(自组织临界现象)
(自组织临界现象)
Self-Organized Criticality (自組織臨界現象 自組織臨界現象) 自組織臨界現象
相變與臨界現象是同一種物質在因應不同外在變因，如溫度、壓力等參數的不 同，而表現的不同巨觀行為。如一般常見水的固、液、汽三相變化，以及導體 與陶瓷材料在低溫時所山現的超導現象，都是屬於相變現象的範圍。更廣義的 延伸，凡一系統在特定參數條件下有非連續性變化，如蛋自質折疊過程中的二 態變化。或是一些非線性系統的自組臨界現象(Self-Organized Criticality)，皆可 稱為相變現象。
To determine if this picture is correct, we must correlate http and ftp accesses. This can be done as follows: for each ftp download, we ch the http log to find a corresponding session. If there is one, we measure the curiosity exhibited in that session. Unfortunately, the small number of such events (AL-SIM:127, CA-FAQ:214) renders the experiment inconclusive. Nonetheless, comparison of figure 5 (exponential fit) with figure 6 (power-law fit), suggests that a power law may account better for the data than an exponential, at least in the case of CA-FAQ.
统计物理学的理论模型
统计物理学的理论模型简介统计物理学是研究大量微观粒子所组成的宏观物质的行为和性质的一门学科。
它构建了一系列理论模型，以揭示物质的统计规律和宏观行为，从而为解释和预测物质系统的性质提供了重要工具。
本文将介绍几个重要的统计物理学的理论模型，包括玻尔兹曼分布、伊辛模型和自组织临界性等。
玻尔兹曼分布玻尔兹曼分布是统计物理学中最基本的分布函数之一，描述了系统中粒子的能量分布。
玻尔兹曼分布利用了统计物理学中的基本原理，即热力学的最大熵原理和微观状态的等概率原理。
对于一个处于热平衡状态的系统，其粒子的分布和能量的分布会呈现出一种特定的概率分布，即玻尔兹曼分布。
玻尔兹曼分布的表达式如下：$$P(E) = \\frac{1}{Z} \\exp \\left( -\\frac{E}{kT} \\right)$$其中，P(E)表示粒子处于能量E的状态的概率，Z是配分函数，k为玻尔兹曼常数，T为系统的温度。
根据玻尔兹曼分布，我们可以计算系统的各种宏观性质，例如平均能量、熵等。
伊辛模型伊辛模型是统计物理学中研究磁体性质的理论模型，它描述了一个由磁性自旋组成的晶格系统。
伊辛模型的核心思想是自旋的相互作用和磁场的作用，通过调整温度和外界磁场的参数，可以模拟出不同的磁性相变行为。
伊辛模型的哈密顿量可以表示为：$$H = -J \\sum_{\\langle i, j \\rangle} s_i s_j - h \\sum_i s_i$$其中，J是自旋相互作用常数，$\\langle i, j \\rangle$表示相邻自旋对的求和，s i表示第i个自旋的取值（可以是+1或-1），ℎ为外界磁场的强度。
伊辛模型可以通过蒙特卡洛模拟等方法来研究系统的磁性行为，例如相变温度、磁化率等。
自组织临界性自组织临界性是统计物理学中研究临界现象的理论框架，它描述了复杂系统在临界点附近的特殊行为。
自组织临界性主要研究系统在临界点附近的尺度不变性和临界慢化现象，揭示了复杂系统跨越临界点时的统一性质。
自组织临界现象
自组织临界现象什么是自组织临界现象？自组织临界现象是指在某些复杂系统中，当系统接近临界点时，系统内部的自组织行为会发生突变或剧烈变化的现象。
这种现象在自然界和人类社会中广泛存在，包括地震、金融市场的崩盘、社会运动的爆发等。
自组织临界现象的特征自组织临界现象具有以下几个特征：1. 多样性自组织临界现象的表现形式多种多样，可以是突然的爆发、连锁反应、相变等。
这种多样性使得自组织临界现象具有一定的不确定性，很难进行准确的预测和控制。
2. 分形性自组织临界现象的空间和时间尺度具有分形性，即在不同的尺度上都存在相似的结构。
这种分形性使得自组织临界现象表现出自相似性和可扩展性，即小规模的变化可能引发大规模的影响。
3. 自组织性自组织临界现象是由系统内部的相互作用和反馈机制驱动的，而不是外部的控制。
在临界点附近，系统内部的微小扰动可以引发系统的自组织行为，从而导致整个系统的剧烈变化。
4. 敏感性自组织临界现象对初始条件和微小扰动非常敏感。
微小的变化可能导致系统的不可预测性和不稳定性，使得系统出现非线性的行为。
自组织临界现象的例子1. 地震地震是一种典型的自组织临界现象。
地球地壳中的地震带在长时间的应力积累之后，当应力达到一定的临界值时，就会发生地震。
地震的发生并不是完全随机的，而是受到地壳内部的相互作用和反馈机制的影响。
2. 金融市场的崩盘金融市场的崩盘也是一种自组织临界现象。
