Metode til at opdage fælles principper for komplekse systemer

Du kan klage over uforudsigeligheden af ​​vejret, der ødelagde din ferie, eller bekymre dig om, hvorvidt dit job vil blive taget af meget intelligente robotter i den nærmeste fremtid, eller om det kemiske anlæg i nærheden af ​​din bolig er sikkert nok, men du er måske ikke klar over, at disse tilsyneladende ikke -relaterede problemer kan dele en løsning dybt forankret i en ny videnskab.

Faktisk, forskere på forskellige områder har længe været forundret over mystiske manglende led i deres videnskæder. Uanset hvor meget de ved om detaljerne i de systemer, de studerer, og hvor fortrolige de er med disse systems adfærd, de ved lidt om de komplekse strukturer, der normalt findes på skalaen mellem hele systemet og dets elementer. Disse strukturer kan omfatte voldelige tornadoer, mærkelige neurale netværk, svingende reaktantmønstre, eller mange andre. Overraskende, strukturer i tilsyneladende ikke -relaterede områder viser spændende kompleksiteter med underliggende ligheder.

Beskrivelse, at forudsige og manipulere sådan kompleksitet er meget udfordrende inden for næsten alle videnskabelige discipliner og er flaskehalsen i industrien. Er der en måde at knække en så hård møtrik på?

Kinesiske forskere søger efter svar og har muligvis fundet et kraftfuldt værktøj. De har, for første gang, udviklet begrebet "mesoscience" - en metode til at opdage fælles principper for al sådan kompleksitet.

Modeller og beregningsmæssige paradigmer, der stammer fra mesoscience, har vist sig succesfulde inden for kemiteknik og er hurtigt blevet vedtaget af virksomheder over hele verden, inklusive TOTAL, BASF, Skal, BP, Sinopec, PetroKina, Baosteel og Unilever, for at nævne et par stykker.

Imidlertid, mesoscience tilbyder et bredt potentiale ud over kemiteknikområdet. "Mesocience betragtes som en generel tilgang til at tackle forskellige komplekse systemer i den virkelige verden og har en hidtil uset fremtid, "sagde LI Jinghai, medlem af det kinesiske videnskabsakademi, der foreslog konceptet.

Mesoscience tiltrækker stigende opmærksomhed fra verdens videnskabelige samfund. Over 30 topforskere fra USA, Storbritannien, Australien, Kina, Tyskland, Frankrig, Schweiz, Italien, og Ungarn går sammen i Beijing om et tre-dages møde fra den 27.-29. maj for at fokusere på den fremtidige udvikling og anvendelse af dette nye koncept. Deltagerne er fra mange forskellige discipliner, herunder kemi, matematik, psykologi, og kemiteknik, etc. Mange af dem er medlemmer eller stipendiater i prestigefyldte nationale videnskabelige organisationer, samt industrielle forskere.

Ny, udfordrende materialer dukker op med overlegne og ofte flere funktioner, såsom batterimaterialer, trykfarver, katalysatorer, kosmetik eller farmaceutiske formuleringer. "Denne slags materialer skal formuleres på forskellige niveauer lige fra molekylær skala til partikler i mikrostørrelsesregimet, "sagde Bernd Sachweh, vicepræsident for Chemical &Process Engineering Asia i BASF. "For at opnå de målrettede ejendomme, nøgleprocessen og reaktionsparametrene skal ofte kontrolleres, især i mesoskalaen. "

Ethvert objekt, store eller små - fra en elementarpartikel til en galakse - kan fungere som et element for at danne et system med mange sådanne elementer. Mesoskala kompleksitet findes bredt og mesoscience kan anvendes bredt, såvel. Derfor kan det hjælpe med at løse problemer, der ikke er løst ved traditionelle metoder.

Vi ser verden fra mikroskala til makroskala. Traditionelle teorier er blevet brugt til at tackle makro- eller mikroskala -problemer, dermed opdeler forskere i de to lejre holisme og reduktionisme. Imidlertid, der er ukendte huller mellem individuelle elementer og systemadfærd, som afspejlet i ordsproget:"Det hele er større end summen af ​​dets dele." Nøglepunktet ligger i mesoskalaen, eller interaktioner mellem systemets elementer.

"[Mesoscience] giver fælles principper at overveje inden for S&T for at reagere på store udfordringer med avancerede forskningsløsninger på højt niveau, "sagde professor Augusta Maria Paci fra Italiens nationale forskningsråd.

National Natural Science Foundation i Kina indledte et stort forskningsprogram i 2002 kaldet "Mekanisme og manipulation af mesoskalaer i flerfasede reaktionsprocesser." Programmet har varet i fem år, og den samlede finansiering har nået 200 mio. RMB.

"Mesoscience har ikke kun vidtrækkende videnskabelige implikationer, men også stor industriel betydning, "sagde GE Wei, direktør for Mesoscience Research Division ved Institute of Process Engineering, Kinesisk videnskabsakademi. "Det har vist sig at være en nøgle til at løse de langvarige skaleringsproblemer, der ligger mellem laboratorieapparater og kommercielle faciliteter."

"Denne tilgang bør ikke kun vedtages inden for videnskabelig forskning, men også i uddannelse af næste generation, "sagde professor Raffaella Ocone, Stipendiat ved Royal Academy of Engineering. Alligevel kræves der mere arbejde på dette område for at påvirke det videnskabelige samfund, "sagde Robin Batterham, tidligere formand for Austrilian Academy of Technological Science and Engineering.