变化，同样也在对它自身的未来造成影响，仅仅依靠统计数据无法准确预测未来趋势。
兰岳恒指出，此次获奖的真锅淑郎与哈塞尔曼，便是将短期的天气变化作为一种背景噪声，并将其同长期的气候变化结合起来，将时间尺度与空间尺度相结合，构建出了相对完善的气候模型。
诺贝尔奖官网在对这一成果的介绍中运用了一个巧妙的比喻。其解释道，对气候进行预测就像是人在遛狗时，通过狗的足迹来预测人的行走路径。宠物狗看似混乱的足迹便是天气“噪声”，但如果我们将时间拉长，尺度放大，这看上去混乱无序的噪声，同样也可以反映出气候的长期变化趋势，就像我们可以通过狗的足迹来辨别人的运动路径。
而哈塞尔曼实现这一目的的方法，是采用随机微分方程来描述一个随机气候模型。随机微分方程的每次积分都有不同的实现形式，这决定了其构建的气候模型像真实气候环境一样，存在着不确定性，并且这种不确定性进而对气候本身产生影响，从而真实模拟出了气候在时间和空间尺度下的变化趋势。而通过这一模型，哈塞尔曼得以将人类活动对气候的影响同自然状况下的气候变化分离开来，更好地判断人类活动究竟是如何影响气候变化的。
相比真锅淑郎与哈塞尔曼，帕里西的研究更具理论价值。
自旋玻璃是一种典型的非平衡态材料。所谓的非平衡态，同样可以用房间中的空气来理解。若是空气在房间中为非均匀分布，不同角落的状态、性质各不相同，那我们便无法再利用简单的数学公式对其进行直接计算，这便是一种非平衡态。
自旋玻璃同样如此，其内部原子的分布并不均匀，并且会随温度变化而不断进行不规则运动，“总是处于一种非均质的状态”。兰岳恒认为，“帕里西的贡献就在于他考虑到了自旋玻璃的不均匀性，并且给出了每一种构型的出现几率。”再通过进一步结合统计物理学方法，便可以对此种非平衡态材料的各类性质进行计算。“帕里西的这种方法不仅可以用在自旋玻璃上，也可以用在其他很多复杂系统的研究中。”
未来将是“复杂”的世界
“今年北京的雨特别多，这可能就是全球气候变暖的结果。”兰岳恒认为，复杂系统的研究与人们日常生活息息相关。此次获奖的关于气候的研究正是复杂系统研究中非常重要的领域之一。“气候研究既在理论研究上具有重要意义，比如对一个旋转的球体上的流体运动进行研究，同时兼具非常大的社会价值，对整个人类的未来发展都具有重要影响。”他说。
但他也认为，关于气候复杂系统的研究仍然任重道远，“全球气候变暖已经得到学界共识，但是关于我们是否已经突破了转变点，科学家们仍在争论。而一旦超过了转变点，我们就再也回不去了。”复杂系统研究的进展，将有助于帮助我们构建起更为精确的气候模型，从而对未来气候进行精确的预测分析，解答有关人类生存发展的重大问题。
此外，在今年的9月16日，科技部在其网站公布了科技创新2030“脑科学与类脑研究”重大项目2021年度项目申报指南的通知，涉及59个研究领域和方向，经费预计将超过31亿元人民币。兰岳恒认为，脑科学也将是未来复杂系统领域中最具发展潜力的方向之一。“人本身就是一个复杂系统，尤其是人的大脑。将复杂系统研究应用于脑科学，既可以为治疗脑部疾病作出贡献，也可以促进人工智能的发展，是一体两翼。”
人工智能同样也是复杂系统领域的另一大热门话题。“人工智能具备复杂系统的适应性特征，并且这是一种高级的适应性。”兰岳恒认为，智能化将是复杂系统研究未来发展的一大方向。“未来无论是5G、6G，还是工业互联网，人类的生产生活方式都将随着复杂系统研究的进展发生重大变化。”
洛伦茨曾经说过，“人们经常会看到，纯理论研究的一点点成果，也许在很长时间之后，会产生连做该研究的科学家都始料不及的实际应用。”这句话用蝴蝶效应完美诠释了理论研究对于社会发展、人类进步的重大潜在推动力。科学理论的一小步，便有可能是人类发展的一大步。