在金融市场中，投资者的行为会受到其他投资者的影响，形成正反馈的循环。
当市场中的风险积累到一定程度时，市场可能发生剧烈的波动，导致崩盘的发生。
3. 社会运动的爆发社会运动的爆发也可以看作是一种自组织临界现象。
在社会中，个体的行为会相互影响，形成集体行动。
当社会中的不满情绪积累到一定程度时，可能引发社会运动的爆发，导致社会的剧变。
自组织临界现象的意义和应用自组织临界现象在自然科学、社会科学和工程技术领域都有重要的意义和应用。
1. 理论研究自组织临界现象的研究可以帮助我们理解复杂系统的行为和演化规律，揭示自然界和社会系统的内在机制。
13.3 自组织临界性理论及其应用
便可认为该系统具有自组织临界性。
（二）自组织临界性的经典模型：沙堆模型 雪崩发生的概率D与崩塌大小S和弛豫时间
T满足幂律关系，即：
D(S ) S
D(T ) T
和 式中：
为幂指数。
（三）自组织临界性现象
物理量之间的幂律关系，是临界自组织 系统的一个最为显着的标志。 在地震研究领域内，有一个著名的 Gutenberg-Richter 定律，它揭示了一个特 定地区在一个较长的时间段内，不同大小的 地震所发生的频率规律。
P ( s ) ∝s -α
对于以上的气候系统数值沙堆模型： ① 假定每个方格 (i, j ) 中投加的因子值是
理想的立方体β值。
其中，气温、降水量、相对湿度和蒸发
量的β值分别取10、5、48、45。另外，由于
小因子值数量较多，设定每次随机的向格子
投入变化量的 1% 的因子值。
② 临界值 hc 的具体取值对临界行为没
图13.3.7 k = 0.006 时相对湿度数值沙堆模型崩塌大小分布
图13.3.8 k = 0.005 时蒸发量数值沙堆模型崩塌大小分布
（二）强度与频度关系 对气候因子变化来说 ，应满足幂律关系：
N cr
即
log N logc logr
式中：N 代表在标度指数 上平均每日大
于某一因子强度值r 的因子的个数的频度，c为
待定系数。
图13.3.1 气温的强度-频度分布
图13.3.2 降水量的强度-频度分布
图13.3.3 相对湿度的强度-频度分布
相互作用机制，系统在没有外界输入能量的
驱动下，自发演化到一个局域动力学不稳定
而在宏观统计上动力学稳定的临界状态。
自组织临界性研究报告
//一、前言1．自组织临界性是什么自组织临界性是为统一解释自然中各类复杂系统广泛观察到的规律而提出的一个理论。
这些复杂系统中有着包括：幂率分布，事件发生频率与其特征量的幂次乘积为定值的规律。
例如地震的震级与出现频率、大灭绝事件的频率与灭绝率；Zipf定律，人类社会中广泛存在的排名与频率的大小关系：如大于某一大小的城市与；1/f噪声，波形在时间上频谱分解的强度与频率呈幂次反比关系，比如类星体发出的星光。
2．沙堆模型自组织临界性思想最具标志性的模型便是沙堆模型。
想象一个平面，向其上随机或是顶点地撒沙粒。
初始沙粒都处在平面上，这是能量最低的平衡态。
而逐渐沙粒由于之间摩擦力可以堆积起来，形成沙堆。
沙堆随着播撒的进行增高直到某一高度无法再增高——即所谓临界的稳定态。
系统在这种状态中同样可以保持表观稳定不变，即沙丘的大小形状基本不变，但与此同时又有着不一样的动力学性质。
在临界态，一粒沙子进入沙堆可能会使某一位置相对附近的相对高度超过极限，因而产生不稳定，沙堆倒塌，沙粒流向四周。
而这一倒塌可能引起四周相同的倒塌反应，于是连锁起来即成为雪崩。
Per Bak用了数字摄像研究了实际的沙堆行为并构建了一个极简的计算模型来研究临界态的雪崩现象，它们均表明了相同的性质。
雪崩反应在空间上的大小（波及的范围）与发生频率满足幂率分布的关系，而其时间谱则有着1/f噪声的性质。
从开放系统的角度来理解，在这一模型中外界加入的沙子是对稳定性施加的压力，而不时出现的雪崩反应则是对其的响应间断出现的压力疏解。
这一模型的重要性在于它首先给出了一个简单的模型阐明简单的规则或者任意的驱动力便可以使体系进入一种自发形成稳定状态——临界态中，并在这一状态表现出复杂的临界现象。
二、生物学问题1．生物学问题背景及其与SOC思想的关联进化论是极大改变人类关于自然认识的一种思想，它反驳特创论提出了物种产生的一种原因。
尽管有着如此重要的意义，达尔文的进化思想并没有明晰地球生态圈中各物种进化的整体图像，它提出的是一种物种怎样变化的具体机制，这一点上与拉马克的进化论相同。
复杂系统的演化模式——自组织临界性
从远 古的有 机 分子 的海 洋 中发 展 出 了植 物 、 物 、 动 全球 生态 系统 ， 人类 以及 国际组织 。是 什么 驱使 自然 世 界朝着 复杂性 前进 ？
自组 织 临 界 性 （ ｅｆ ｏ ｇ ｎ ｅ ｒ ｉａ ｔ ， 称 Ｓ ｌ— ｒ ａ ｉ ｄ Ｃ ｉｃｌ ｙ 简 ｚ ｔ ｉ Ｓ Ｃ 理论是 Ｐ ｒ ａ Ｏ ） ｅ ｋ等人 为解 释无序 的、 Ｂ 非线性 复杂 系统 的行 为特征 提 出 的新 概 念 。这 类 系 统包 含 着 众 多 的发生短程相互作用的组元 ， 白发地向着一种临界状 并 态进化。在临界状态下小事件引起 的连锁反应能对系
维普资讯
３ ６
西 部探 矿工 程 系统 的演 化模 式— — 自组 织 临界 性
李 朝 红
（ 石家庄铁 道 学 院土 木 工程分 院 ， 河北 石 家庄 Ｏ Ｏ ４ ） ５ Ｏ ３
摘
要： 耗散 结构理 论 、 同学 、 协 突变论 、 超循 环 论 ， 以及 混 沌 、 分形 和 １ｆ 声理 论 ， 复 杂 系统 出现 ／噪 从
