耗散结构去中心化

『壹』 1960-2009诺贝尔医学和化学奖的信息

1960年
W.F.利比（美国人） 发明了“放射性碳素年代测定法”
1961年
M.卡尔文（美国人） 提示了植物光合作用机理
1962年
M.F.佩鲁兹（英国人），J.C.肯德鲁（英国人） 测定了蛋白质的精细结构
1963年
K.齐格勒（德国人），G.纳塔（意大利人） 发现了利用新型催化剂进行聚合的方法，并从事这方面的基础研究
1964年
D.M.C.霍奇金（英国人） 使用X射线衍射技术测定复杂晶体和大分子的空间结构
1965年
R.B.伍德沃德（美国人） 因对有机合成法的贡献
1966年
R.S.马利肯（美国人） 用量子力学创立了化学结构分子轨道理论，阐明了分子的共价键本质和电子结构
1967年
R.G.W.诺里什、G.波特（英国人），M.艾根（德国人） 发明了测定快速化学反应的技术
1968年
L.翁萨格（美国人） 从事不可逆过程热力学的基础研究
1969年
O.哈塞尔（挪威人），K.H.R.巴顿（英国人） 为发展立体化学理论作出贡献
1970年
L.F.莱洛伊尔（阿根廷人） 发现糖核苷酸及其在糖合成过程中的作用
1971年
G.赫兹伯格（加拿大人） 从事自由基的电子结构和几何学结构的研究
1972年
C.B.安芬森（美国人），斯坦福•穆尔 (美国人），威廉•雷华德•斯坦 ( 美国人） 确定了核糖核苷酸酶的活性区位研究
1973年
E.O.费歇尔（德国人），G.威尔金森（英国人） 从事具有多层结构的有机金属化合物的研究
1974年
P.J.弗洛里（美国人） 从事高分子化学的理论、实验两方面的基础研究
1975年
J.W.康福思（澳大利亚人） 研究酶催化反应的立体化学
V.普雷洛格（瑞士人） 从事有机分子以及有机分子的立体化学研究
1976年
W.N.利普斯科姆（美国人） 从事甲硼烷的结构研究
1977年
I.普里戈金（比利时人） 主要研究非平衡热力学，提出了“耗散结构”理论
1978年
P.D.米切尔（英国人） 从事生物膜上的能量转换研究
1979年
H.C.布朗（美国人），G.维蒂希（德国人） 研制了新的有机合成法
1980年
P.伯格（美国人），W.吉尔伯特（美国人） 因关于核酸生物化学，特别是关于DNA重组的基础性研究而获奖
F.桑格（英国人） 因关于测定核酸中碱基顺序的贡献而获奖
1981年
福井谦一（日本人），R.霍夫曼（英国人） 因各自独立发展了化学反应过程的理论而获奖
1982年
A.克卢格（英国人） 开发了结晶学的电子衍射法，并从事核酸蛋白质复合体的立体结构的研究
1983年
H.陶布（美国人） 阐明了金属配位化合物电子反应机理
1984年
R.B.梅里菲尔德（美国人） 开发了极简便的肽合成法
1985年
J.卡尔、H.A.豪普特曼（美国人） 开发了应用X射线衍射确定物质晶体结构的直接计算法
1986年
D.R.赫希巴赫(美国人)，李远哲（中国台湾人），J.C.波拉尼（加拿大人） 研究化学反应体系在位能面运动过程的动力学
1987年
C.J.佩德森（美国人），D.J.克拉姆（美国人），J.M.莱恩（法国人） 合成冠醚化合物
1988年
J.戴森霍弗（德国人），R.胡伯尔（德国人），H.米歇尔（德国人） 分析了光合作用反应中心的三维结构
1989年
S.奥尔特曼（美国人），T.R.切赫（美国人） 发现RNA自身具有酶的催化功能
1990年
E.J.科里（美国人） 创建了一种独特的有机合成理论——逆合成分析理论
1991年
R.R.恩斯特（瑞士人） 发明了傅里叶变换核磁共振分光法和二维核磁共振技术
1992年
R.A.马库斯（美国人） 对溶液化学系统中的电子转移反应理论作了贡献
1993年
K.B.穆利斯（美国人） 发明“聚合酶链式反应”法
M.史密斯（加拿大人） 开创“寡聚核苷酸基定点诱变”法
1994年
G.A.欧拉（美国人） 在碳氢化合物即烃类研究领域作出了杰出贡献
1995年
P.克鲁岑（德国人），M.莫利纳（美国人），F.S.罗兰（美国人） 阐述了对臭氧层产生影响的化学机理，证明了人造化学物质对臭氧层构成破坏作用
1996年
R.F.柯尔（美国人），H.W.克罗托因3克罗托（英国人），R.E.斯莫利（美国人） 发现了碳元素的新形式——富勒氏球（也称布基球）C60
1997年
保罗•博伊尔（美国），约翰•沃克（英国） 阐明了合成三磷酸腺苷（ATP）的主要生物催化原理的
延斯•斯科（丹麦） 发现钠、钾离子三磷酸腺苷酶
1998年
瓦尔特•科恩（美国） 由于提出了密度函数理论.
约翰•波普尔（美国） 由于提出了量子化学的计算方法而获此项殊荣。
1999年
艾哈迈德-泽维尔（埃及和美国双重国籍） 使“运用激光技术通过化学反应观测原子在分子中的运动”成为可能.
2000年
艾伦•黑格（美国人），艾伦•马克迪尔米德（美国人），白川英树（日本人） 因发现能够导电的塑料,在导电聚合物领域作出了开创性贡献
2001年
威廉•诺尔斯(美国人)，野依良治(日本人) 在“手性催化氢化反应”领域取得成就
巴里•夏普莱斯(美国人) 在“手性催化氧化反应”领域取得成就
2002年
约翰•芬恩（美国），田中耕一（日本），库尔特•维特里希（瑞士） 发明了对生物大分子进行确认识别和结构分析的方法（和发明了对生物大分子的质谱分析法）
2003年
彼得•阿格雷（美国），罗德里克•麦金农（美国） 在细胞膜通道方面做出的开创性贡献。
2004年
阿龙•切哈诺沃(以色列)、阿夫拉姆•赫什科(以色列)、欧文•罗斯(美国) 以表彰他们发现了细胞是如何摧毁有害蛋白质的（即泛素调节的蛋白质降解）
2005年
伊夫•肖万（法国），罗伯特•格拉布（美国），理查德•施罗克（美国） 以表彰他们在"有机合成的复分解反应研究方面作出的贡献

『贰』 哪位能转贴下E.N.Lorenz教授有关蝴蝶效应的论文啊

一般地，如果一个接近实际而没有内在随机性的模型仍然具有貌似随机的行为，就可以称这个真实物理系统是混沌的。一个随时间确定性变化或具有微弱随机性的变化系统，称为动力系统，它的状态可由一个或几个变量数值确定。而一些动力系统中，两个几乎完全一致的状态经过充分长时间后会变得毫无一致，恰如从长序列

中随机选取的两个状态那样，这种系统被称为敏感地依赖于初始条件。而对初始条件的敏感的依赖性也可作为一个混沌的定义。

与我们通常研究的线性科学不同，混沌学研究的是一种非线性科学，而非线性科学研究似乎总是把人们对“正常”事物“正常”现象的认识转向对“反常”事物“反常”现象的探索。例如，孤波不是周期性振荡的规则传播；“多媒体”技术对信息贮存、压缩、传播、转换和控制过程中遇到大量的“非常规”现象产生所采用的“非常规”的新方法；混沌打破了确定性方程由初始条件严格确定系统未来运动的“常规”，出现所谓各种“奇异吸引子”现象等。

混沌来自于非线性动力系统，而动力系统又描述的是任意随时间发展变化的过程，并且这样的系统产生于生活的各个方面。举个例子，生态学家对某物种的长期性态感兴趣，给定一些观察到的或实验得到的变量（如捕食者个数、气候的恶劣性、食物的可获性等等），建立数学模型来描述群体的增减。如果用Pn表示n代后该物种极限数目的百分比，则著名的“罗杰斯蒂映射”：Pn+1=kP(1-Pn)（k是依赖于生态条件的常数）可以用于在给定Po，k条件下，预报群体数的长期性态。如果将常数k处理成可变的参数k，则当k值增大到一定值后， “罗杰斯蒂映射”所构成的动力系统就进入混沌状态。最常见的气象模型是巨型动力系统的一个例子：温度、气压、风向、速度以及降雨量都是这个系统中随时间变化的变量。洛伦兹

（E.N.Lorenz）教授于1963年《大气科学》杂志上发表了“决定性的非周期流”一文，阐述了在气候不能精确重演与长期天气预报者无能为力之间必然存在着一种联系，这就是非周期性与不可预见性之间的关系。洛伦兹在计算机上用他所建立的微分方程模拟气候变化的时候，偶然发现输入的初始条件的极细微的差别，可以引起模拟结果的巨大变化。洛伦兹打了个比喻，即我们在文首提到的关于在南半球巴西某地一只蝴蝶的翅膀的偶然扇动所引起的微小气流，几星期后可能变成席卷北半球美国得克萨斯州的一场龙卷风，这就是天气的“蝴蝶效应”。

动力系统涉及上述类型和其他类型的物理及化学过程。它的研究目的是预测“过程”的最终发展结果。这就是说：如果完全知道在时间序列中一个过程的过去历史，能否预测它未来怎样？尤其能否预测该系统的长期或渐进的特性？这无疑是一个意义重大的问题。然而，即使是一个理想化的仅有一个变量的最简单的动力系统也会具有难以预测的基本上是随机的特性。动力系统中的一点或一个数的连续迭代产生的序列称为轨道。如果初始条件的微小改变使其相应的轨道在一定的迭代次数之内也只有微小改变，则动力系统是稳定的，此时，任意接近于给定初值的另一个初值的轨道可能与原轨道相差甚远，是不可预测的。因此，弄清给定动力系统中轨道不稳定的点的集合是及其重要的。所有其轨道不稳定的点构成的集合是这个动力系统的混沌集合，并且动力系统中参数的微小改变可以引起混沌集合结构的急剧变化。这种研究是及其复杂的，但是引入了计算机就可以形象地看到这种混沌集合的结构，看清它是一个简单集合还是一个复杂集合，以及随着动力系统本身的变化它是如何变化的。这也是混沌学为何会随着计算机技术的进步而进步的原因所在，所谓的分形也正是从此处进入混沌动力系统研究的。

我们简要谈一下混沌与分形的关系，混沌学研究的是无序中的有序，许多现象即使遵循严格的确定性规则，但大体上仍是无法预测的，比如大气中的湍流，人的心脏的跳动等等。混沌事件在不同的时间标度下表现出相似的变化模式，与分形在空间标度下表现的相似性十分相象。混沌主要讨论非线性动力系统的不稳、发散的过程，但系统在相空间总是收敛于一定的吸引子，这与分形的生成过程十分相象。混沌学与分形学在很大程度上依赖于计算机的进步，这对纯数学的传统观念提出了挑战，计算机技术不仅使这两个领域中的一些最新发现成为可能，同时因其图形直观的表现形式也极大地激发了科学家与公众的兴趣与认识，起到了推广作用。分形与混沌的一致性并非偶然，在混沌集合的计算机图像中，常常是轨道不稳定的点集形成了分形。所以这些分形由一个确切的规则（对应一个动力系统）给出：它们是一个动力系统的混沌集，是各种各样的奇异吸引子。因此，分形艺术的美丽就是混沌集合的美丽，对分形艺术的研究就是对混沌动力学研究的一部分。

