介科學展望

李靜海

當人們研究科學、工程和社會中的復雜系統時，一般總是先了解其宏（系統）尺度行為，然后再逐步深入其微（單元）尺度的機制，并逐步試圖建立這兩者之間的關聯。然而，直接建立這種關聯是十分困難的，原因似乎是在這兩者之間缺少了什么共同的原理。研究逐步表明，在介于單元尺度和系統尺度之間的介尺度上可能存在一個普適的主導原理，即：不同控制機制在競爭中的協調。為此，提出了介科學這一跨學科的概念。

科學的概念產生于對化學工程中若干復雜系統的研究。首先是氣—固流態化系統，隨后是湍管流，近幾年又在多相催化、蛋白質折疊等實例中得到進一步證實。由于介尺度問題的復雜性和多樣性，介科學的普適性仍需進一步驗證。通過對各類復雜系統中不同介尺度問題的研究，從具體問題中歸納共同規律，尋找進一步的實證，是進一步發展介科學的有效途徑。就是說，可以采用具體實證研究與共性問題探討齊頭并進、相互比對、互相促進的發展策略。

介科學目前還處于萌芽階段，其發展前景完全取決于各學科交叉和合作的深度。當然，反過來，介科學的發展也將極大地提升不同學科解決復雜問題的能力。

從20世紀80年代，我國化工界開始研究反應器層次的介尺度問題，從氣固系統中的顆粒聚團現象入手，認為介尺度聚團的形成來源于氣體和顆粒的各自運動趨勢在競爭中的協調，從而建立了介尺度聚團結構的穩定性條件，EMMS模型解決了非均勻氣固系統定量模擬的問題，顯著提升了氣固兩相計算流體力學的預測性能和解決實際問題的能力，之后又將該模型的原理推廣應用到其他多相系統，我們認為，所有這些系統中的介尺度結構的形成，物理上都歸因于不同控制機制在競爭中的協調，數學上都可表達為多目標變分。可以預測，這一原理可向更小尺度和更大尺度的介尺度問題擴展，探索形成對所有介尺度問題有效的介尺度科學的可能性，但進一步的發展十分困難，需要多學科交叉才有望取得新的突破。另一方面，關聯微觀和宏觀或單元行為和系統特性是長久以來人們夢寐以求的目標，我們希望這一重大研究計劃得到各個學科的積極響應和支持，并歡迎各種意見和建議，畢竟現代科學的進步需要集成各方面的智慧才能取得突破。