出现的信号 ， 他们通过 满足负幂律 的特征联系在一起 。
社会现象中普遍存在着 １ｆ ／ 噪声 ， 从尼 罗河水流量变 化、 健康个体的心率跳动 、 细脑膜 电位、 人类认知、 优美 的音乐旋律 、 Ｎ Ｄ Ａ序列 ， 乃至滑坡 、 泥石流等灾害的发 生 ， 乎无 不打 上 １ｆ 几 ／ 噪声 的 印记 。存 在 １ｆ ／ 规律这 一 特征 ， 表明动态系统产生各种尺度和各种持续时间的连 锁反应时所展现出的信号叠加的结果 ， 信号的某个分量 在 时间尺 度 上的强 度 与 该 时 间 尺度 的大 小 成反 比。这 些现象的一个共 同特点就是 ， 统计量的分布满足“ 负幂 律” 。负 幂律表 明对 于所 观察 的量存 在一 个标 度率 。负 幂律后 面 隐藏 了什 么样 的物 理 机 制 ？是 什 么 导致 自然 界 中千 差万 别 的现象 能够 产生 如此 简单 而和谐 的规律 ？ 已有 的平衡 系统 理论 、 耗散 结 构论 、 同学 、 沌理论并 协 混 没有 给 出 圆满 的 回答 。正 是 在 这 种 背 景 下 ， 巴克 （ ａ Ｂｋ Ｐｒ、 ｅ）汤超 （ ｎ ｈｏ 等 人 在 １８ ＴａｇＣ ａ） ９７年提 出的 Ｓ Ｃ概 Ｏ 念对 此作 出尝 试性 的解 释 和探索 。 巴克认为 ， 从揭示复杂系统的演化模式的角度来说 ， Ｓ Ｃ是迄今为止唯一可以解释复杂性如何产生的一般机 Ｏ 制的理论。就如一堆看似简单的沙堆 ， 却孕育了一个复 杂系统， 而这个复杂系统 的演化模式却有一个简单而完 美的定律——负幂律 。物理学定律是简单的， 自然界 而 其实是 复杂的 ； 杂 系统 的突 变 行为 遵循 某种 简单 模式 复 （ 震波 的分布 、 花 价格 月度 变 化 、 地 棉 地球 上物 种灭 绝 的 地 质学时 间曲线 图）Ｓ Ｃ理 论 的 贡 献在 于 ， 现 了这种 ，Ｏ 发 耗散动力学系统 的行为演化模式——即时间效应上 的
自组织临界（self-organized
⾃组织临界（self-organized criticality，SOC）⾃组织临界理论（self-organized criticality，简称SOC）是⼀个有趣且影响较⼤的理论。
该理论认为，由⼤量相互作⽤成分组成的系统会⾃然地向⾃组织临界态发展；当系统达到⾃组织临界态时，即使⼩的⼲扰事件也可引起系统发⽣⼀系列灾变。
Bak等⼈（1988，Bak，1996）⽤著名的“沙堆模型”（sandpile model）来形象地说明⾃组织临界态的形成和特点。
美国物理学家Per Bak和Kan Chen做过⼀个内涵深刻的研究：他们让沙⼦⼀粒⼀粒落在桌上，形成逐渐增⾼的⼀⼩堆，借助慢速录象和计算机模仿精确地计算每在沙堆顶部落置⼀粒沙会连带多少沙粒移动；初始阶段，落下的沙粒对沙堆整体影响很⼩；然⽽当沙堆增⾼到⼀定程度，落下⼀粒沙却可能导致整个沙堆发⽣坍塌。
Bak和Chen由此提出⼀种“⾃组织临界”（self-organized criticality）的理论；沙堆⼀达到“临界”状态，每粒沙与其他沙粒就处于“⼀体性”接触，那时每粒新落下的沙都会产⽣⼀种 “⼒波”，尽管微细，却能贯穿沙堆整体，把碰撞次第传给所有沙粒，导致沙堆发⽣整体性的连锁改变或重新组合；沙堆的结构将随每粒新沙落下⽽变得脆弱，最终发⽣结构性失衡——坍塌。
临界态时，沙崩规模的⼤⼩与其出现的频率呈幂函数关系。
所谓“⾃组织”是指该状态的形成主要是由系统内部组织间的相互作⽤产⽣，⽽不是由任何外界因素控制或主导所致。
所谓“临界态”是指系统处于⼀种特殊敏感状态，微⼩的局部变化可以不断放⼤、扩延⾄整个系统。
也就是说，系统在临界态时，其所有组份的⾏为都相互关联。
临界态概念与“相变”（phase transition）密切联系；相变是由量变到质变的过程，⽽临界态正是系统转变时刻的特征。
因为在临界态时，系统内事件⼤⼩与其频率之间是幂函数关系，这时系统不存在特征尺度（characteristic scales）；也就是说，事件发⽣在所有尺度上，或与尺度⽆关（即f(x)的相对变化与x⽆关）。
科学家详解汶川大地震的13个科学问题
科学家详解汶川大地震的13个科学问题编者按 中国科协学术会刊《科技导报》2008年第10期推出“汶川地震特刊”。
在特刊中，中国地震局地球物理研究所名誉所长陈运泰院士、中国地震局科学技术委员会主任陈顒院士、中国科学院研究生院地球科学教授史保平等分别以论文、评论和访谈的形式，对汶川大地震发生 后公众非常关心的一系列问题，如汶川大地震震级为什么调整、汶川及附近地区是否进入了地震活跃期、地震是否可以预报等，做了说明与解释。
征得《科技导报》的同意，我们浓缩、整理出如下13个问题，以使读者能够对汶川大地震有更为科学的了解。
陈 顒 陈运泰 史保平1、汶川大地震释放的能量有多大？陈顒：中国地震台网中心、美国地质调查局和日本气象厅测定的这次汶川地震震级分别为：8.0,7.8,7.9。
按我国确定的震级8.0计，汶川地震释放的地震波能量约为1023.7尔格，相当于上千颗二战时美国在广岛扔的原子弹的能量。
2、汶川大地震的物理过程如何？陈顒：这次地震破裂从汶川附近开始，破裂带沿北东方向延伸。
地震滑动从西南向东北传播，第100s 时破裂的位置在北川附近，整个破裂持续时间为120s ，地震造成的地下破裂长度约300~400km 。