混沌不是偶然的、个别的事件，而是普遍存在于宇宙间各种各样的宏观及微观系统的，万事万物，莫不混沌。混沌也不是独立存在的科学，它与其它各门科学互相促进、互相依靠，由此派生出许多交叉学科，如混沌气象学、混沌经济学、混沌数学等。混沌学不仅极具研究价值，而且有现实应用价值，能直接或间接创造财富。
远古时代，人们对大自然的变幻无常有着神秘莫测的恐惧，几千年的文明进步使人类逐渐认识到，大自然有规律可循。经典力学的追随者认为，只要近似知道一个系统的初始条件和理解自然定理，就可计算系统的近似行为。世间事物的行为方式具有一种收敛性，这样的信念使经典力学在天文学上的预言获得了辉煌的成就，如海王星的发现。人们研究天王星时发现其轨道存在某些极小的不规则性，这使人们怀疑天王星外还有一颗未知行星。英国亚当斯根据开普勒定理算出了这颗新星何时出现在何方位，德国科学家戈勒进行探索，在与预计位置差1°的地方发现了此星。于是海王星的发现成为经典决定论最成功的例证。经典力学的成功无疑给人们巨大的信心，以致把宇宙看成一架庞大时钟的机械观占据了统治地位。伟大的法国数学家Laplace的一段名言把这种决定论的思想发展到了顶峰，他说：“设想某位智者在每一瞬时得知激励大自然的所有力及组成它的所有物体的相互位置，如果这位智者博大精深能对这样众多的数据进行分析，把宇宙间最庞大的物体和最轻微的原子的运动凝聚在一个公式之中，对他来说，没有什么事物是不确定的，将来就象过去一样清晰展现在眼前”。牛顿力学在天文上处理最成功的是两体问题，如地球和太阳的问题，两个天体在万有引力作用下围绕它们共同质心作严格的周期运动。正因如此，我们地球上的人类才有安宁舒适的家园。但太阳系不止两个成员，第三者的存在会否动摇这样的稳定和谐？Laplace曾用一种所谓的“摄动法”来修正三体运动的轨道，证明三体运动的稳定性。据说拿破仑曾问他此证明中上帝起了什么作用，他回答：“陛下，我不需要这样的假设”。 Laplace否定了上帝，但他的结论却是错的。因为三体运动中存在着混沌。

什么是混沌呢？混沌是决定性动力学系统中出现的一种貌似随机的运动，其本质是系统的长期行为对初始条件的敏感性。如我们常说“差之毫厘，失之千里”。西方控制论的创造者维纳对这种情形作了生动的描述：钉子缺，蹄铁卸；蹄铁卸，战马蹶；战马蹶，骑士绝；骑士绝，战事折；战事折，国家灭。

钉子缺这样一微不足道的小事，经逐级放大竟导致了国家的灭亡。系统对初值的敏感性又如美国气象学家洛仑兹蝴蝶效应中所说：“一只蝴蝶在巴西煽动翅膀，可能会在德州引起一场龙卷风”，这就是混沌。

环顾四周，我们的生存空间充满了混沌。混沌涉及的领域――物理、化学、生物、医学、社会经济，甚至触角伸进了艺术领域。混沌学的传道士宣称，混沌应属于二十世纪三大科学之一。相对论排除了绝对时空观的牛顿幻觉，量子论排除了可控测量过程中的牛顿迷梦，混沌则排除了拉普拉斯可预见性的狂想。混沌理论将开创科学思想上又一次新的革命。混沌学说将用一个不那么可预言的宇宙来取代牛顿、爱因斯坦的有序宇宙，混沌学者认为传统的时钟宇宙与真实世界毫不相关。

下面让我们来看看经典的混沌现象。

2 混沌现象

2.1 湍流(turbulent flow)

湍流是人类寻常惯见的现象。湍流现象普遍存在于行星和地球大气、海洋与江河、火箭尾流、乃至血液流动等自然现象之中。

1883年英国著名试验流体力学家雷诺(O.Reynolds)做了一个实验，演示了湍流的产生。将流体注入一容器，在容器内另有一盛有色液体的细管，如图1所示，管内的有色液体可由小口A流出，大容器下端B处装一阀门，可用来控制水的流速。当大容器内的水流较缓时，从细管中流出的有色液体呈一线状，两种流体互不混杂(图a)，我们称这种流动为层流。加大阀门让水流速度增大，当流速大到一定程度时，两种液体开始相互混杂，液体的流动开始呈现涡漩状结构，而且大涡漩套小涡漩，运动状态变得极端“紊乱”(图b)，无法对运动状态做出任何预测，我们称这种流动为湍流。

图2 燃烧烟柱的湍流

图1 湍流的产生(a) 互不混杂的层流(b) 湍流

湍流是一种典型的混沌现象，湍流的发生机制是物理学中一个历史悠久的难题。我们都知道流体力学中有一套描述流体运动的基本方程，这些方程是基于光滑和连续概念的决定性偏微分方程，它们无法描述如此复杂，没有规则的湍流，即使撇开湍流的空间结构不谈，决定性的流体力学方程怎么能允许貌似随机运动的紊乱的时间行为呢？

在日常生活中我们人人都可以见到湍流现象。图2所示是一支点燃的香烟，青烟一缕袅袅腾空。开始烟柱是直立的，达到一定高度时，突然变得紊乱起来。这是在热气流加速上升的过程中，层流变湍流的绝妙演示。

图3 木星上的大气湍流

一个有关宇宙奇迹恰如其分的描述是木星上的大气湍流。它象一个不运动、不消退的巨形风暴，图3所示为哈勃太空望远镜拍摄的木星大气湍流，它是太阳系中一个古老的标志。这些图象揭示了木星的表面是沸腾的湍流，有东西向的水平带。

2.2 洛仑兹水轮

图4所示为洛仑兹(E.Lorenz)发现的、精确对应于一种力学装置的有名的混沌系统――洛仑兹水轮，这种简单的构造竟也能表现出令人惊讶的复杂行为。

图4洛仑兹水轮

水轮顶端有水流恒定地冲下来，注入挂在轮边缘的水桶中。每只桶底部均有一小孔能恒定地漏水。如果上面的水流冲得很慢，顶部小桶不会装满，因而不能克服轮轴摩擦力，水轮也不会转动。如果水流加快。顶部水桶的重量带动了水轮，水轮可以用定速连续旋转，如图4(a)和图4(b)所示。一旦水流加快，旋转便呈混沌态，如图4(c)所示。传统的物理学家对于洛仑兹水轮这样简单的机械，直觉的印象告诉他们，经运一段长时间，这水轮只要水流冲速恒定，它一定会达到一个稳定状态。然而事实是，水轮永远不会停留在某一固定的角速度，而且永运不会以任何可以预测的形式重复。因为水桶是在水流下通过的，它们充满的程度取决于旋转的角速度。一旦水轮转得太快，水桶来不及充满或来不及漏掉足够的水，后面的桶比前面的桶重，则转动变慢，甚至发生逆转。

图5滴水龙头的混沌现象

2.3 滴水龙头

大多数人都知道当水龙头开得较小时，水滴将很有规律地从水龙头滴下。连续滴水的时间间隔可以非常一致，不少失眠者因老想着下一滴水什么时候滴下而心烦意乱，不能入睡。但当水流速度稍高时，水龙头的行为就是一般人不大熟悉的了。经观察发现，在某一速度范围内虽然水滴仍是一滴滴地分开落下，但其滴嗒方式却始终不重复，就象一个有无限创造力的鼓手。这种从有规律的滴水方式向似乎是随机的滴水方式的转变类似于层流向湍流的转变。如图5所示，在水龙头下放一话筒，记录水滴敲击话筒的声音脉冲，就很容易发现这种无规则的混沌现象。

(a) A射向B、C之间 (b) 先B后C (c) 先C后B

图6布尼莫维奇台球实验

2.4 布尼莫维奇台球实验

如图6(a)所示，A、B、C是光滑水平桌面上三个完全相同的台球，B、C两球并列在一起，作为静止的靶子，A球沿它们中心联线的垂直平分线朝它们撞去。设碰撞是完全弹性的，碰撞后三球各自如何运动?若设想因A球瞄得不够准而与B、C球的碰撞稍分先后，则我们就会得到如图6(b,c)所示截然不同的结果。如果说A与B、C的碰撞是绝对同时发生的，后果如何？我们就会哑然不知所对。在这样一个简单的二维三体问题理，完全决定性的牛顿定律竟然给不出确定的答案！

2.5 Belousov-Zhabothsky振荡化学反应

两种化学药品相混合，输入液中反应物浓度保持常量，输出液中浓度则呈混沌性振动。

2.6 生理医学

伯克利大学Walter教授发现健康受试者的心电图具有混沌的图象，而濒临死亡受试者的心电图则是非常规律的振动图象。

2.7 计算器迭代产生的混沌

一般的计算器上都有x2键，取一个介于0和1之间的数，比如0.54321，按x2键。再按它，反复按下去，这个过程称为迭代，观察结果读数，你很快会发现，当你第九次按下x2键时，得到结果为0，此后02=0，不会有什么其他结果出现了。

如果你用x2-1来迭代，将很快发现，结果在0和-1之间不断循环，因为道理很简单：

02-1=-1,(-1)2-1=0

若以迭代次数为横坐标，每一次的迭代结果为纵坐标，可得如图7所示的迭代序列图。

图7x2-1的迭代产生规则振荡，竖直方向是x值，水平方向是迭代次数

最后，我们来试一试迭代2x2-1，我们将得到一个如图8所示的迭代结果，这结果看上去远没有前面那么简单，事实上，他们看上去是无规的，或说混沌的。一个简单的，决定性的方程却产生了完全不能预测的、混沌的结果。

图82x2-1的迭代产生混沌

混沌是非线性动力学系统所特有的一种运动形式，早在20世纪初的1903年，法国数学家庞加莱（J.H.Poincare）从动力系统和拓扑学的全局思想出发指出了可能存在的混沌的特性，1954年，前苏联概率论大使柯尔莫哥洛夫指出不仅耗散系统有混沌，保守系统也有混沌，1963年，美国气象学家洛仑兹 (E.Lorenz) 在《大气科学》杂志上发表了“决定性的非周期流”一文，指出长期天气预报不可行的事实，他认为一串事件可能有一个临界点，在这一点上，小的变化可以放大为大的变化，这就是所谓著名的蝴蝶效应。蝴蝶在巴西煽动翅膀，可能会在德州引起一场龙卷风。混沌学的真正发展是在本世纪70年代后，1977年第一次国际混沌会议在意大利召开，它标志着混沌科学的诞生。1978年美国科学家费根鲍姆在《统计物理学》杂志上发表了关于普适性的论文。此文轰动了世界。从此以后，混沌的研究如星星之火，渐成燎原之势。

3 混沌学的研究方法

a: 趋向吸引子的螺旋轨道；

b: 似于周期的轨道（极限环）；c: 趋向于更复杂吸引子的轨道

图9

3.1 相空间几何与吸引子

研究表明，绝大多数描述系统状态的微分方程是非线性方程，当非线性作用强烈时，以往的近似方法不再适用。为此，法国数学家庞加莱提出了用相空间拓扑学求解非线性微分方程的定性理论。在不求出方程解的情况下，通过直接考查微分方程本身结构去研究其解的性质。该理论的核心是相空间的相图。相空间由质点速度和位置坐标构成。系统的一个状态可由相空间的一个点表示，称为相点。系统相点的轨迹称为相图。在相空间中，一个动力学系统最重要的特征是它的长期性态，一般动力学系统，随时间演变，最终将趋于一终极形态，此称为相空间中的吸引子。吸引子可以是稳定的平衡点(不动点) 或周期轨迹（极限环），见图9(a,b)，也可是持续不断变化没有规则秩序的许多回转曲线，这就是所谓奇怪吸引子，如图9(c)。

