陈晓松：探索复杂系统的先行者

当今世界，传统的科学研究方法——还原论正面临着越来越多的挑战。在这样的背景下，复杂系统理论应运而生，它致力于揭示隐藏在混沌背后的规律，为理解和应对自然与社会中的复杂现象提供了全新的视角。

作为这一领域的先行者，北京师范大学陈晓松教授通过开创性的本征微观态理论、地球系统临界要素的遥相关研究，以及对各向异性系统临界现象普适性的探索，推动了复杂系统科学的基础研究，也为解决气候变化等全球性挑战贡献中国智慧。

 

 

主要研究成果

本征微观态理论：统一处理平衡与非平衡系统

陈晓松及其团队提出“本征微观态理论”，为研究复杂系统中的相变与临界现象开辟了全新路径。团队创新性地利用奇异值分解方法，通过本征微观态及其概率分布来描述复杂系统，为揭示系统涌现现象和相变临界特性提供了新颖视角。

随后，在2022年国家自然科学基金重点项目的资助下，他们进一步发展了“本征微观态的重整化群理论”，并在《中国物理快报》上发表相关成果。

这一理论突破了传统威尔逊重整化群理论局限于哈密顿量已知系统的限制，实现了对广泛平衡与非平衡复杂系统临界现象的统一分析，标志着复杂系统研究的一次重要飞跃。

地球系统临界要素的遥相关研究

气候变化作为人类面临的重大全球性挑战，其背后隐藏着地球系统中临界要素之间复杂的相互作用。陈晓松团队以复杂网络理论为工具，深入研究了地球系统临界要素的遥相关特性，揭示了亚马逊雨林、青藏高原等关键区域间的遥远联系及其传播路径。陈晓松团队基于气候网络方法，系统地研究了临界要素亚马逊雨林地区（ARA）的全球影响，发现ARA与其他临界要素如青藏高原和南极西部冰盖等气候敏感区域呈现出显著的遥相关特性，并进一步提出了遥相关的传播路径。此外，利用临界慢化理论，他们揭示青藏高原的冰雪覆盖自2008年以来正失去稳定性。这一发现预示着青藏高原可能是一个全新的临界要素。

这项研究是复杂网络理论首次用于研究地球系统临界点，为全球范围分析临界要素开辟了新领域。研究结果表明，被称为“地球之肺”的亚马逊雨林与被誉为“亚洲水塔”的青藏高原之间存在稳定的遥相关，这对中国实现“双碳”目标提供了新的研究视角。

各向异性系统临界现象的普适性研究

在物质世界中，临界现象是一种独特而迷人的物理现象，它发生在系统处于相变的临界点附近。在这一状态下，系统的行为会呈现出普适性，即不同物理系统在临界点附近表现出相似的行为模式，而这些模式通常只依赖于系统的少数宏观特征，如维度和对称性，而与微观细节无关。然而，传统理论主要关注各向同性系统，对于现实中更为常见的各向异性系统的普适性研究则相对不足。

2004年，陈晓松就对各向异性系统临界现象的普适性进行了深入研究。他利用O（n）对称各向异性φ4场论和重整化群理论，证明了各向异性系统的普适性异于各向同性系统，依赖系统的各向异性，从而突破了前人对临界现象普适性的认识。陈晓松预言的Binder量对各向异性的依赖，后来得到二维和三维各向异性Ising模型计算模拟的证实。这一研究不仅丰富了临界现象的基础理论，也为研究更复杂系统的相变现象奠定了理论基础。

 

 

教书育人

作为北京师范大学系统科学学院的院长，陈晓松认识到，复杂系统科学研究领域广阔，为了实现可持续发展，必须在把握学院特色的基础上进一步凝练学科方向。他提出夯实复杂系统基本理论——研究地球系统复杂性，研究地球系统内的自然生命与人类社会的运行规律；探索认知与教育系统复杂性，建设认知与教育复杂性“研究集群”的发展思路。

陈晓松重视对年轻科技人才的培养。在他看来，复杂系统研究需要多学科背景的人才，因此他大力推动学科交叉和院系合作，为学生创造多元化的学习环境。在担任院长期间，他积极扩充了研究团队，也为学生提供了更广阔的学习和实践平台。为推动复杂性科学与地球科学的交叉融合及相关人才的培养，他在2024年8月在昆明组织了为期两周的《复杂系统与地球科学》暑期学校，汇聚了国内外这两个领域的一流学者，为青年学者和研究生提供了深度交流的平台。

从德国求学归来的理论物理学者到复杂系统科学的探索者，从科研一线到管理岗位再到专注学术研究，陈晓松教授的科研之路既有对基础科学的执着追求，也有对国家发展的责任担当。他提出的本征微观态理论为研究复杂系统相变与临界现象提供了全新视角，他关于地球系统临界要素遥相关的研究为应对气候变化提供了新思路，他对各向异性系统临界现象普适性的研究突破了前人对临界现象普适性的认识。这些工作不仅推动了复杂系统科学的发展，也为人类应对全球变化等挑战提供了科学支撑。

（北京师范大学系统科学学院供稿）

（责编：张若涵）