震源破裂滑动量较大的区域有两处，分别分布在（40~80km ）和（100~140km ）附近；大的滑动一般对应大的地震灾害，这两处正是目前得知的地震破坏最为严重的汶川和北川附近的地区。
这次地震的震源深度在8~12km 附近，地下震源处的最大滑动约小于9m 。
汶川距北京1530km ，地震面波传播所需时间约500s 。
北京地震台在地震发生约8min 记录到了汶川地震产生地震面波的到达。
汶川地震发生在14时28分，而北京高层建筑居民感受到的震动的时间则是14时36分。
3、汶川大地震的发生是否表明这一区域进入了一个地震活跃期？陈顒：在地震学史上，一次如此巨大地震原地重复的例子极为罕见。
一般来说，一个地方发生一次超大地震之后，将有一段百年以上的地震平静时段。
自组织临界现象
自组织临界现象自组织临界现象自组织临界现象是指在一定条件下，由于系统内部的相互作用，系统中的个体或子系统会出现自发地组织成一种特定的结构或状态。
这种现象常见于物理、化学和生物等领域，例如固体中晶格的形成、液体中液滴的生成、生物群落的演化等。
1. 自组织临界现象的基本原理自组织临界现象是由系统内部相互作用所导致的。
这些相互作用可以是物理力学上的相互作用，如分子间力、电磁力等；也可以是化学反应中产生的相互作用；还可以是生物体系中个体之间或个体与环境之间的相互作用。
2. 自组织临界现象的特征（1）非线性：系统呈现出非线性响应，即微小扰动可能引起巨大变化。
（2）多样性：同一个系统在不同条件下可能呈现出不同形态或状态。
（3）异质性：系统内部存在着各种不同类型和性质的元素或子系统。
（4）长程关联：局部变化可能会影响到整个系统。
（5）分形结构：自组织结构呈现出分形特征，即具有自相似性和无限细节的特点。
3. 自组织临界现象的应用自组织临界现象的应用非常广泛，例如：（1）自组织控制：利用自组织临界现象实现对系统的控制和调节，例如通过调整温度、压力等参数来控制化学反应过程中产生的结构。
（2）人工智能：利用神经网络等方法模拟生物系统中的自组织临界现象，实现人工智能。
（3）城市规划：利用城市内部元素之间的相互作用，实现城市内部交通、建筑等资源的优化配置。
（4）生态保护：通过研究生态系统中的自组织临界现象，实现对生态系统的保护和修复。
4. 自组织临界现象研究中存在的问题自组织临界现象研究中还存在一些问题需要解决：（1）理论模型不完善：目前对于自组织临界现象的理论模型还不够完善，需要进一步深入研究。
（2）实验条件难以控制：由于自组织临界现象的非线性特性，实验条件很难完全控制，导致实验结果的可重复性较差。
（3）应用效果不稳定：自组织临界现象在应用中常常出现效果不稳定的情况，需要进一步提高应用效果的稳定性。
总之，自组织临界现象是一种具有广泛应用前景的研究领域，在未来的研究和应用中将会发挥越来越重要的作用。
人类健康学(一)解读
人类健康学自工业革命以来，人类社会发生了一系列人类几千年来不敢想象的巨大变化，创造了一系列令人震惊的技术奇迹，创造了人类几千年都没能创造的“财富”。
这些技术和“财富”，渗透到了人们生活的方方面面，甚至渗透到了人们的灵魂深处：人类一直在孜孜不倦地一往直前、永不停止地追求着新的技术，为了更加省时，为了更多的“财富”，为了消灭“疾病”。
但事实是现代人被各种铺天盖地的信息和事物所包围，而留给自己思考的时间却越来越少，财富不知何时才能满足，疾病越来越多、越来越复杂、越来越难以对付。
任何人都不能否认工业现代化带给人类的新生活，但我们在此基础上，理应生活得更加健康和幸福。
人类在应付疾病的方面，除了疾病的治疗以外，必然还会思考如何使疾病不发生，这就是预防医学。
但是，再进一步，人类是否可以有更高的战略思路：不以疾病为着眼点，而是直接考虑人类健康状况的保持；同时，如果能找出健康保持的规律，这将对疾病的发生发展规律有进一步的认识，从而可以更加全面、更加主动、更加积极地促进人类的健康。
健康保持研究与近现代医学研究有着根本的区别。
人类健康状态的保持，是一种策略。
健康保持的科学研究和医学研究的根本区别在于，近现代医学研究的对象——疾病，是一种可以看得见、摸得着的，可以通过实验室展开实验分析的，而健康科学研究的对象是一种状态，即人体稳定而有序运行的状态，不是一个可以看得见、摸得着的实体。
健康状况保持研究，不是研究人体本身（研究人体本身的发生发展规律的科学体系为生命科学体系，如：生理学、解剖学、生物学等），而是一种研究“关系”的科学，即研究人体和宇宙大自然、研究人和社会、人和人、人体内部各种关系的科学，是研究这些关系如何和谐而稳定地运行。
人类把握了这种运行机制，自然就掌握了躯体健康保持的部分规律，从而更为主动、自觉地吻合这种规律，实现自身最大限度的健康保持。
当然，健康保持的研究是基于人体个体的自身客观条件为基础的。
在一个个体诞生后，其基因对其自身的根本特性有基础性的决定作用，如：性别、体格、性格、遗传疾病等等。
SOC基本定义
自从Bak，Tang还有Wiesenfeld（BTW）在1987年发表于“物理评论快报”的文章中提出“自组织临界性”（SOC）以来，这一概念就被笼罩在激烈的争论气氛之下。
这一情况的出现有很多原因。
一个原因是人们（对这一想法）所做出的勇敢而乐观的断言。
（这一断言包含）这样一种态度：现在终于有了一种思想的方向，可以使得人们把玻尔兹曼和吉布斯（创立）的统计物理学与令人激动的非平衡物理的真实世界联系起来，并且（认为）SOC这一概念是如此的有力，可以用来解释从山脉形成到股市波动的几乎所有的事。