例：单摆的相图，考虑以下三种情况：(1)无阻尼小角度摆动；(2)无阻尼任意角摆动；(3)有阻尼小角度摆动；

图10 单摆小角度运动

解：(1)如图10所示的理想单摆，忽略一切阻尼，由牛顿第二定律，可得其运动方程为：

(1)

其中θ为摆角，g为重力加速度，l为摆长。若令 ，则(1)式成为：

(2)

当θ角很小时，sinθ≈θ，于是(2)式可写为：

图11 小角单摆的相图

(3)

对(3)式积分一次，可得

(4)

分别以θ和 为横坐标和纵坐标，则方程(4)的相图为一椭圆，c1为一与初始条件或总能量有关的积分常数，对不同的c1，可得一簇同心椭圆，如图11所示。该相图表明系统状态变化具有周期性。此即对应极限环吸引子。

(2) 若摆线为刚性轻质杆，则单摆可处于倒立状态，该单摆可做任意角摆动。单摆运动方程仍为(1)式，对(1)式积分一次可得：

(5)

(6)

c2为一与初始条件或总能量有关的积分常数，c2越大，能量越高。同时考虑小摆角和大摆角，可得如图12所示的相空间轨迹图。

图12 一般单摆运动的相图图13 有阻尼小角单摆相图

由图可见，在小角度低能情况下，相轨迹呈椭圆形。随着能量逐渐提高，椭圆轨迹变成左右两端呈尖角枣核状，当振幅（摆角）±π时，轨线上出现鞍点G、G’，实际上都对应于倒立摆的状态，是不稳定的双曲点。当能量再高时，相轨迹不再闭合，摆将顺时针或逆时针转起来，不再往复摆动。

（3）有阻尼小角度摆动

考虑了阻尼之后，摆角很小时的单摆运动方程为：

(7)

其中β=r/2m，为无量纲阻尼系数，r为阻尼系数。由情况（1）可知，单摆能量越小，椭圆相轨迹的长短半轴也越小，c1=0时，椭圆退化为一点，即原点，该点对应于单摆的稳定状态，对应于不动点吸引子。

3.2 奇异吸引子与蝴蝶效应

我们每天都收听或收看天气预报，尽可能准确进行长期天气预报是人类梦寐以求的愿望。计算机的发明和发展，为人类预报天气提供了有力的工具。大气实际上是无数冲来撞去的分子组成的，它们是不连续的，但在经典力学中，通常把大气当成连续、光滑的理想流体来代替。几百年前，欧拉和伯努利就写出了描述这种流体的运动方程。

图14气候演变曲线

为了求解运动方程，我们必须用离散的时间来迭代。所谓迭代就是用计算结果做为当前值代入方程求得方程的下一个值。就像我们在前面计算器迭代混沌中所做的那样，只是现在把那里的迭代次数换成了时间而已。为天气预报所作的迭代必须以惊人的高速进行，每秒要进行1百万次以上的运算。我们都相信，你的运算方程越精确，你的预报越准确。而事实上影响大气运动的因素太多了，不可能把所有的因素都考虑进去。因此，只能抓住主要矛盾，略去次要因素。

洛仑兹是一个气象学家，在孩提时代就是个气象迷，反复记录着他家房子外的小观测站里温度计的读数。他同时也热爱数学，热爱数学的纯洁性。正是这两种爱好，使他在混沌研究这个领域做出了开创性的工作。

洛仑兹那时正在用他的"皇家马克比"计算机，对大气系统进行模拟，以便寻找进行长期天气预报的方法。有一次偶然的机会，洛仑兹没有把一次运算从头算起，他走了一条捷径，从中途去启动，把前面打印出来的结果做为初始条件输入。这新一轮的计算原本应当重复前一次的计算结果，因为程序并没有变，然而当他看到打印结果时，却目瞪口呆，他计算出来的气候演变曲线与上一轮的计算相去甚远，根本不是一个类型的气候，而是完全不同的两类气候，如图14所示。

检查问题出在他输入的数据上，计算机内存有6位数，如：0.506127，但打印时为了节省空间，只打出了三位数，即0.506。他本能地认为这千分之一的误差，不会对结果有什么大的影响，这个小差别仿佛一阵微风吹过，对大范围的气候不会有什么影响。事实却完全相反，气候的演变对初始条件极为敏感，可谓“差之毫厘，失之千里”，就好象巴西的一只蝴蝶拍拍翅膀，会在德州引起一场暴风雨一样，因此，洛仑兹称它为蝴蝶效应。蝴蝶效应实际上是动力学系统行为对初值敏感依赖性的一种通俗说法。

洛仑兹如果停留在蝴蝶效应上，说明气候变化的不可预见性，或长期天气预报是不可能的，那么他带来的不过是个坏消息，但是洛仑兹看到了几何结构。

洛仑兹把他的方程送进皇家马克比计算机，它的迭代次数大约每秒1次。图15显示了他的变量y的值的前3000次迭代结果。前1500次，y值周期性地摇摆，摆幅平稳增长。而后，它剧烈振荡，毫无规律。洛仑兹画出以x,y,z为坐标轴的相空间曲线如图15所示。由图可见，相图是三维的，它由两片组成，各片各自围绕着一个不动点。若状态轨迹经过一段时间之后停在一个不动点上，那么意味着系统进入了一个稳定的状态，这相轨迹将是一个平庸吸引子。然而，事实上，相轨迹在两片上“随机”地跳来跳去，说明系统的状态演变着有某种规律性，这种相图不对应任何一种定常状态，因此，被称为奇异吸引子，又称洛仑兹吸引子。

图15 洛仑兹奇异吸引子

奇异吸引子的奇异之处在于，相轨迹虽在两片上跳来跳去，但决不自身相交，即不构成任何周期运动，系统的状态变化具有随机的不可预测性，因此奇异吸引子又称为混沌吸引子。此外，系统状态演变对初始条件非常敏感，相图中两个初始时任意靠近的点，经过足够长的时间后，在吸引子上被宏观地分离开来，对应完全不同的状态。

4 混沌的数学模型

4.1 通向混沌的道路――一维虫口模型――逻辑斯蒂映射

马尔萨斯(T.R.Malthas)在其《论人口原理》一书中，在分析了19世纪美洲和欧洲的一些地区的人口增长规律后得出结论：“在不控制的条件下，人口每25年增加一倍，即按几何级数增长”。不难把“马尔萨斯人口论”写成数学形式。为此可把25年做为一代，把第n代的人口记为xn，马尔萨斯的意思是：

xn+1 = 2xn (4.1)

这是简单的正比例关系，还可以写得更一般些，即：

xn+1 = gxn (4.2)

其中g是比例系数。不难验证，差分方程的解为：

xn = gnx0 (4.3)

x0 是开始计算的那一代人口数。只要g>1，xn 很快就趋向无穷大，发生“人口爆炸”。这样的线性模型，完全不能反应人口的变化规律，但是稍加修正，就可以称为描述某些没有世代交叠的昆虫数目的虫口方程。

这项修正就是计入限制虫口增长的负因素。虫口数目太多时，由于争夺有限的食物和生存空间发生咬斗，由于接触传染而导致疾病蔓延，争斗使虫口数目减少的事件，这些事件的数目比例于xn2，于是方程4.2可以修正为：

xn+1 = gxn -gxn2 (4.4)

这个看起来很简单的方程却可以展现出丰富多彩的动力学行为。其实它并不是一个描述虫口变化的模型，它同时考虑了鼓励和抑制两种因素，反应出“过犹不及”的效应，因而具有更普遍的意义和用途。

方程(4.4)可写成一个抽象的、标准的虫口方程：

xn+1 = g xn(1- xn)(4.5)

如图16用迭代法考察解的特性，作y=f (x)及y=x的图，给出任一初值x0，得f (x0)，将其赋值给x1，得f (x1)…，如此循环下去。

图16 y = f (x)的迭代曲线

当0<g<1时，从任一初始值x0开始，代入方程(4.5)，可得x1，再把代入方程(4.5)，得x2，结果如图17(a)所示，最终迭代结果xn(r)￥=0，其意义可以认为，由于环境恶劣，虫口的繁殖能力有限(g太小)，使得种群最终走向灭亡。实际上，g代表了函数的非线性化的程度，g越大，gxn2越大，非线性化程度越高，抛物线的拱型越凸出，这种迭代也称单峰迭代。

当1<g<3时，迭代结果如图17(b)所示。比如取g =2, x0=0.9, x1=0.18,…, xn=0.5，它停在那儿不动了。即在xn=0.5处有一个点吸引子，一个稳定定态。若追踪这个种群，则会发现种群数目随着时间的演化而保持稳定的数值。

(a) 0<g<1 (b) 1<g<3(c) g =3.1 (d) g =3.58

图17 不同g参数的虫口迭代结果

当g =3.1时，经过一定的步骤，迭代结果会稳定在两个值x1n与x2n之间跳来跳去地振荡，如图17(c)所示。这个漂亮的振荡称为周期2循环，即若跟踪种群，会发现种群数目每隔一年，数目重复循环一次，就象有些果树有大年小年一样，x1n和x2n也是定点吸引子。

当g=3.53时，迭代结果将在4个值之间振荡，即振荡周期增加了一倍，称为周期4循环。继续增加g值，还可得周期8循环，周期16循环等等。每一次解的周期都增加一倍。当g 达到某一临界值时，比如g =3.58附近，迭代结果再也不循环了，而是疯狂地振荡，永远也不会稳定下来，我们称为混沌态，如图17(d)所示。

若以g 为横坐标，迭代结果为纵坐标，可得如图18所示的分岔图。从临界值g =g￥开始，逻辑斯蒂映射进入了混沌区，在这种情况下，种群的数目就完全不能预测了。这种吸

图18 虫口模型分岔图 图19 分岔图的自相似精细结构

引子是不同于不动点和周期解的一种奇异吸引子。若追踪种群，你会认为种群的数目变化完全是随机的。然而仔细观察图18会发现，在复杂的混沌区，会发现一些具有周期解的窗口，如3，6，12，…或7，14，28…，窗口内的分岔现象与整体有着相似的结构，即这种迭代分岔图有着无穷嵌套自相似的精细结构，如图19所示。一系列的倍周期分岔意味着混沌状态的到来。这是通过倍周期分岔进入混沌的典型模式。

混沌系统的重要特征是：改变某一参量，分岔一个接一个。终极形态由不动点向周期2(r)周期4(r)周期8等转化，实现一系列周期倍化分岔，最终走向混沌。

4.2 混沌效应的几何特性――贝诺勒拉伸折叠变换

『叁』 　地矿行政管理方法与技术概述

（一）地矿行政管理方法与技术的涵义

地矿行政管理方法，是指地矿行政管理机关及其公务员，为贯彻地矿行政管理指导思想，执行其职能，提高其效能，实现其目标的各种措施、手段、办法、技巧、程序等的总称。

地矿行政管理技术，是指地矿行政管理机关及其公务员从事地矿行政管理的办法、技巧、技术装备、工作程序、操作方法和技能等的总称。

地矿行政管理方法与技术是紧密联系、相辅相成的，而且还常常不易区分。如行政目标管理，既是行政管理方法，又是行政管理技术。因此，人们常常将它们合称为行政管理方法技术。

（二）地矿行政管理方法技术的特征

根据地矿行政管理方法技术的涵义，我们需要把握它的如下特征：

1.实践性

地矿行政管理方法技术是从地矿行政管理实践中产生的，是其经验的积累和总结提高。离开了实践，就不会有什么行政管理方法技术被认识。而行政管理方法技术是否正确、得当、有效，也需要接受实践的检验。总之，行政管理方法技术产生于实践，还要不断地接受实践的检验，在实践中丰富、完善和发展。