来源：科技日报
智能化将是复杂系统研究未来发展的一大方向。未来无论是5G、6G，还是工业互联网，人类的生产生活方式都将随着复杂系统研究的进展发生重大变化。
——兰岳恒 北京邮电大学理学院物理系教授
北京时间10月5日，瑞典皇家科学院公布2021年诺贝尔物理学奖得主。今年的诺贝尔物理学奖颁给了两组科学家，真锅淑郎与克劳斯·哈塞尔曼，以及乔治·帕里西，“以表彰他们为我们理解复杂物理系统所作出的开创性贡献。”
三位获奖者的研究领域从宏观的气候变化到微观的粒子运动，跨度巨大，但其背后都指向了同一个方向，对复杂系统的研究。
这也正反映出当下复杂系统研究的一大特点：覆盖广泛，兼容并包。而我们的生活其实也早已在不知不觉中被复杂系统所包围。
在混沌与平衡之间
要理解复杂系统，需要先从它的一端，即混沌开始说起。
“在巴西的一只蝴蝶扇动一次翅膀，会引起德克萨斯州的龙卷风吗？”这句今天被形容为蝴蝶效应的经典名言，最早是气象学家爱德华·洛伦茨撰写的一篇关于混沌学的论文题目。
混沌系统中蝴蝶效应的发现实属巧合。洛伦茨1963年在研究大气运动时，提出了一个经过简化，仅保留有三个变量的数学模型。在第一次计算中，他输入初始值0.506127，得到了一个确定的结果。在随后的第二次计算中，他省略掉了小数点最后三位，只输入了0.506，但这次微不足道的“四舍五入”，却导致第二次得到的结果与第一次产生巨大差异。
洛伦茨认为这不可思议，仅仅千分之一的误差为何会给结果带来如此显著的差异？他和同事立即进行反复验证和仿真计算，最终得出结论，该数学模型对初始值的差异具有极高的敏感性。即使再微小的不同，经过多次累加、迭代后，最终也能造成计算结果的巨大差异。这种蝴蝶效应，便反映出了混沌系统的重要特征之一：不可预测性。
而复杂系统的另一头是确定与平衡。北京邮电大学理学院物理系教授兰岳恒举了个例子，当一个房间内的气体处于均匀的平衡态时，我们便可以通过简单的公式直接计算出气体的体积、压强、质量等，并且答案是唯一且确定的。而任何处于均衡、稳定状态的物质都是如此。这便是日常生活中最常见的平衡态。
复杂恰恰位于混沌与稳定之间。由此，复杂系统科学家朗顿便将复杂系统称为“混沌的边缘”，形象地描绘出了复杂系统的核心属性。
兰岳恒认为，确定一个系统是复杂系统，要求其必须要具备复杂的结构和功能。首先是复杂的结构，这要求复杂系统内部的个体并非各自独立，而是能够产生相互作用的，并且因此形成相互关联的、具有层次性的结构。而在此基础之上，相互联系且具有层次性的个体会具有对外界的适应性功能，会随着外界因素的变化而改变，兰岳恒称之为复杂系统的弹性，其本质上是一种不确定性。
他们这样描述复杂系统
复杂系统是如此复杂，而要精准描述一个复杂系统更是难上加难。此次获得诺贝尔物理学奖的两组科学家，均在各自领域内为精准描述复杂系统作出了突出贡献。
气候是典型的复杂系统。当我们对气候进行长期预测时，既要考虑时间尺度上长期影响气候的如二氧化碳排放等累积问题，也要考虑空间尺度上的突发事件，如某次并不起眼的台风的影响。
此前关于气候的研究多从统计研究出发，根据历史数据推测未来状态。但气候是一个长期变化且连续的复杂系统，其自身内部所产生的变化，同样也在对它自身的未来造成影响，仅仅依靠统计数据无法准确预测未来趋势。
兰岳恒指出，此次获奖的真锅淑郎与哈塞尔曼，便是将短期的天气变化作为一种背景噪声，并将其同长期的气候变化结合起来，将时间尺度与空间尺度相结合，构建出了相对完善的气候模型。