一般来说，过于普适的理论经常会遇到来自于工作在各个专门领域的专家们一定的置疑。
而且在普适和专门之间很难有一个精确的沟通。
地震的许多独特的细节可以借助简单的元胞自动机的数值模拟来理解，对于地理学家看来，可能是不大现实的。
对于研究进化物种间广大而且复杂的相互作用网络的生物学家来说，仅仅借助一系列具有最近邻相互作用的随机数来体现进化也只能被看作一个笑话。
那么SOC这个概念在哪些方面有效呢？让我们来考虑一些重要的问题。
（1）我们能够把SOC作为一种定义清楚的独特现象同其他种类的行为区别开来吗？（2）我们能够确立一种能够被称为自组织临界系统理论的特定的（理论）构架吗？（3）对于这个世界，SOC能够告诉我们任何在1987年BTW的文章发表之前我们所不知道的事吗？（4）SOC是可预见的吗――也就是说，我们能够指出一个系统要体现出SOC行为所必须满足的充分必要条件吗？并且，假如我们能够建立一个属于SOC范畴的系统，这能真正的帮助我们理解这个系统的行为吗？谨慎点说，我认为对这些问题给予确定的回答是有意义的。
在这一章里，我们将讨论在多大程度上SOC得到了成功。
最初，自组织临界性被猜测是相互作用的多体系统所具有的典型行为。
它无论是在时间还是空间上都丰富的分形结构被设想成一种与大多数多体系统相联系的一般趋势的效应－这种趋势是这些系统可以自我发展到一种临界的，标度不变的状态。
岩石破裂的自组织临界性应用探索
衡 ， 堆停止增 长 ， 沙 系统 将 演 化到 一个 临 界状 态 ， 此
时对新 添加 沙 粒 （ 视 为 一种 扰 动 ） 响应 是 无 法 可 的
预测 的 ， 沙粒 可能 固定 在沙堆 上 、 可能引起小 范围 也 沙粒 的滑动 ， 可 能 导致 更 大 规模 的 “ 还 雪崩 ” 但 雪 ，
（ ｃ ｏｌ ｆ ｎ ｉ ｎ ｎ ａ ｄＲ ｓｕｃ ， ｏ ｔ ｅｔ ｎｖｒ ｔ ｏ ｃ ｎｅａｄＴ ｃｎ ｌ ｙ Ｓｈ ｏ ｏ ｖ ｏｍｅｔ ｎ ｅｏｒｅ Ｓ ｕｈ ｓ Ｕ ｉｅ ｉ ｆ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏｏ ） Ｅ ｒ ｗ ｓｙ Ｓ ｅ ｇ
Ａｂ ｔ ａ ｔ： ｅｆｏ ｇ ｎ ｚ ｄ ｃｉｉａ ｉ ｈ ｏ ｙ ｏ ｅ ｓ ｕ ｅ ｗａ ｏ ｐ ｅ ｅ ｔｍｉｅ ｐ ｗｅ ｓ ｓｅ ． Ｔ ｅ ｓ ｒ ｃ Ｓ ｌ－ ｒａ ｉｅ ｒｔｃ ｌ ｙ ｔ ｅ ｒ ｐ ｎ ｐ ａ ｎ ｗ ｙ ｔ ｒｖ ｎ ｎ ｏ ｒｄｉａ ｔｒ ｈ ｔ
的 Ｂ Ｇ算法 ， 索 了用状 态预 警和状 态调 节防治矿 山动 力灾害的研 究方 法。 — 探
关键词 ： 自组 织临界性 ； 岩石破 裂 ； 数值模拟 ；— ＢＧ算法 ； 态预 警 状 中图分 类号 ：Ｄ １ ． Ｔ ３５ １ 文献标识 码 ： Ａ 文章编号 ：０９５８ （０ ８ １－０６０ １０ －６３ ２０ ）２０ ３ － ４
ａｊｓ ｅ ｔ ｄ ｔ ｎ． ｕｍ
萤火虫同步闪动的原理
萤火虫同步闪动的原理萤火虫同步闪动的原理萤火虫同步闪动是一种自然现象，它是指在夜晚，许多萤火虫会同时闪烁，形成一种美丽的景象。
这种现象背后有什么原理呢？本文将从生物学和物理学两个角度来探讨萤火虫同步闪动的原理。
生物学角度萤火虫属于昆虫纲甲虫目萤科，其身体内部含有一种叫做荧光素的化合物。
荧光素在存在氧气和酶的情况下，可以与ATP（三磷酸腺苷）反应产生能量，并放出光线。
这就是萤火虫发光的基本原理。
但是，为什么会出现同步闪动呢？这与萤火虫的生活习性有关。
雄性萤火虫通常会在夜间飞行，在寻找雌性时会发出特定频率的光信号。
当有一只雄性发出信号后，周围其他雄性也会跟着发出类似频率的信号。
这样就形成了一种“竞争”的状态，每只雄性都希望自己的信号最强，以吸引到雌性。
因此，萤火虫之间会相互影响，从而出现同步闪动的现象。
物理学角度除了生物学角度，萤火虫同步闪动也可以从物理学角度来解释。
这里主要涉及到一个叫做“自组织临界性”的概念。
自组织临界性是指在某些系统中，当系统内部的元素达到一定数量时，就会出现一种自发形成的有序结构。
这种有序结构具有一定的规律性和稳定性，不易被外界干扰。
而萤火虫同步闪动正是一种典型的自组织临界性现象。
具体来说，萤火虫同步闪动可以看作是一个包含大量元素（即萤火虫）的复杂系统。
每只萤火虫都有自己独立的周期，在周期内会发出光信号。
当多只萤火虫聚集在一起时，它们之间会相互影响，并逐渐趋向于同步发光。
这种同步发光状态就是系统达到了自组织临界性，并形成了稳定的有序结构。
总结综上所述，萤火虫同步闪动既有生物学角度的解释，也有物理学角度的解释。
从生物学角度来看，萤火虫同步闪动是因为雄性之间相互影响，从而形成一种竞争状态。
从物理学角度来看，萤火虫同步闪动是因为系统达到了自组织临界性，并形成了稳定的有序结构。
这两种解释并不矛盾，而是相辅相成的。
通过对萤火虫同步闪动现象的研究，我们可以更好地理解自然界中复杂系统的行为规律，并将其运用到人类社会中去。
自组织临界理论
自组织临界理论自组织临界性是对某些动力系统的一个特性。
该特性是其临界点为吸引子。
其相变临界点在其宏观表现的时间和空间分布上呈现标度不变性,而这种标度不变性没必要调节系统参数就可以达到。
自组织临界理论（self-organized criticality，简称SOC）是一个有趣且影响较大的理论。
