介科学展望

李静海

当人们研究科学、工程和社会中的复杂系统时，一般总是先了解其宏（系统）尺度行为，然后再逐步深入其微（單元）尺度的机制，并逐步试图建立这两者之间的关联。然而，直接建立这种关联是十分困难的，原因似乎是在这两者之间缺少了什么共同的原理。研究逐步表明，在介于单元尺度和系统尺度之间的介尺度上可能存在一个普适的主导原理，即：不同控制机制在竞争中的协调。为此，提出了介科学这一跨学科的概念。

科学的概念产生于对化学工程中若干复杂系统的研究。首先是气—固流态化系统，随后是湍管流，近几年又在多相催化、蛋白质折叠等实例中得到进一步证实。由于介尺度问题的复杂性和多样性，介科学的普适性仍需进一步验证。通过对各类复杂系统中不同介尺度问题的研究，从具体问题中归纳共同规律，寻找进一步的实证，是进一步发展介科学的有效途径。就是说，可以采用具体实证研究与共性问题探讨齐头并进、相互比对、互相促进的发展策略。

介科学目前还处于萌芽阶段，其发展前景完全取决于各学科交叉和合作的深度。当然，反过来，介科学的发展也将极大地提升不同学科解决复杂问题的能力。

从20世纪80年代，我国化工界开始研究反应器层次的介尺度问题，从气固系统中的颗粒聚团现象入手，认为介尺度聚团的形成来源于气体和颗粒的各自运动趋势在竞争中的协调，从而建立了介尺度聚团结构的稳定性条件，EMMS模型解决了非均匀气固系统定量模拟的问题，显著提升了气固两相计算流体力学的预测性能和解决实际问题的能力，之后又将该模型的原理推广应用到其他多相系统，我们认为，所有这些系统中的介尺度结构的形成，物理上都归因于不同控制机制在竞争中的协调，数学上都可表达为多目标变分。可以预测，这一原理可向更小尺度和更大尺度的介尺度问题扩展，探索形成对所有介尺度问题有效的介尺度科学的可能性，但进一步的发展十分困难，需要多学科交叉才有望取得新的突破。另一方面，关联微观和宏观或单元行为和系统特性是长久以来人们梦寐以求的目标，我们希望这一重大研究计划得到各个学科的积极响应和支持，并欢迎各种意见和建议，毕竟现代科学的进步需要集成各方面的智慧才能取得突破。