2.条件性

地矿行政管理的对象是地质矿产勘查与矿产开发及地质环境保护与治理活动中的社会公共事务，是客观具体的事物，具有特定的矛盾。作为解决特定矛盾的方法技术也必须具有特殊性和条件性。特定的矛盾要用特定的方法技术解决，即所谓“一把钥匙开一把锁”，具体问题具体分析和具体解决，不能企望一种行政管理方法技术解决所有的地矿行政管理问题。

3.系统性

地矿行政管理对象是一个大系统。作用于这一系统的方法技术同样是一个系统。它表现为各种行政管理方法技术的相互联系、相互补充、有机结合。只有将各种行政管理方法技术加以综合运用，才能保证地矿行政管理整体机制的正常运行。对地矿行政管理方法技术进行系统开发、综合运用、整体优化，是地矿行政管理人员的重要任务。

4.继承性与创造性

地矿行政管理方法技术是地矿行政管理系统的有机组成部分，地矿行政管理又是行政管理的有机组成部分，就是用依法行政的标准衡量，我国的地矿行政管理也已有近百年的历史，西方发达国家（如英、法、德、意等国家）的地矿行政管理历史就更长，至于行政管理的历史更是与国家的历史一样长久。又如前述，当今的行政管理（包括地矿行政管理）方法技术是行政管理实践经验的总结提高，是一代一代继承、发展的结果。这就是它的继承性。同时，行政管理（包括地矿行政管理）方法技术在其历史长河中，不会停留在一个水平线上，它总是随着行政管理职能的扩大，科学技术的发展，人类认识水平的提高和行政管理经验的不断积累，而不断丰富和创新。继承性与创新性既是相辅相成的，又是对立统一的。

（三）地矿行政管理方法技术的地位和作用

地矿行政管理方法技术的地位和作用主要表现在4个方面：

（1）地矿行政管理方法技术是使地矿行政管理思想变为现实状态的中介。任何地矿行政管理思想、原则，只有在具备了实现它的具体方法技术时，才能产生实际效用。

（2）地矿行政管理方法技术是执行地矿行政管理功能的重要环节。从管理过程看，地矿行政管理具有计划、组织、指挥、协调、控制等多项功能，而每一项功能的实现，都需要与之相适应的方法技术。

（3）地矿行政管理方法技术是实现地矿行政管理目标的途径。比如我们的目标是过河，没有桥或船就不能过。过河与桥、船的关系即行政管理目标与行政管理方法技术之间的关系。

（4）实行地矿行政管理的科学化、现代化，离不开地矿行政管理方法技术的科学化、现代化。

（四）地矿行政管理方法技术的内容

地矿行政管理活动的多样性、复杂性决定了其方法技术的多样性。从不同的角度，可以对地矿行政管理方法技术作各种分类：

1.从行政行为方式角度分类

（1）行政方法，是相对于本节所述的地矿行政管理方法而言的狭义的行政方法，是指凭借上下级之间的指挥与服从关系，采取自上而下地下达命令、指示和指令，又自下而上地报告、请示的管理方法。其特点是建立在隶属关系和行政权力基础上的强制性。

（2）法律方法，是指通过立法、执法和司法，特别是通过地矿行政立法、执法和司法实施管理的方法。其特点是建立在执行国家意志的基础上，具有普遍的约束力。

（3）经济方法，是指依据经济规律，运用经济手段，以调节物质利益影响管理对象的方法。其特点是与法律方法相配合，用于宏观经济活动的调节控制，以发挥经济行政功能。

（4）思想教育方法，是指依靠宣传、教育、说服等方式实施管理的方法。其特点是贯彻平等、民主、疏导的原则，形式多样，因人而异。

2.从行政功能的角度分类

它分为统筹规划、组织协调、行政决策、指挥领导和检查监督等方法技术。

3.从行政领导角度分类

（1）强制方法，是指通过发布有权威性非执行不可的指示、命令等，迫使被领导者接受的方法。这是在紧急情况下常用的方法。

（2）说服方法，是指通过启发、劝告、诱导、商量、对话等，使被领导者接受并贯彻领导者意图的方法。

（3）激励方法，是指通过物质奖励、精神鼓励、环境影响等手段，激励被领导者的工作热情和积极性、创造性。

（4）示范方法，是指通过行政领导者和行政人员的“身教”和“典型”、“样板”作用，对被领导者的心理和行为施加影响的方法。

4.从行政科学基础的角度分类

（1）传统方法技术，是指从实践中总结出来的有效的行政管理方法技术。包括：①认识问题的传统方法技术。如“开诸葛亮会”、“解剖麻雀”、“走马看花和下马看花”、“胸中有数”等方法技术。②解决问题的传统方法技术。如“抓中心环节”、“弹钢琴”、“抓两头”、“蹲点、种试验田”、“从群众中来，到群众中去”等方法技术。③思想工作的传统方法技术。如以理服人和以情感人相结合的方法技术、运用典型示范推动一般的方法技术、自我教育与相互教育相结合的方法技术、耐心说服与严明组织纪律相结合的方法技术等。

以上这些传统方法技术是我们党和政府在长期实践中概括和总结出来的，是马克思主义与中国国情相结合的产物。它们反映了对行政管理活动规律性的认识，在过去有效地解决了各种各样的问题，在今后的行政管理工作中仍然是行之有效的方法技术。

（2）现代方法技术，是指以现代数学、系统论、控制论、信息论、耗散结构论、协同论、突变论、社会学、心理学、行为科学等基础形成的行政管理方法技术。其内容极为广泛，包括行为科学方法技术、系统方法技术、控制方法技术、信息方法技术、耗散结构方法技术、协同方法技术、突变方法技术、目标管理方法技术、决策方法技术、行政责任方法技术、管理信息系统方法技术、网络规划方法技术、线性规划与非线性规划方法技术、计算机预测方法技术和现代通讯方法技术等。

在我国改革开放不断深化的大背景下，为了促进我国行政管理的现代化，努力引进吸收以上行政管理现代方法技术是很有必要的。但必须从我国的国情、政情出发，不可照搬照抄、赶时髦，要在引进中消化，在消化中改造和创新。

『肆』 语言学的相关问题

以下摘自＜电大在线＞专题讲座二：什么是语言学，希望对你有点帮助：

2·1 语文学和语言学
2·2·1 语言学就是研究语言的科学。以人类语言作为研究对象，讨论它的性质、起源和结构原理的称为普通语言学，以某一具体语言（例如汉语、英语等）为研究对象的称为××语语言学，如汉语语言学、英语语言学，等等。具体语言的研究是普通语言学的基础，因为语言的共性结构原理都是从具体语言的研究中总结出来的。

语言对人的关系犹如空气、水和食物那样，既直接，又重要，因而在二千多年前就引起了人们的兴趣，对之进行研究。不过那时候还没有语言学家，对语言发生兴趣并对之进行研究的主要是哲学家、经学家或其他什么“家”，研究的对象是记载典籍的书面语，任务主要是解释典籍的确切含义，为其他学科的研究服务，因而人们将它称之为语文学。语言学作为一门独立的科学诞生很晚，至今也不过二百多年的历史。为什么古代的语言研究不能列为语言学？因为一门科学的建立有它自己的条件或标准，这就是：有独立的研究对象，任务是解释所研究对象的结构规律和演变规律，有揭示规律的特殊的研究方法。古代的语言研究不符合这些条件，不能算作语言学。经过了漫长的岁月，语言研究才从语文学发展为语言学，因而我们还需要从语文学开始讨论语言学的问题。

2·2·2 语文学的兴起和发展与人类文明的发源紧密相关。它有三大传统，即希腊—罗马、印度和中国的小学。它们初期的研究兴趣呈现出一些共同的趋向，就是都集中探索语言符号的音、义关系的性质。分两大派。一派认为用什么样的音去表达什么样的义是有理可说的，一派认为音义的结合是无理可说的，纯粹由社会约定。前者可以称之为理据派，后者可以称之为约定派。希腊—罗马传统的研究，这种对立的意见后来演变为类比论（analogia）与变则论（anomalia）的争论。类比论强调语言结构的规则性，认为词入句之后所产生的形态变化是可以“进行类比”的，而变则论强调的是人的天赋能力和语言结构的不规则性，认为不管语言显得多么不规则，人们照样能够接受和运用。类比论是约定说的继承和演化，而变则论是理据说的继承和演化。这两种对立的意见各有自己的语言事实的根据，互相驳难，因而争论进行了很长时间，“在整个古代和中世纪，这种原则的冲突有时表现得很隐蔽，有时表现得很明显，这可以视为语言学思想和实践的历史中一种反复出现的特色”（罗宾斯，1979，26）。不过就总体来看，希腊—罗马传统的约定论始终占主流，现在我们所看到的语言理论大多是这一理论的演化。印度传统的发展趋向基本上与此相同，不赘。在中国，这种论争就是先秦时期的名实之争。与希腊—罗马传统不同，汉语始终以理据性的意见为主，我们前一讲在讨论语言符号音义关系的时候已有所述，这里不想重复，只想就语言与文字的关系作一点补充。文字是记录语言的书写符号体系，自源性的文字一定适合它所记录的语言结构原理。汉字是自源性的文字，其中的形声字约占百分之九十左右。字的形声体系是理据性的一种表现形式，反映汉语编码的理据性原理。在汉语传统的研究中，人们没有怀疑过这种理据性编码的性质，大致都围绕着字的理据进行研究，只是在“鸦片战争”以后，西学东渐，中国语言学家接受了西方语言学的理论和方法，才一股劲儿鼓吹约定说，全盘否定理据论，中断了自己的研究传统。这个问题后面有详细的讨论，这里从略。

语言符号音义关系的争论虽然肇始于哲学，但它已涉及对语言结构的性质的认识。用语言进行交际，听起来是一串线性的音流，但实际上负载着信息，因而人们常说“语言是一种音义结合物”。组成音流的“码”就是前面所说的语言符号，是话语的基本结构单位，它的音义关系始终是语言研究中一个最基本、最重要的问题，如何认识和把握这种关系必然会影响语言研究的发展方向。汉语研究传统为什么会不同于印欧语的希腊—罗马传统和印度传统？其终极的原因就在于此；即使在现代，对这一问题的不同认识也正影响着中国语言学的发展。后面的几章实际上都是顺着这一思路展开的。

2·2·3 语文研究的三大传统对后世的语言研究影响最大的当属希腊—罗马传统。它的奠基性的理论，粗略地说，就是亚里斯多德的逻辑范畴说。这种逻辑理论将现实分为十个范畴：实体、性质、数量、关系、地点、状态、情景、动作、被动、时间，其中实体（substance）是本质，其他九个范畴是偶有的属性（accidents），是用来表述实体的。例如“李宁是运动员”这样一个命题，“运动员”是偶有的属性，因为李宁小时候并不是运动员，而退役以后又成为企业家，是可变的，而“李宁”不管是运动员还是企业家，始终是“李宁”，是不变的。实体在命题中的主要特征是主体（subject），从逻辑判断的结构来说，主体就是主词（subject），别的范畴都是表述这个主词的，因而是它的宾词（predicate）。这就是说，九个偶有性范畴都是表述实体的，而实体不表述别的范畴；或者说，偶有性范畴都存在于主体之中，任何性质、数量、关系等都只能是主体的性质、数量和关系，等等。这是亚里斯多德的逻辑范畴说的基本思路，他的语法理论就是以此为基础展开的：能充当主词的词是体词（substantive word），或者叫做名词；能充当宾词的词就是谓词（predicative word），或者叫做动词；句子的结构与逻辑判断（命题）相对应，因而处于主词位置上的词语就是句子的主语（subject），处于宾词位置上的词语就是句子的谓语（predicate）。主词和主语，宾词和谓语，在汉语中是两个不同的词语，而在印欧系语言中原是同一个词，即主词和主语都是subject，宾词和谓语都是predicate。语法和逻辑的关系，根据上面的简单分析，可以简化为如下的结构公式：

