社会系统的统计物理学-课件.ppt

1、 社会系统的统计物理学社会系统的统计物理学docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所n一、理论物理研究所简介一、理论物理研究所简介n二、统计物理学简介二、统计物理学简介n三、社会系统的统计物理学三、社会系统的统计物理学n四、国际几个研究小组简介四、国际几个研究小组简介n五、几项研究工作简介五、几项研究工作简介n六、展望六、展望docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所n1978年6月 邓小平副总理亲自批准成立理论物理研究所n1985年成为中国科学院向国内外首批开放的研究所n1993年被第三世界科学院选为首批参加协联

2、计划的优秀中心n2019年10月被中国科学院确立为首批基地型试点研究所n2019年8月，被列为中科院知识创新工程首批十二个试点单位之一n2019年2月成立了依托于理论物理所的中国科学院交叉学科理论研究中心n2019年11月被选为中科院四个国际现场评估研究院所之一n2019年12月被批准为中国科学院与第三世界科学院奖学金学者培训基地n2019年成立了第一届国际顾问委员会n2019年被评为全国优秀博士后科研工作流动站n2019年成立首个亚洲的Kavli理论物理研究所一、理论物理所历史回顾docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所历任所长 n彭桓武 1978-

3、1983 n周光召 1983-1990n郝柏林 1990-1994n苏肇冰 1994-2019n欧阳钟灿 2019-2019n吴岳良 2019-至今docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所人员情况 理论物理研究所现有职工理论物理研究所现有职工5151人，其中科研人员人，其中科研人员2929人，人，有中国科学院院士有中国科学院院士7 7人（其中人（其中5 5人是第三世界科学院院士）。人是第三世界科学院院士）。青年研究人员中，青年研究人员中，1818人获国家杰出青年基金（含人获国家杰出青年基金（含5 5项海外青年学者合作基金，还有项海外青年学者合作基金，还

4、有5 5人纳入院百人计划管人纳入院百人计划管理）。有理）。有1212人入选中国科学院百人计划。人入选中国科学院百人计划。docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所理论物理核心学科取得重要突破理论物理核心学科取得重要突破前沿交叉学科做出原创性工作前沿交叉学科做出原创性工作引力和宇宙学引力和宇宙学凝聚态物理凝聚态物理统计物理统计物理粒子天体宇宙学粒子天体宇宙学（暗物质与暗能量的探索）（暗物质与暗能量的探索）理论生物物理、化学物理理论生物物理、化学物理（分子（分子生物生物与分子马达）与分子马达）物质结构调控，量子物理物质结构调控，量子物理（单量子态、量子凝聚体

5、）（单量子态、量子凝聚体）计算物理与模拟计算物理与模拟（极端条件下理论模拟实验）（极端条件下理论模拟实验）学科方向学科方向核物理、原子分子物理核物理、原子分子物理粒子物理和场论粒子物理和场论基础性基础性前瞻性前瞻性理理论论物物理理物质起源和结构、宇宙起源和演化、生命起源和进化物质起源和结构、宇宙起源和演化、生命起源和进化docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所总体目标 联合国内理论物理学工作者，把理论物理所办成从事理论物理最基本核心问题研究，不断为国家输送优秀人才、注重交叉学科理论发展的“基础研究中心、人才培养基地、学术交流平台”。努力把理论物理研究所

6、建设成为国际公认的、国内同行认同的，具有国际一流水平的国家理论物理中心。国家理论物理中心。docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所统计物理学简介n利用概率和统计方法 研究大量个体组成系统由个体行为导致 集体和宏观特性 呈现合作、有序、凝聚现象，不由个体的性质决定，而是超越个体特性的集体行为docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所More is different (Philip W.Anderson,1972)n将万事万物还原成简单的基将万事万物还原成简单的基 本规律，并不意味著着本规律，并不意味著着从这些规从

7、这些规 律出发重建宇宙的能力律出发重建宇宙的能力n不能依据少数粒子的性质简单不能依据少数粒子的性质简单 外推出多粒子复杂集聚体外推出多粒子复杂集聚体的行的行 为。为。.相反，在复杂体系的每一相反，在复杂体系的每一 个层次会呈现全新的个层次会呈现全新的性质。研性质。研 究、理解此类新行为，就其基础性而言，与其究、理解此类新行为，就其基础性而言，与其他研究相比毫不逊他研究相比毫不逊 色。色。多组元复杂体系多组元复杂体系 超越个体超越个体 特性特性 “呈显呈显”（emerge）合作、有序、凝合作、有序、凝聚聚docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所统计物理学