该理论认为，由大量相互作用成分组成的系统会自然地向自组织临界态发展；当系统达到自组织临界态时，即使小的干扰事件也可引起系统发生一系列灾变。
Bak等人（1988，Bak，1996）用著名的“沙堆模型”（sandpile model）来形象地说明自组织临界态的形成和特点。
沙堆实验美国物理学家Per Bak和Kan Chen做过一个内涵深刻的研究：他们让沙子一粒一粒落在桌上，形成逐渐增高的一小堆，借助慢速录象和计算机模仿精确地计算每在沙堆顶部落置一粒沙会连带多少沙粒移动；初始阶段，落下的沙粒对沙堆整体影响很小；然而当沙堆增高到一定程度，落下一粒沙却可能导致整个沙堆发生坍塌。
Bak和Chen由此提出一种“自组织临界”（self-organized criticality）的理论；沙堆一达到“临界”状态，每粒沙与其他沙粒就处于“一体性”接触，那时每粒新落下的沙都会产生一种“力波”，尽管微细，却能贯穿沙堆整体，把碰撞次第传给所有沙粒，导致沙堆发生整体性的连锁改变或重新组合；沙堆的结构将随每粒新沙落下而变得脆弱，最终发生结构性失衡——坍塌。
临界态时，沙崩规模的大小与其出现的频率呈幂函数关系。
何谓“自组织”所谓“自组织”是指该状态的形成主要是由系统内部组织间的相互作用产生，而不是由任何外界因素控制或主导所致。
所谓“临界态”是指系统处于一种特殊敏感状态，微小的局部变化可以不断放大、扩延至整个系统。
也就是说，系统在临界态时，其所有组份的行为都相互关联。
临界态概念与“相变”（phase transition）密切联系；相变是由量变到质变的过程，而临界态正是系统转变时刻的特征。
平衡相变非平衡相变和协同学
平衡相变非平衡相变和协同学1.引言【1.1 概述】相变是物质在一定条件下发生的物理或化学性质改变的过程，它是许多自然现象和技术应用中至关重要的一部分。
相变的研究不仅有助于我们更好地理解物质的性质和行为，还有助于开发出各种新的材料和应用。
相变的研究可以分为平衡相变和非平衡相变两个方面。
平衡相变是指在热力学平衡下发生的相变，例如物质从固态到液态的熔化，或从液态到气态的汽化。
这种相变的特征是在一定的温度和压力下，相变前后的物质处于热力学上的平衡状态，其相变过程可以通过热力学理论进行描述和预测。
与平衡相变不同，非平衡相变指的是在非平衡条件下发生的相变。
非平衡相变常常发生在外界施加的强烈驱动下，例如剧烈变化的温度、压力或化学势等。
这种相变过程中，物质无法达到热力学平衡状态，因此无法通过传统的热力学理论进行解释和预测。
非平衡相变的研究是相变领域的一个前沿课题，它对于解决一些复杂系统中的相变行为具有重要意义。
在相变研究领域中，协同学是一个新兴的交叉学科，它将平衡相变和非平衡相变进行了有机的结合。
协同学的基本思想是通过控制和调节系统的局部耦合与非局部耦合之间的相互作用，实现相变过程中的协同效应，从而实现一些特殊的功能和性质。
协同学不仅对于相变的基础研究具有重要意义，还在能源转化、材料制备、信息存储等方面有广泛的应用前景。
本文将从平衡相变、非平衡相变和协同学三个方面展开论述。
首先，我们将介绍平衡相变的定义、特征以及一些典型的示例和应用。
然后，我们将详细讨论非平衡相变的定义、特征和一些实际应用。
最后，我们将介绍协同学的基本原理和应用前景，以及与平衡相变和非平衡相变之间的关系。
通过对这些内容的详细分析和讨论，我们希望能够对相变的不同类型和机制有更深入的理解，并为相变领域的研究和应用提供一些新的思路和方法。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以写为：文章结构部分旨在介绍本文的整体结构和各个部分的内容安排。
本文总共分为引言、正文和结论三个部分。
【国家自然科学基金】_自组织临界_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140730
推荐指数 4 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34
分维谱 低频减载 传播模型 二价硫离子 flac数值模拟 cascade模型
ห้องสมุดไป่ตู้
1 1 1 1 1 1
2011年 科研热词 震前扰动 自组织临界性 短临预报 森林火灾模型 有限尺度分析 战略思想 强震 异质性 平均火灾大小 推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
科研热词 自组织临界性 级联故障 大停电 临界现象 饱水试验 频率稳定 频率保护 项目合作 非线性系统 非平衡态热力学 雪崩 随机攻击 降雨 阿尔泰 金属阳离子 连锁故障 连锁堵转 软岩 软化 蓄意攻击 蒙特卡洛模拟 自组织理论 自激振荡 耦合作用 稳态剪切流变 稳定性 矿床 矿山资源 疏水缔合两亲聚合物 电力系统 热声发动机 热力学稳定性 渗透性 沙粒分布特性 沙堆模型 无标度网络 断层 拥塞作用 感应电动机 开采时序 延迟时间 幂率 幂律行为 寻租行为 奇异指数 多重分形 复杂网络 复杂系统 堆积散体 原子力显微镜 协同学原理 动态粘弹性
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
流行病传播自组织临界性模型适用性探讨