逻辑： 实体------------偶有性

主词------------宾词

语法： 主语------------谓语

体词------------谓词

名词------------动词（包括后来所说的形容词）

传统的语法理论、词类的划分以及词类与句子结构成分的对应关系大体上就是根据这样的理论建立起来的，句法结构和逻辑思维形式的关系非常密切。

亚里斯多德的这种以二分法为基础的思维理论与印欧系语言的结构有密切的关系。希腊语是屈折语，有词形变化（accidence）：名词有性、数、格之分，动词有时、体、态、式之别。词出现在句中不同位置上的变化是词的偶有属性，而词则是从其偶然的属性中抽象出来的不变的单位，是出现在各种“偶然属性”中的“实体”。所以不少学者认为，如果亚里斯多德说的是另外一种结构类型的语言，他就会建立起另外一套逻辑理论体系。前中央研究院历史语言研究所所长傅斯年（据周法高，1970，147－148）在谈到这一点的时候指出：“亚里斯多德的所谓十个范畴者，后人对之有无穷的疏论，然而这是希腊语法上的问题，希腊语正供给我们这些观念，离希腊语而谈范畴，而范畴断不能是这样子了。”不同地区的学者都有与此类似的看法，用不着一一列举。这种在语言结构基础上产生的思维理论一旦形成，就可以反过来成为语言研究的理论基础。印欧系语言的语法研究，宽泛地说，以亚里斯多德的逻辑理论为基础分析语句的结构，从而得出主语、谓语和名词、动词之类的概念。公元2-1世纪，特雷克斯（D.Thrax）写了一本《希腊语语法》，以词的形态变化为主进行语法研究，并成为后世语法研究的楷模。这种语法研究的重心虽然发生转移，但没有脱离亚里斯多德的语法学说的框架。总之，肇始于亚里斯多德的一些语法概念一直沿用至今，说明印欧语的句法结构和亚里斯多德的逻辑理论确实存在着密切的关系。

希腊—罗马传统的语言研究的重点是句法和词形变化，语音的研究依附于语法，没有独立的地位；基本上不讲构词法，虽然偶尔谈到派生（derivation）或构词（word-formation），但分量很轻，缺乏独立性。或许可以说，这就是希腊—罗马传统的语言研究的特点。

2·2·4 印度也是语文研究传统的一个重要的发源地，其代表就是巴尼尼语法。印度有文献记载的最早语言就是公元前一千年的《梨俱吠陀》的吠陀梵语。梵语是一种印欧语，和希腊语、拉丁语都有渊源关系，不过它的研究是独立发展起来的一个传统，与希腊—罗马传统无关。

巴尼尼（Pa#nÊini）是人名，根据《大唐西域记》，他大概在公元前四世纪左右出生于娑罗睹罗（Śala#tula），在现在巴基斯坦的白沙瓦附近。“吠陀”（veda）是一种经文，巴尼尼语法是解释、诵读这种经文的一种师徒相传的口诀，它本身的体裁就是一种经体（sãtra)。由于语言的发展，巴尼尼时代的语言和吠陀经的语言已经有了很大的不同。当时掌握文化大权的祭司阶层（婆罗门）为了保持其所垄断的神圣经典的完整，实行了本阶层内部口头相传的各种严格的诵读方式。由于这种特殊的背景，以巴尼尼语法为代表的印度传统对语音的研究很细致、准确，词的结构的分析也很严密而具体，已经明确地分出词根、词干、词尾、前缀、后缀、派生词、复合词等等。这就是说，它的研究重点是语音和构词法，而这正好是希腊—罗马传统的薄弱环节。梵语既是一种印欧语系的语言，和希腊、拉丁等语言有亲属关系，相互有很多共同的特点，因而它的研究成果很快被欧洲人吸收，形成了两个语言传统的结合，使语言的研究从语文学走向语言学。

2·2·5 希腊—罗马传统和印度传统都是各自独立形成和发展的。到了17、18世纪，随着资本主义的发展，印度成为英国的殖民地，一些学者也相继来到印度。与语言研究发生直接影响的是西方人发现了印度的梵语，认为地处东西两端，相互没有交往，梵语怎么会这么“像”希腊语、拉丁语等欧洲的语言？这促使人们去思考语言间的关系。1876年，英国东印度公司的官员威廉·琼斯（William Jones）在加尔各答皇家亚洲学会上宣读了一篇论文，提出梵语与希腊语、日耳曼语、拉丁语等有亲属关系的假设：

梵语，不论其历史如何，有绝妙的结构，比希腊语更完善，比拉丁语更丰富，比二者提炼得更高雅，但它与二者在动词词根和语法形式上都非常相似。这种相似不可能是偶然的。……任何哲学家在研究梵语、希腊语和拉丁时都不能不认为，这些语言来自同一个原始语（proto-language），而这种原始语也许不存在了。由于类似的道理……可以认为哥特语和凯尔特语也与梵语同源。

这一演说产生了巨大的影响，改变了人们对语言关系的看法，并且引发了对梵语和希腊语、拉丁语、日耳曼语的比较研究的热潮，产生了历史比较语言学。这样，印欧语的两大研究传统相互结合，形成为一个统一的印欧语研究传统，使语言研究向前迈进了一大步，其标志就是历史比较语言学的诞生和发展。语言研究的对象和范围不再局限于书面语，也不再局限于某一孤立的语言，而是比较不同语言结构的异同揭示语言关系的共性规律，而就历史比较语言学来说，就是从发生学的角度，就不同语言有无共同来源而将不同的语言分为若干个语系，平常说的印欧语系、汉藏语系等就是根据有无共同来源而进行的语言分类。19世纪的语言学，可以说就是历史比较语言学的世纪。从历史比较语言学诞生的时候开始，语言学就成为一门独立的学科，不再是哲学等其他学科的附庸。

语文学是英语philology的汉译，语言学的英文是linguistics，是完全不同的两个词，但在汉语中，语文学和语言学仅仅是一字之差，但相互有重要的区别。概括起来，主要有：

1、语言学有独立的研究对象，其任务是通过语言结构异同比较的研究探索语言相互关系的共同结构原理，或者说，通过语言特点的研究揭示语言共性的结构规律和演变规律，与文学、历史学、哲学等一样，是一门独立的科学，不是其他科学的附庸；

2、有独立的研究方法，在语言学诞生之初就是历史比较法；

3、用来研究的材料，语文学是书面语等“死”材料，而语言学则主要是方言、亲属语言等“活”材料，并以此为基础结合历史上遗留下来的“死”材料，进行历史比较的研究，借此对“死”材料作出“活”的解释，揭示语言的结构规律和演变规律。进入20世纪，以索绪尔的《普通语言学教程》为标志，产生“语言中心主义”的语言的转向，完全以口语为研究对象，排斥文字在语言研究中的地位，因而书面语也就失去它在语言研究中的应有地位。这种倾向直到20世纪的后半叶才开始得到初步的纠正。

人类语言的研究尽管有悠久的历史，但作为一门独立的科学，它还很年轻，其内部的结构规律和演变规律，特别是其中的语义规律，有待于人们去挖掘。

2·2 科学思潮的更替和语言学的发展

2·2·1 语言学自成为一门独立的科学之后，它的发展与科学思潮息息相关。语言学之成为一门独立的科学始自历史比较语言学，它的诞生与生物进化论思潮的兴起有密切的关系，历史比较法就脱胎于研究物种变异的生物学。马克思、恩格斯在《德意志意识形态》中指出，比较解剖学、比较植物学、比较语言学“这些科学正是由于比较和确定了被比较对象之间的差别而获得了巨大的成就，在这些科学中比较具有普遍意义”。

将物种变异的比较方法用于语言的研究，首先产生了一种语言理论模型，这就是谱系树理论。提出这一理论的语言学家叫施莱哈尔（August Schleicher）。1863年他仿效生物遗传发展的思路，在《达尔文理论和语言学》中将语言间的关系系谱化，认为语言也是有“生命”的，有生、老、病、死的各个演化阶段。一个原始母语（proto-language）会生发出若干个女儿语（daughter languages），而随着这些女儿语的诞生，这个原始母语也就随之消亡了；之后，每一个女儿语也会随着时间的推移而发生同样的分化，生发出若干个孙儿语……，如此往复，形成今天世界上的各种语言。有共同来源的诸语言组成亲属语言，可以对之进行历史比较研究。这个理论模型的特点是只注意语言的有规律的分化，而不管语言之间的横向相互影响，有它的片面性。1872年，施密特（J. Schmidt）提出“波浪”说与之抗衡，认为语言的演变犹如在一个水塘里扔进一块石子儿所引起的波纹那样，由中心向四周扩散。假定有语言A、B、C、D、E、F、G，D的变化会扩散到A、B、C和E、F、G，使A、B、C和E、F、G具有D的一些特点；距离波源越近，受影响的程度也就会越大，因而相互的共同点也就越多。其他语言A、B、C和E、F、G也可以发生类似语言D那样的变化，因而使不同的语言间呈现出一些相同的特点，不同于每一语言自身的发展规律。这是使语言演变规律产生例外的一个重要原因。谱系树说和波浪说是两个对立的理论模型，前者着眼于语言在时间上的有规律的发展，使语言间呈现出生物系族那样的异同关系，可以对有共同来源的语言进行历史比较研究；后者着眼于语言在空间上的扩散，强调语言间的相互影响和对语言演变规律的干扰。这两个理论模型与其说是对立，不如说是互补，可以各自弥补对方的一些弱点。它们对语言学往后的发展具有很大的影响。

继承和发展谱系树理论的是青年语法学派。19世纪的70年代是青年语法学派独步天下的时期，特别是1876-1878的三年，发表了一系列对后来语言学的发展有深远影响的文章，提出了一些重要的理论，其中最主要的是两条：一是语音规律无例外，二是类推作用。这两条是青年语法学派的理论标志。过了一百年，人们在回顾语言研究发展道路的时候，发现青年语法学派的基本语言理论“在今天看来只是有所修改，根本没有被取代”，值得今天的语言学家去纪念发表在百年前的一组青年语法学派的论文（罗宾斯，1979，225，234）。根据“语音规律无例外”的理论设想，语音规律是不应该有例外的，但实际上却可以到处见到例外，因而认为城市的语言不纯，需要到乡村去调查方言，相信在方言中可以找到语音规律无例外的例证。客观发展的需要推动了方言的调查和研究。但出乎意外的是，方言中也可以到处见到例外，这就促使方言地理学的诞生，提出“每一个词都有它自己的历史”，否认音变的规律性。“语音规律无例外”和“每一个词都有它自己的历史”是历史语言学中的两个对立的口号，代表两个对立的学派，相互争论和驳难。如果说，主张“语音规律无例外”的青年语法学派是谱系树理论的继承和发展，着眼于语言在时间上的演变，那么主张“每一个词都有它自己的历史”的方言地理学派就是波浪说的延续，着眼于语言的空间扩散。时间和空间的差异是语言学往后发展的两种基本思路。大致说来，结构语言学的语言系统说、转换-生成学派的语言理论大致与时间观的联系比较密切，像青年语法学派那样都强调语言演变的规律性或语言结构的系统性；而语汇扩散理论、语言变异理论则着眼于语言内部的结构成分的竞争，强调语言演变的不规则性和系统内部的结构参差。这两种类型的语言理论大体呈相互对立、相互竞争、相互促进的状态，推动语言学的发展：