诺贝尔奖官网在对这一成果的介绍中运用了一个巧妙的比喻。其解释道，对气候进行预测就像是人在遛狗时，通过狗的足迹来预测人的行走路径。宠物狗看似混乱的足迹便是天气“噪声”，但如果我们将时间拉长，尺度放大，这看上去混乱无序的噪声，同样也可以反映出气候的长期变化趋势，就像我们可以通过狗的足迹来辨别人的运动路径。
而哈塞尔曼实现这一目的的方法，是采用随机微分方程来描述一个随机气候模型。随机微分方程的每次积分都有不同的实现形式，这决定了其构建的气候模型像真实气候环境一样，存在着不确定性，并且这种不确定性进而对气候本身产生影响，从而真实模拟出了气候在时间和空间尺度下的变化趋势。而通过这一模型，哈塞尔曼得以将人类活动对气候的影响同自然状况下的气候变化分离开来，更好地判断人类活动究竟是如何影响气候变化的。
相比真锅淑郎与哈塞尔曼，帕里西的研究更具理论价值。
自旋玻璃是一种典型的非平衡态材料。所谓的非平衡态，同样可以用房间中的空气来理解。若是空气在房间中为非均匀分布，不同角落的状态、性质各不相同，那我们便无法再利用简单的数学公式对其进行直接计算，这便是一种非平衡态。
自旋玻璃同样如此，其内部原子的分布并不均匀，并且会随温度变化而不断进行不规则运动，“总是处于一种非均质的状态”。兰岳恒认为，“帕里西的贡献就在于他考虑到了自旋玻璃的不均匀性，并且给出了每一种构型的出现几率。”再通过进一步结合统计物理学方法，便可以对此种非平衡态材料的各类性质进行计算。“帕里西的这种方法不仅可以用在自旋玻璃上，也可以用在其他很多复杂系统的研究中。”
未来将是“复杂”的世界
“今年北京的雨特别多，这可能就是全球气候变暖的结果。”兰岳恒认为，复杂系统的研究与人们日常生活息息相关。此次获奖的关于气候的研究正是复杂系统研究中非常重要的领域之一。“气候研究既在理论研究上具有重要意义，比如对一个旋转的球体上的流体运动进行研究，同时兼具非常大的社会价值，对整个人类的未来发展都具有重要影响。”他说。
但他也认为，关于气候复杂系统的研究仍然任重道远，“全球气候变暖已经得到学界共识，但是关于我们是否已经突破了转变点，科学家们仍在争论。而一旦超过了转变点，我们就再也回不去了。”复杂系统研究的进展，将有助于帮助我们构建起更为精确的气候模型，从而对未来气候进行精确的预测分析，解答有关人类生存发展的重大问题。
此外，在今年的9月16日，科技部在其网站公布了科技创新2030“脑科学与类脑研究”重大项目2021年度项目申报指南的通知，涉及59个研究领域和方向，经费预计将超过31亿元人民币。兰岳恒认为，脑科学也将是未来复杂系统领域中最具发展潜力的方向之一。“人本身就是一个复杂系统，尤其是人的大脑。将复杂系统研究应用于脑科学，既可以为治疗脑部疾病作出贡献，也可以促进人工智能的发展，是一体两翼。”
人工智能同样也是复杂系统领域的另一大热门话题。“人工智能具备复杂系统的适应性特征，并且这是一种高级的适应性。”兰岳恒认为，智能化将是复杂系统研究未来发展的一大方向。“未来无论是5G、6G，还是工业互联网，人类的生产生活方式都将随着复杂系统研究的进展发生重大变化。”
洛伦茨曾经说过，“人们经常会看到，纯理论研究的一点点成果，也许在很长时间之后，会产生连做该研究的科学家都始料不及的实际应用。”这句话用蝴蝶效应完美诠释了理论研究对于社会发展、人类进步的重大潜在推动力。科学理论的一小步，便有可能是人类发展的一大步。
来源：科技日报
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