恐龙 灭绝 等灾 难性 事件 。但 在 目前 利 用 Ｓ Ｃ研 究 Ｏ 疾病传 播机 制 的有关 工 作 中 ，多 为范 例 性 的探讨 ， 缺 乏对 Ｓ Ｃ理论 建立 流 行病 传 播模 型普 适性 条 件 Ｏ 的论 述 。本 文 即从 Ｓ Ｃ的原 始 定 义 和 流行 病 传 播 Ｏ
法则 的流行病 传播 的演 化 模 型 已成 为 研究 的热 点 。 流行 病 传 播 具有 高 维 性 、复 杂性 、开 放 性 、动 态 性 以及非线 性 等 特 点 。 自组 织 临 界 状 态 （ ｅ —ｏ— Ｓｌ ｒ ｆ
ｇｎｚｄＣｉｃｌｙ 理论是 当代 非线 性 物理 学 中 的最 ａ ｉ ｒｉ ｉ ） ｅ ｔａｔ 新成 果 ，近 年来用 自组织 临界状 态 （ Ｏ 研 究疾 病 Ｓ Ｃ）
用范围、以及呈现 Ｓ Ｃ效应的流行病传播性质等 Ｏ
基本 问题 。
收稿 日期 ：２ ０ ０ ８—０ ２—１ ２ 基金项 目：国家 自然科学基金项 目（０ ７０ ５ ；西南交通 大学 Ｓ Ｔ ５４８８） Ｒ Ｐ科研训练计划项 目（ ７ １１ ００ ０ ） 作者简介：姚冶（ ９５一） １８ ，女 ，四川成都人 ，博士研究生 ，主要从 事生物 医学工程研究 ． ・ ａ ：ｙｏｅ ｏ ｅｓ ｊ ．ｄ ．１ Ｅ ｍ ｉ ａｙ＠ｈ ｍ ．ｗｔ ｅｕ １ ｌ ｕ ３ １
染性 疾病 的传 播 现 象 、用 沙 堆 模 型 模 拟 流 行 病 中
０ 引 言
为 了对 流 行 病 进 行 预 报 ，建 立 具 有 确 定 演 化
地震—一种自组织临界现象
地震—一种自组织临界现象
Bak,P;周尽
【期刊名称】《世界地震译丛》
【年(卷),期】1992(000)004
【总页数】4页(P72-75)
【作者】Bak,P;周尽
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】P315.2
【相关文献】
1.地震—作为一种自组织的临界现象 [J], 周尽
2.自组织临界现象在地震空间演化特征上的应用研究 [J], 兰从欣;石特临
3.基于自组织临界现象的中期地震预报算法研究 [J], 兰从欣;石特临
4.地震的自组织临界现象 [J], 伊东敬右
5.自组织临界现象对地震预测的影响 [J], Bak,P; 许忠淮
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一個系統內部的能量和物質流動會引起系統成員的狀態和系統內部的排序結構或有序程度發生變化，同樣這種變化也 會導致產生這種能量和物質流動。如果這種 "流" 是系統某些成員的狀態發生變化而產生的並能夠影響其它成員的狀態， 它的網路結構就是這個系統的軟件。在大腦中這種網路結構就是突觸，也是中樞神經系統的最重要部分。在電腦中信號 電流的通道和門構成了這種網路結構，即電腦軟件。 當一個系統可以通過與外界的能量和物質交換同外界發生相互作用時，在它的界面上能夠產生一種能量流從而影響它 的成員的狀態和系統的有序程度。在一個有序或不均衡的系統中，很微小的能量流就可以對系統的功能或行為產生很大 的影響。這個系統越是有序或越是不平衡就越敏感，這種影響力就會越大。我們稱這種能量流為信號或信息。對生命來 說，這個界面就是感官。 在一個有序程度很低的系統中，這種信息流對它的影響力就很小。換句話說，在這種系統界面上發生的能量和信號傳 遞和交換對系統的影響是沒有什么差別的。 在神經網絡系統中，無意識是系統的有序狀態或不均衡狀態，它試圖維持自身對環境的有序性作出反應。而意識是系 統處于模糊狀態，它是試圖把來自界面的模糊信號變成新的有序狀態的反應過程。大腦的工作就是試圖使其成員對信息 流的反應達到有序狀態。 當部分無意識的記憶內容進入到意識狀態后，系統就會產生注意力。這時系統的某一局部從有序狀態變成模糊狀態， 使它只接收和處理這些無意識規則范圍內的模糊信息。注意力是某些無意識內容重新被加工和再記憶的過程，是系統某 個部分自組織過程的 "反芻" 或繼續。這種從有序到模糊的結果就產生了注意力。 注意力是模糊識別的最重要前提條件。問題是系統為什么和如何使自己的某些部分從有序狀態變成模糊狀態。 對此，我曾在文章中多次提出，當無意識無法處理接收到的信息時，就會產生注意力。有興趣的讀者可參閱我的其他 文章。 這種解釋並沒有說明意識或思維的產生。我認為思維是一個系統向更加有序的自組織的過程。意識由這個過程的記憶 所產生。
Ré ka Albert, Albert-Lá szlóBarabá si, Hawoong Jeong, and Ginestra Bianconi Power-law distribution of the World Wide Web Science 287 2115a (2000)
/~alb/
Self-Organized Criticality (自組織臨界現象)
相變與臨界現象是同一種物質在因應不同外在變因，如溫度、壓力等參數的不 同，而表現的不同巨觀行為。如一般常見水的固、液、汽三相變化，以及導體 與陶瓷材料在低溫時所山現的超導現象，都是屬於相變現象的範圍。更廣義的 延伸，凡一系統在特定參數條件下有非連續性變化，如蛋自質折疊過程中的二 態變化。或是一些非線性系統的自組臨界現象(Self-Organized Criticality)，皆可 稱為相變現象。
How Nature Works : The Science of Self-Organized Criticality by Per Bak