时间 空间

谱系树理论 波浪理论

青年语法学派 方言地理学派

结构语言学（含转换-生成理论） 语汇扩散、语言变异

横向的两种理论基本是对立和竞争，互揭短处和矛盾，因而对促进语言研究的发展起着重要的作用；纵向的理论之间虽然理论上有对立和发展，但就语言观来说，是相通的，后起者大致都是前者的继承和发展，如表时间的几种理论都强调语言研究对象的纯一性和同质性（homogeneity），而表空间的几种理论所强调的是语言的有序异质性（orderly heterogeneity）。对语言学的发展有了这样一个大致的发展脉络，我们就容易把握每一种理论的地位。

2·2·2 以索绪尔的《普通语言学教程》为标志的结构语言学的诞生是语言学发展的一个新时期，纠正了以往研究中的“原子主义”倾向，开始走上系统研究的道路。这种理论和方法的诞生不是从天上掉下来的，既是青年语法学派的理论的发展（索绪尔本人就是青年语法学派的一个有影响的成员），也与科学思潮的演变有关。19-20世纪之交，科学发展的思潮发生了一次重大的变化，以牛顿物理学为基础的机械论的认识论开始崩溃，“相互作用关系组成的集合开始成为注意是中心。到处都碰到那种令人惊异的复杂性，甚至连原子这样的基本物理实体内部也是这样。牛顿机械论对这种复杂性作出解释的能力受到严重的怀疑。相对论在物理学领域代之而兴起；在微观物理学领域，接替机械论的是关于量子理论的科学”（拉兹洛，1985）。“相互作用关系组成的集合开始成为注意是中心”这种世界观、认识论代替机械论的认识论是科学发展思潮的一次深刻转折，在语言研究中首先反映这种思潮的是索绪尔的《普通语言学教程》，建立以语言结构单位的相互关系为基础的价值学说，提出“语言是形式，不是实质”的著名论断，并从语言结构单位的组合关系和聚合关系两个方面去研究语言的“形式”和“价值”。这种学说是当时科学研究方法论的一种典型反映，托夫勒将它称之为“拆零”（请参看普里戈金等，1984）：

在当代西方文明中得到最高发展的技巧之一就是拆零，即把问题分解成可能小的一些部分。我们非常擅长此技，以至我们竟时常忘记把这些细部重新装到一起。这种技巧也许是在科学中最受过精心磨练的技巧。在科学中，我们不仅习惯于把问题划分成许多细部，我们还常常用一种有用的技法把这些细部的每一个从其周围环境中孤立出来。这种技法就是我们常说的ceteris paribus，即“设其他情况都相同”。这样一来，我们的问题与宇宙其余部分之间的复杂的相互作用，就可以不去过问了。

索绪尔的《普通语言学教程》就是这种“拆零”的方法论的杰作：把言语活动分成语言和言语，把言语排除出语言的研究；语言的“内”与“外”，把“外”排除出去；语言“内”的共时和历时，把历时排除出去；共时中的语言单位的实质和形式，将实质部分排除出去，最后就只研究共时状态下的语言形式，即组合关系和聚合关系，只研究某一时点的语言结构，排除任何言语的、语言“外”的、历时的因素的干扰。这或许是索绪尔为实现他的语言系统说而付出的一种代价，因为不排除这些因素，他就无法完成对“形式”和“价值”的研究。索绪尔的语言系统说使语言研究从历史比较语言学的“原子主义”转化为系统论。语言研究方法论的这一转折一般被称之为“索绪尔的革命”。

2·2·3 反映科学发展思潮的索绪尔的语言理论在语言学的发展中产生了巨大的影响，结构语言学就是以此为基础发展出来的学派。结构语言学一般分为三个学派：哥本哈根学派、布拉格学派和美国的描写语言学派，它们从不同的侧面继承和发展了索绪尔的语言系统说：哥本哈根学派强调语言的形式，布拉格学派强调功能，而美国的描写语言学则主要强调语言的组合关系，从分布入手考察语言的结构。哥本哈根学派由于想建立一种能适合于人类一切语言的理论，因而很抽象，在实际的语言研究中影响不大。布拉格学派由于二次大战的暴发而解体，其中不少有影响的语言学家，如雅科布逊等，都到了美国，与美国的描写语言学派合流。后来法国的马尔丁内（A.Martinet）继承和发展了哥本哈根学派和布拉格学派的理论精神建立了他的功能语言学，成为结构语言学在欧洲的一个重要代表。从总体来看，在三个结构语言学派中影响最大的是美国的描写语言学，可以说在相当长的一个时期中它一枝独秀，成为语言学发展中的一个主流学派。这个学派的一个重要贡献就是将语言结构单位量子化，提出“位”（-eme: phoneme, morpheme, lexeme……）、“素”（-etic: phonetic……）、“区别特征”等概念，使语言学挤身于当代科学的行列。“位”“素”“区别特征”是语言系统的最小结构单位，相当于化学中的元素。雅科布逊在回答他父亲（一位化学家）的“你为什么要搞语言学”的提问时，说得非常明确、干脆：“语言学与化学没有不同，我要找出语言成分结构中有限的基本结构单位来”（Mehta, V.，1971）。他为人类语言找出12对区别特征就是在这种背景下完成的（译文请参看《国外语言学》1981年第3、4期或湖南教育出版社2001年出版的《雅柯布森文集》）。

从青年语法学派开始，语言学的研究对象明确地限制于个人方言（idiolect）。个人方言是指“一个说话人使用一种语言与另一说话人在一次交谈时可能说出的全部话语”（Bloch,1948），而集体的语言习惯只不过是语言学家比较个人方言而得到的某种平均数，不能作为语言学的研究对象。自索绪尔以后的语言研究为什么要区别语言与言语、共时和历时？为什么把语言研究的对象局限于语言的共时状态？目的就是要在个人方言的研究基础上建立相关的语言理论。乔姆斯基的语言理论在很多方面与结构语言学不同，但语言研究的对象应该限制于个人方言这一点上，则与索绪尔以来的语言研究无异，甚至将其推向极端，因为他认为语言学研究的是“一个完全同质的言语社团的一对理想的说话人——听话人”的语言能力，与其具体运用语言时表现出来的差异无关。从索绪尔到乔姆斯基，他们以语言与言语、或能力与运用的区分为基础而进行的语言研究，实质上都是“相互作用关系组成的集合开始成为注意是中心”这一科学思潮的发展的反映，在自己所进行的研究领域内建立起一个“相互作用关系组成的集合”。随着科学的发展，人们发现这种语言观是有很大的局限的，因而又引起语言研究方法论的一次新发展，具体表现为语言变异理论的诞生和语义研究的发展。

2·2·4 新的科学发展思潮与所谓“新三论”（耗散结构论、协同论、突变论）的兴起和发展有关，在科学研究中引入原来被系统论排除在研究范围之外的随机性、复杂性、偶然性的因素，认为“我们对自然的看法正经历着一个根本性的转变，即转向多重性、暂时性和复杂性”“我们正越来越多地观察到这样的事实，即在所有的层次上，从基本粒子到宇宙学，随机性和不可逆性起着越来越大的作用”“奇怪的是，在自然界中发现的意想不到的复杂性并没有减缓科学的前进，恰恰相反，它促成了一些新的概念结构的产生，这些新的概念结构正是我们今天认识物质世界所必须的”（普里戈金等，1984，26，27，34）。科学研究中引入随机性、复杂性、偶然性的因素，这对科学研究的方法论来说，就要改变原来“拆零”的方法，把研究对象从理想状态中的研究转化为实际状态的研究。语言学从科学思潮的这种发展中吸取于己有用的理论和方法，认为不能把个人方言作为语言学的研究对象，而应该到社会中去研究人们实际使用的语言，考察人们之间的语言差异和这些差异与其他因素之间的相关关系。首先提出这一设想、并付诸社会实践的是以拉波夫（W. Labov）为代表的语言变异理论。他与魏茵莱什（U. Weinreich）、赫尔作格（M. I. Herzog）合写的《语言演变理论的经验基础》一文一再强调以个人方言为研究对象的语言研究的局限性，主张到语言社团中去研究人们实际使用的语言。这种实际使用的语言可以称为社会方言。社会方言是一个老概念，过去与地域方言相对，偏重于社会集团的一些特殊用语和对某些辞语的特殊理解，范围非常狭窄。我们这里所说的社会方言是指与个人方言相对的社会人群实际使用的语言现象。语言学的研究对象从个人方言到社会方言，这又是语言学发展的一次重大转折。这次转折的意义主要有以下几个方面：

第一， 克服了索绪尔语言理论体系中的一个矛盾。索绪尔认为语言是社会的，而言语是个人的，但是研究社会的语言时却

『伍』 关于物理的问题（高分）

核物理发展史http://www.qfsky.com/down/view_37439.html

原子物理发展史http://210.41.245.5/blog/u/0604050101/archives/2005/2347.html

http://..com/question/330218.html?si=3

以上都很全了

我再补充一些
牛顿:力学三定律,万有引力定律,牛顿环。
爱因斯坦：光电效应，质能方程。
卡文迪许：扭称，测出万有引力常量。
胡克：胡克定律F=kx 。
哥白尼：日心说。
哈雷：哈雷彗星
开普勒：三定律。揭示天体运动规律。
麦克思韦：电磁理论。
法拉第：场概念的提出。
居里夫妇：发现物质的放射性，发现新元素。
惠更斯：单摆的周期公式。
托里拆利：大气压强
帕斯卡：液体压强

这些人的年代我实在不记得了，请凉解……

『陆』 研究生：自然辩证法考试题，求大神解答！

自然辩证法试题答案
1、为什么说自然辩证法是一门综合性、交叉性和哲理性的学科？
自然辩证法是马克思主义哲学的重要组成部分,是关于自然界和科学技术发展的一般规律以及人类认识和改造自然的一般方法的科学。003-1。自然辩证法的研究对象为自然界的辩证法（自然观）、科学技术研究的辩证法（科学方法论）和科学技术发展的辩证法（科学技术观）。自然辩证法的研究对象和内容决定了它是一门具有哲学性质的学科,是辨证唯物主义的一个分支学科。003-2,003-3。自然辩证法既不同于哲学,又不同与自然科学（科学技术）,它是处于哲学和自然科学之间的一个中间层次的学科,是联系哲学与自然科学的纽带和桥梁,是自然科学与马克思主义哲学之间相互交叉、相互渗透的产物。自然辩证法的创立与发展同哲学与科学技术的进步密切相关,是马克思主义关于科学、技术及其与社会关系的已有成果的概括和总结。由于科学技术在发展过程中同社会发展的关系越来越密切,所以也是协调人与自然、科技与社会关系的需要。所以说自然辩证法是一门综合性、交叉性和哲理性的学科。

