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什么是介科学?

发布时间:2024-03-13

“介科学”是中国科学家率先提出的新领域,它是描述介尺度时空非均匀结构的形成和演化规律及其背后的驱动机制,即多种机制“竞争中的协调” 的科学理论及方法;旨在突破传统统计平均方法和还原论方法的局限性,破解工程科学的复杂性,开创过程工程新纪元。

图1. 介科学是探索介尺度上复杂现象、演化过程和控制机制共同原理的科学
(来源:李静海院士在2023年第7届全国化学工程与生物化工年会中《科学的时代特征:科研范式变革与应对全球挑战》,文章参考:Chao Dong, Jinghai Li, Daya Reddy, Science for This Age: Paradigm Shifts and Global Challenges,Engineering, 2022, 19, 22-23. DOI:10.1016/j.eng.2022.05.002

图2. 介科学多种机制“竞争中的协调”示意图
(来源: Jinghai Li, Wenlai Huang, Wei Ge. Multilevel and multiscale PSE: Challenges and opportunities at mesoscales. Computer Aided Chemical Engineering. 2018, 44, 11-19. DOI: 10.1016/B978-0-444-64241-7.50002-1
为进一步阐述介科学的内涵和前景,中国科学院过程工程研究所联合英国牛津大学,对介科学产生的背景、面临的挑战和机遇进行了深刻而简要的介绍。 介尺度是指介于微观(元素)尺度和宏观(系统)尺度之间的尺度范围,在这个尺度范围内,存在一种特征结构,即介观结构,具有空间和时间的动态异质性,这对系统的性能至关重要。需要介尺度的参数来将元素尺度的机制与系统的行为联系起来。介科学的目标是发展一种尽可能普遍的原理,为不同层次的学科建立这样的桥梁, 如图3所示。详细见《国家科学评论》(National Science Review)中“Mesoscience: Exploring the common principle at mesoscales”

图3. 介科学理论中涵盖的介尺度
(来源:Wenlai Huang, Jinghai Li, and Peter P. Edwards, Mesoscience: exploring the common principle at mesoscales. National Science Review. 2018, 5: 321-326. DOI:10.1093/nsr/nwx083