8、研究对象n传统上：1）气态、液态和固态下的原子或分子 2）金属、半导体中的电子 3）光子、声子等量子场的量子docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所统计物理研究对象n新的对象：1）大量个体组成的各种社会系统 2）大量个体组成的各种生物系统 以及其它一些系统docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所统计物理学的历史n以追朔十九世纪后半叶，可以以Clausius的气体动理学作为开始 n建立在热力学的基础上 热力学：用压强、体积、温度和能量等 热力学量描述系统docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中

9、国科学院理论物理研究所气体状态方程nVan der Waals状态方程 对不同原子组成的气体，都有 (P+an2/V2)(V-bn)=n R T P：压强，V：体积，T：温度，不同系统：a,b不一样docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所统计物理的相变与临界现象n相变：气态 液态 固态 等 类比于：社会形态的变革n临界现象：无中生有 产生新的相 例如：铁磁相、超流相等 类比于：共同语言和文化的自发产生、就某个议题共识的呈现等 -相变临界现象中存在标度性和普适性 docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所统计物理学

10、的分类n平衡态统计物理学：静态、不随时间变化n非平衡态统计物理学：动态、随时间变化docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所统计物理学的研究方法n早期：以实验研究为主n现在：模拟和理论研究变得更为重要实验理论模拟docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所社会系统的统计物理学n以统计物理学的思想和方法研究 具有各种相互作用个体组成的社会系统 静态和动态的集体行为docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所国际几个著名研究小组H.E.StanleyEconophysics Rese

11、arch:The Center for Polymer Studies at Boston University 2019 Boltzmann Award,the highest prize in statistical physics；2019 National Academy of Sciences Xavier GabaixNEW YORK UNIVERSITY,Stern School of Business,Finance DepartmentGeoffrey West Distinguished Professor,Santa Fe InstituteTime magazines

12、Time 100 Jos Lobo Regional Sciences,Cornell University docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所Swiss Federal Institute of Technology Zurich,Swiss Finance Institute,UCLAField:Physics,geophysics,complex systems,economics,financePrediction of crises and extreme events in complex systems and risk manag

13、ement,with applications to social systems(financial crashes,recessions,cyber risks)and natural systems(earthquakes,rupture,epileptic seizures,immune system collapse)docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所Nature,被引用677次docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所Nature,被引用227次docin/sundae_meng中国科学院理论物

14、理研究所中国科学院理论物理研究所发表于2019年Science，被引1119次发表于2019年PNAS，被引29次在生物体发现的标度规律在城市中同样使用！docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所最近的综述文章nReviews of Modern Physics,81,591(2009)“Statistical physics of social dynamics”综述了：观点、文化、语言、集体行为、阶层形成等的动力学一个评论：比较缺乏实证研究 (发展的早期应以实验研究为主)docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究

15、所几项研究工作简介n社会系统的“状态”方程：Cobb-Douglas生产函数 Q=A L KQ:总生产，L:劳力投入，K:资本投入A:总生产率由 Wicksell提出,Cobb and Douglas(1900-1928)检验.docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所城市GDP与就业人数和投资关系n如果社会总资源可以由资本与劳动力组合来表示 T=K+bL在T的约束条件下要求Q最大化:bLKTbLKT,KAL,KAQ,LAQ docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所中国地级以上城市2019实证结果docin/su

16、ndae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所幂次指数随时间变化1998200020022004200620080.80.91.01.11.2 *exponentsyeardocin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所 2019中国城市家庭用电与人口关系docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所超大城市与沿海城市docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所中部城市docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所西北城市docin

17、/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所排名-尺寸分布：渗流与城市Every site is occupied with probability“p”docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所渗流模型的临界现象nP Pc 临界几率：簇团可与系统比拟 发生相变docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所展望n社会系统的统计物理学研究还处在初始阶段n在目前的阶段，基于实际数据的实证研究尤为需要，要逐步提高对社会系统定量描述的水平n社会系统统计物理学的研究仅通过两方面的工作者密切合作才能完成 展望：建立一个相关学科研究人员交流和合作的平台docin/sundae_meng中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理研究所研究方法n以实证（验）研究为主n同时开展模拟和理论研究实验理论模拟docin/sundae_meng