Self-Organized Criticality (自組織臨界現象)
In physics, a critical point is a point at which a system changes radically its behavior or structure, for instance, from solid to liquid. In standard critical phenomena, there is a control parameter which an experimenter can vary to obtain this radical change in behavior. In the case of melting, the control parameter is temperature. Self-organized critical phenomena, by contrast, is exhibited by driven systems which reach a critical state by their intrinsic dynamics, independently of the value of any control parameter. The archetype of a self-organized critical system is a sand pile. Sand is slowly dropped onto a surface, forming a pile. As the pile grows, avalanches occur which carry sand from the top to the bottom of the pile. At least in model systems, the slope of the pile becomes independent of the rate at which the system is driven by dropping sand. This is the (selforganized) critical slope. Critical states of a system are signaled by a power-law distribution in some observable. In the case of a solid-liquid transition, one can measure the heat-capacity of the system. In the case of sand-piles, one can measure the distribution of avalanche sizes. In the present case of internet access, curiosity is measured. The analogy with sand piles is clear: a grain dropped onto the pile corresponds to an initial access to the document. The size of an avalanche corresponds to depth of reading of a document. In order to maintain a critical slope in a sand pile in a finite geometry, sand is removed at the edges of the pile. One can think of the sand pile as sitting on a table. Sand falls off as it reaches the edge of the table. The same process could be operating in the case of hypertext access to a document: once readers have achieved a certain depth in the document, they may decide that the document is sufficiently useful to them that they should obtain a hardcopy. At that point, they will stop issuing http requests and then issue a ftp request to retrieve the full document.
穿透迷霧看網路效應
【e21times記者余澤佳報導】專家學者說話的特色在於，景氣的時候他們語調鏗鏘，對任何火上烹油的誇張現 象都有一番解釋；不景氣的時候他們同樣語調鏗鏘，還是對任何淒涼蕭條的失意產業都有一番解釋。有些屬 於後見之明，有些屬於人云亦云，但也有一些，像柏克來加大資訊管理學院院長Hal Varian最近的評論，就從 網路股從炫爛歸於平淡的歷程中，提煉出兩個本質問題，沒有花俏的預測，但具有咀嚼的價值。在B2C、B2B 、基礎設備產業或多或少都受到質疑之際，回溯本質對迷惑的人們來說，自有提神醒腦的作用。