2、结合我国的生态实际谈谈你对生态危机的看法？
生态危机：指的是由于人类不合理的活动，在全球规模或局部区域导致生态过程即生态系统的结构和功能的损害、生命维持系统瓦解，从而危害人的利益、威胁人类生存和发展的现象。所谓“生态危机"，首先是人与自然的关系的危机。当代全球性“生态危机"的出现，是同过去三四个世纪中人把自己视做自然的统治者和主宰者的观念与态度有着密切的关系。“这种统治、征服、控制、支配自然的欲望是现代精神的中心特征之一。”在这种观念的制约和影响下。人们追求的主要是使自然界来畲乎人的需要、目的和特性，却较少考虑如何使人的需要和特性等适合和适应自然的特性、法则和生态规律；人们普遍注重强调人改造、征服和战胜自然的力量的增长提高与发展，而忽视人和自然之间物质交换的调节能力和人对不断变化着的自然界的适应能力的训练、提高和发展；人们一味陶醉于对：大自然的胜利和统治，却忽视了我们对自然的每一胜利，都要受到大自然的报复和惩罚。“生态危机"与社会问题息息相关，是社会异化的产物。例如，当今出现的环境污染问题既包括发达国家，也包括众多的发展中国家，其主要原因就在于发达国家置全人类的长远利益和国际公法于不顾，肆意向发展中国家倾倒垃圾、化学废料，把公害型企业转移到发展中画家，而发展中国家由于贫穷和债务也加剧对自然资源的开发。全球性“生态危机"是传统工业生产方式的必然结果。传统工业是建立在大量消耗自然资源和排放废弃物的粗放式生产经营方式之上的，它寻求最大限度地满足人的物质需求。人类通过发展科学技术极大地扩张了驾驭自然的种种能力，却没有同样扩大保存和保护自然的能力。传统工业无限度地向自然界索取，使得人类能够以从前无法想象的巨大力跫来燃烧、砍伐、挖掘、移动、改变各种各样的物质，从而严重地损坏人类赖以生存和发展的生态系统。全球性“生态危机”也是由于传统的发展观把发展等同于经济增长、单纯地追求经济增长所致。20世纪下半叶以来，在新技术革命的推动下，传统发展观为世界许多国家所运用。按照这种发展观，自然资源可以无偿地利用。古典经济学家认为没有人类劳动参与的东西就不能体现价值，因此自然资源是无价的或低价的，可随意地无偿地利用，自然环境的各种资源是无限的，“取之不尽，用之不竭”。于是．工业革命以来的巨大经济增长即以漫无节制地消耗地球上大量不可再生资源为代价。按照这种发展观，就可以把发展理解为国民生产总值(GNP)的增长，将GNP作为衡量国家的生产力水平、国民生活水平和综合国力的首要指标。但在这一指标中，既投有反映自然资源的消耗，也没有反映环境质量这一重要价值的丧失程度。事实证明，这种发展观是有很大局限性和片面性的。

3、科学的本质是什么？
马克思对科学本质的论述：（1）科学是人对自然界的理论关系和实践关系；（2）科学是一种社会的、精神生产领域的劳动；（3）科学是生产力；（4）科学既是观念财富又是实际财富。所以马克思把科学看着“人对自然界的理论关系”，即科学是人对自然的能动认识和反映关系。 （一）科学是一种认知活动
科学具有求真性，所依据是具有客观性的自然现象，自然科学通常需要满足以下几个条件：一是追求真理；二是具有解释性和预见性；三是具有可检验性。
（二）科学是人与自然的对话
0063-1。科学是人类的一种精神生产领域的社会劳动，马克思、恩格斯认为，科学是一种知识形态的生产力。科学不仅是认识自然界的强大武器，而且是在社会生产中形成的人对自然界的实践关系。
（三）科学是一种社会建制
科学作为一种社会建制，和其他社会规范体系相比，主要表现在：1.具有一套自然形成的、特殊的社会规范体系。2.从业人员的主体是受过严格训练的职业科学家和科学家组成的科学的共同体。3.有一套独具特色而有行之有效的奖励制度，科学奖励的核心不是金钱而是同行认可。一个国家的科学社会建制的状况，已经成为衡量这个国家经济、政治、军事等综合实力的标准。

4、如何评价技术悲观论和技术乐观伦？
技术乐观主义产生于人类对技术的社会功能有所了解但又缺乏理性认识的特定历史条件下，其实质是“技术崇拜”或“技术救世主义”，其基本特征是把技术理想化、绝对化或神圣化，视技术进步为社会发展的决定因素和根本动力。
090-1。技术悲观主义虽然沾染一个“悲”字，暴露出其整体上的消极情怀和非理性主义，但在其背后却蕴藏着反思和批判的意志和超越现实的呐喊。悲观主义作为一种否定性的技术观，自始至终都存在于人类文明的历史进程之中，只不过由于人们的观察角度不同、生活体验不同、价值追求不同，而对技术的恐怖心理、批判程度表现不同。
090-2。092-3。技术乐观主义和技术悲观主义等哲学观的区别在于它重视具体的社会条件对技术的作用的影响而不是孤立地讨论技术的作用。马克思、思格斯是辩证唯物主义者，他们既承认技术对社会发展的作用与影响，也强调了社会对技术及其发展所起到的引导和作用。马克思、思格斯的技术社会观既不是单纯的技术决定论，也不是单纯的社会决定论．而是关于技术系统与社会系统互动的理论。因此，不能对马克思、恩格斯的论述进行断章取义地片面臆断，而应当今面、准确地理解和把握马克思、恩格斯的技术社会观思想。只有这样．才能正确认识技术与社会的辩证关系，树立科学的技术社会观（有时间就写）
5、结合你所学的学科，思考数学方法在科学研究中的应用？
115-1。在科学研究中有着重要的作用。
第一，为科学研究提供简洁精确的形式化语言。用数学语言来描述事物及它们之间的关系可以保证理论体系内部逻辑的自洽和简洁。加上生物统计学。如物理学：在动力学中，用一组偏微分方程就可以概括地描述经典电磁理论的全部基本规律；在量子力学中，用希尔伯特空间和算符就可以把微观世界中各种量的关系描述的一清二楚。
第二，为科学研究提高数量分析和计算方法。牛顿《自然哲学之数学原理》、拉格朗日的分析力学、海森堡的矩阵力学等就是运用数学方法的逻辑严密性构造科学理论体系的典范。
第三，为科学研究提供了逻辑推理工具。众所周知，数学中的命题、公式都要严格地从逻辑上加以证明后才能确立，数学的推理必然遵循形式逻辑的基本法则，以保证从某一前提出发导出的结论在逻辑上是准确无误的。
6、如何理解模仿创新？
模仿创新即通过模仿而进行的创新活动，具体包括两种方式：
第一种是完全模仿创新。即对市场上现有产品的仿制。一项新技术从诞生到完全使市场饱和需要一定时间，所以创新产品投放市场后还存在一定的市场空间，使技术模仿成为可能。但完全模仿本质上也带动了企业的技术创新活动，很多企业发展都从模仿其他企业技术开始。
第二种是模仿后再创新。这是对率先进入市场的产品进行再创造，也即在引入他人技术后，经过消化吸收，不仅达到被模仿产品技术的水平，而且通过创新，超过原来的技术水平。要求企业首先掌握被模仿产品的技术诀窍，在进行产品功能、外观和性能等方面的改进，使产品更具市场竞争力。
模仿创新优势在于可节约大量研发及市场培育方面的费用，降低投资风险，也回避了市场成长初期的不稳定性，降低了市场开发的风险。但是同时难免在技术上受制于人，而且新技术也并不总是能够轻易被模仿的。随着知识产权保护意识的不断增强，专利制度的不断完善，要获得效益显著的技术显然更不容易了。自己回答自主创新。
模仿创新具有以下几个方面的特性：(1)积极跟随性。(2)市场开拓性。(3)“看中学”的积累性。(4)资源投入的中间聚积性。

7、科学家应遵循科技伦理吗？科学家的社会责任有那些？
科学家应遵循科技伦理。166-1。科学认识世界的目的在于服务于人类，无论以科学的借口残害无辜的人，还是科学的成果成了构成人类的危害，都不能仅仅把责任推卸给科学或者是用科学的人，科学家要自身负起责任。科学应该造福于人类，为民众服务；科学应该用于和平的目的而不是战争；科学家要保证科学研究的后果不会引起严重的生态破坏，不会危害我们这个一代以及我们后代的生存安全，科学家要对研究后果负责，对其研究成果进行认真的评估，发现科学研究违背科研理论需立即中断，并公开申明；科学家要做出承若，通过自身行动，体现高标准的道德。科学工作者进行科学研究和医学实践，尤其是进行人体实验和动物实验，应该遵循社会伦理、生命伦理、动物伦理等。技术工作者，尤其是工程师，在工程技术活动中，应该遵循一定的职业伦理和社会伦理准则，应该承担对社会、专业、雇主和同事的责任，应该对工程的环境影响负有特别的责任，规范自己的行为，为人类福祉和环境保护服务。科学家的伦理规范构建仅靠舆论支持、道德示范是远远不够的。如果体制上缺乏科技道德行为的惩戒机制,对社会心理就会产生一种消极的暗示作用。只有对科技界的非道德行为通过法律的手段坚决予以惩治和消除,新的伦理规范确立才可能有效的保证。

8、如何保障科学技术在社会中健康、持续地运行？
科学技术是第一生产力。168-1。为了科学技术的健康发展，必须从经济条件、社会环境与国家政策三个方面予以保证。从政策、法规与组织机构，制度化诸方面予以保证，包括建立保障研发活动社会运行的机制，建立保障科学技术发展的决策机构，建立适应市场经济的科学技术体制。169-2（7点）
只要能够时刻牢记“科学技术”发展的最终目的是为了“给人类最大限度地带来快乐幸福”这个大方向就能够在社会中健康、持续地运行了。 有了这个社会发展前进的总体方向，一旦某些科学技术的发展损害或可能损害到社会的整体幸福时，我们就要坚决禁止发展和使用这样的科学技术，反之，有利或更有利于社会整体幸福的，我们就不断的支持这样的科学技术。

9、技术创新在社会经济发展中的作用？
技术创新实际上是以新产品(或改进产品)、新方法、新工艺的形式实现具有社会经济意义和市场意义的技术发明的首次应用。技术创新的来源并非限于新的技术发明，同时还包括先前存于“技术库”中的原有技术发明和原有技术创新成果。
1.技术创新是新兴产业成长壮大和产业结构调整的关键
2.技术创新是产业结构升级的前提和动因
任何一个国家经济的持续、稳定、协调发展,都依赖于该国产业结构的升级.
3.技术创新是实现经济增长方式由粗放型向集约型转变的关键
4.技术创新是区域经济竞争力提高的根本保障
第一，技术创新改变区域生产与生活方式,创造区域持续竞争能力，第二，.技术创新推动区域社会经济组织结构和管理模式的变革,为区域竞争力的提升创造了制度基础

10.如何建设创新型国家？
创新型国家是指以先进的科学和教育为基础，以自主创新为主线，并与制度创新、管理创新、文化创新等多种创新互动，使国内外创新成果迅速向现实生产力转化，自主创新能力不断增强、经济增长质量不断提高、经济结构不断优化，经济和社会充满活力的国家。建设创新型国家是提高我国国际竞争力的迫切需要，是贯彻落实科学发展观,全面建设小康社会的重大举措,是推进我国当前发展面临的突出矛盾和问题的紧迫需要。
一是要建设创新型国家必须增强自主创新能力。
二是加快建设国家创新体系,支持基础研究、前沿技术研究、社会公益性技术研究.
三是加快建立以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的技术创新体系,引导和支持创新要素向企业集聚,促进科技成果向现实生产力转化.
四是深化科技管理体制改革,优化科技资源配置,完善鼓励技术创新和科技成果产业化的法制保障、政策体系、激励机制、市场环境。
五是实施知识产权战略.
六是充分利用国际科技资源。
七是进一步营造鼓励创新的环境,培养造就世界一流科学家和科技领军人才,使创新智慧竞相迸发、创新人才大量涌现.

『柒』 物理化学解决问题

21世纪物理化学的发展趋势
现代物理化学是研究所有物质体系的化学行为的原理、规律和方法的学科。捅盖从微观到宏观对结构与性质的关系规律、化学过程机理及其控制的研究。它是化学以及在分子层次上研究物质变化的其他学科领域的理论基础。在物理化学发展过程中，逐步形成了若干分支学科：结构化学，化学热力学，化学动力学，液体界面化学，催化，电化学，量子化学等。20世纪的物理化学随着物理科学发展的总趋势偏重于微观的和理论的研究，取得不少起里程碑作用的成就，如化学键本质、分子间相互作用、分子结构的测定、表面形态与结构的精细观察等等。目前看来有三个方面的问题：一是宏观和介观研究应该加强；二是微观结构研究要由静态、稳态向动态、瞬态发展，包括反应机理研究中的过渡态问题，催化反应机理与微观反应动力学问题等；三是应该参与到复杂性研究中去，在物质体系中化学复杂性是直接关系人类生存与进步的，也是可以用实验方法研究的。总之，留给21世纪物理化学家的问题甚多。

1.结构化学

结构化学研究从单纯为了阐明分子结构已发展到研究物质的表面结构、内部结构、动态结构等。结构分析可借助于现代波谱技术和衍射分析来进行，最直接的测定是晶体结构分析，它可分为两类，即x-射线衍射分析和显微成像方法。能“看到”原于的原子层次分辨的各种显微技术将会给结构化学家提供有力的武器，来探索生物大分子、细胞、固体表面等的结构和变化。1982年诺贝尔化学奖得主A．Klug开创了“晶体电子显微学”，并用于揭示核酸�蛋白质复合物的结构。这种三维重构技术使电子显微镜的视野从二维空间发展到三维空间。A．M．Cormack发明了X-射线断层诊断仪(CT)用于医学诊断，获得1979年诺贝尔生理学或医学奖。总之在结构化学领域随着分析仪器和测定精度的日新月异，新型结构分析仪器的不断推陈出新，结构化学在21世纪将会大展宏图。生物大分子的结构研究过去主要依赖x-晶体结构分析做静态研究。由于实际上它们都是在溶液中发挥功能，而且它们的结构是易变的，所以20世纪后期用核磁共振谱法研究大分子在溶液中的动态结构引起人们重视(R．Ernst,1991年诺贝尔化学奖)。催化剂研究推动了表面结构研究，用STM或AFM以及其他谱学方法研究催化表面的结构以及催化过程，也都有重要成果。

2．化学热力学

这是物理化学中较早发展起来的一个学科。它用热力学原理研究物质体系中的化学现象和规律，根据物质体系的宏观可测性质和热力学函数关系来判断体系的稳定性、变化方向和变化的程度。1968年L．nsager因研究不可逆过程热力学理论和1977年I．Prigogine因创立非平衡热力学提出耗散结构理论而分别获得诺贝尔化学奖，这标志着非平衡态热力学研究取得了突破性的进展。热力学第一、二、三定律虽是现代物理化学的基础，但它们只能描述静止状态，在化学上只适用于可逆平衡态体系，而自然界所发生的大部分化学过程是不可逆过程。因此对于大自然发生的化学现象，应从非平衡态和不可逆过程来研究。21世纪的热点研究领域有生物热力学和热化学研究，如细胞生长过程的热化学研究、蛋白质的定点切割反应热力学研究、生物膜分子的热力学研究等；另外，非线性和非平衡态的化学热力学与化学统计学研究，分子�分子体系的热化学研究(包括分子力场、分子与分子的相互作用)等也是重要方面。

3．化学动力学

化学动力学是研究化学反应速率和机理的学科。其主要目的是阐明化学反应进行的条件对化学反应过程速率的影响，了解化学反应机理，探索物质结构与反应能之间的关联。20世纪化学动力学有两大突破：一是N.Semenov的化学链式反应理论，获1956年诺贝尔化学奖；另一个是D．R．Herschbach与李远哲的微观反应动力学的研究，发展了交叉束方法，并应用于化学反应研究，获1986年诺贝尔化学奖。再测是A．H．Zewail用飞秒激光技术研究超快过程和过渡态。由于这一贡献，Zewail获1999年诺贝尔化学奖。化学动力学作为化学的基础研究学科将会在21世纪有新的发展，如利用分子束技术与激光相结合研究态�态反应动力学，用立体化学动力学研究反应过程中反应物分子的大小、形状和空间取向对反应活性以及速率的影响，以及用飞秒激光研究化学反应和控制化学反应过程等。

4．催化

催化剂是化学研究中的永久的主题。催化是自然界存在的促进化学反应速度的特殊作用，生物体内产生的化学反应均藉助于酶催化。生物催化如此定向、如此精确地进行着，至今人们还难于模拟酶催化反应。催化剂是一种加速化学反应而在其过程中自身不被消耗掉的物质，它可使化学反应速度增大几个到十几个数量级。只要有化学反应，就有如何加快反应速度的问题，就会有催化剂的研究。在化工生产(如石油化工、天然气化工、煤化工等)、能源、农业(光合作用)、生命科学、医药等领域均有催化剂的作用和贡献。

根据催化剂的物理和化学性质，可将其分为以下几类。

(1)多相催化 这类催化剂是固体材料如分子筛、金屑、金属氧化物、硫化物等。催化反应发生在固-气相的界面上，大部分化学工业流程均为多相催化，如合成氨、石油催化裂化等。

(2)均相催化 这类催化剂通常是含有金属的复杂分子，催化反应在气相或液相中进行，催化剂和反应物均溶解于气相或液相中，如烃烯聚合，茂金属催化等。

(3)光催化 吸收光能促进化学反应，如光合作用。

(4)电催化 利用化学方法使电极表面具有催化活性。

(5)酶催化和仿酶催化 酶在生物体内起着重要的催化作用，同时酶也可用于工业生产，如用酒曲造酒。酶是一种高分子量的蛋白质，天然酶的结构测定以及催化活性与机理研究是21世纪催化研究的前沿领域，也是一项十分复杂和棘手的工作，有待各个学科交叉(化学、物理和生物)配合研究和仪器与方法的创造。

模拟金属酶是模仿酶的活性中心，即模拟其中某些活性氨基酸与金属的配位设计合成配合物，形成配位催化，以简化和模仿酶催化过程。由于酶的结构十分复杂，搞清楚酶催化过程，决非短期研究能解决。但酶活性中心的结构信息引起人们的关注，企图仿照天然酶人工制造化学酶。这是设计和合成新催化剂的一个新途径。如不对称催化氢化的手性催化剂就是利用铑或钌的手性配合物，使脱氢氨基酸催化氢化成光学活性的a-氨基酸，其对映选择性与酶催化的结果可相比美。模拟酶催化领域在21世纪将会有重大突破。

在20世纪，尽管化学家们研制成功了无数种催化剂，并应用于工业生产。但对催化剂的奥妙所在，即作用原理和反应机理还是没有完全搞清楚。因此科学家们还不能完全随心所欲地设计某一特定反应高效催化剂，而要靠实验工作去探索，以比较多种催化剂的性能，筛选出较好的催化剂。所以研究催化剂及其催化过程的科学，还将进 一步深入和发展。用组合化学法快速筛选催化剂将是21世纪的重要研究课题。

5．量子化学

20世纪量子力学和化学相结合，对化学键理论和物质结构的认识起着十分重要的作用，量子化学已经发展成为化学以及有关的其他学科在解释和预测分子结构和化学行为的通用手段。20世纪中量子化学曾经将化学带入一个新时代。在这个新时代里实验和理论能够共同协力探讨分子体系的性质。如从1928年L．C．Pauling提出的价键理论，R．S．Mulliken的分子轨道理论，到H．A．Bethe的配位场理论，R．B，Woodward和R．Hoffmann的分子轨道对称守恒原理，福井谦一的前线轨道理论，一直到1998年诺贝尔化学奖得主W．Kohn的电子密度泛函理论和J．A．Pople的量子化学计算方法和模型化学(Model Chemistry)。这一发展过程整整化了70年的时间。纵观量子化学发展的历史过程，不难看出，只有量子力学基本原理和化学实验密切结合，量子化学的理论研究才能不断出现新的突破和开创新局面。现在根据量子化学计算可以进行分子的合理设计，如药物设计、材料设计、物性预测等。20世纪中有人预见以量子化学为基础可以解决和认识化学实验中的所有问题。但是目前尚未形成研究分子层次的统一的理论，对许多化学现象和问题还不能用统一的理论来归纳、理解和认识。如分子的平衡性质和非平衡态，反应的过渡态和反应途径，分子-分子体系的相互作用等，都有待于从化学实验结果提高到理性认识。能否出现化学的统一理论，将有待于化学家们的创造和努力。

『捌』 我国抗震设计的基本原则是什么 并简要解释其含义

我国在抗震法律法规、国家标准上做得比较充分。我国发布有《建筑工程抗震设防分类标准》、《城市抗震防灾规划管理规定》等国家标准，对建筑物抗震设防分类、责任划归、防灾规划均有具体划分。

《城市抗震防灾规划管理规定》第八条规定：当遭受多遇地震时，城市一般功能正常；当遭受相当于抗震设防烈度的地震时，城市一般功能及生命线系统基本正常，重要工矿企业能正常或者很快恢复生产；当遭受罕遇地震时，城市功能不瘫痪，要害系统和生命线工程不遭受严重破坏，不发生严重的次生灾害。

抗震设计，对处于地震区的工程结构进行的一种专项设计，以满足地震作用下工程结构安全与经济的综合要求，一般包括抗震分析和抗震措施两个方面。抗震分析是指以结构动力学为基础，计算和分析结构在地震动作用下的反应。抗震措施包括工程总体布置、结构选型、地基基础处理以及各种构造措施。

(8)耗散结构去中心化扩展阅读

抗震设计一般规定

1、厂房的平面布置

厂房的平面布置，应力求简单、规整、平直，使整个厂房结构的质量与刚度分布均匀、对称，尽可能使质量中心与刚度中心重合。具体应注意以下几点：

(1)为了减少地震时厂房的扭转效应，宜在厂房两端对称布置山墙，两侧纵墙刚度也应均匀对称。

(2)与厂房贴建的房屋，应沿厂房纵墙或山墙布置，不宜布置在厂房角部。

(3)当厂房体形复杂或有贴建房屋时，如沿厂房纵向屋盖高低错落，沿厂房横向高跨与低跨刚度相差悬殊，厂房侧边贴建生活间等·宜设防震缝。其防震缝宽度，在厂房纵横交接处可采用100～150mm，其他情况可采用50～90mm。

2、屋盖系统

(1)天窗架是突出屋面的承重和抗侧力结构，地震反应较大。6～8度时，可采用矩形截面杆件的钢筋混凝土天窗架。9度时，宜采用下沉式天窗。天窗屋盖与端壁板宜采用轻型板材，天窗架宜从厂房单元端部第三柱之间开始设置。

(2)厂房宜采用预应力混凝土屋架跨度大于24m或8度和9度时应优先采用钢屋架柱距为12m时，可采用预应力混凝土托架。

(3)厂房端部宜设屋架，不宜共用山墙承重。

3、柱及柱间支撑

8度和9度时，厂房宜采用矩形、工字形截面柱或斜腹杆双肢柱，不宜采用薄壁工字形柱、腹板开孔工字形柱、顶制腹板的工字形柱和管柱柱底至室内地坪以上500mm范围内和阶形柱的上柱，宜采用矩形截面。

4、围护结构

厂房围护墙宜采用轻质墙板或钢筋混凝土大型墙板，砌体围护墙应采用外贴式并与柱可靠拉结。外侧柱距为12m时应采用轻质墙板或钢筋混凝土大型墙板。

『玖』 人类基因组计划为什么很难代替自然选择，完成国家基因库耗散结构开放系统，御防癌基因病的工作

■人类基因组计划的研究现状与展望------发表日期：2004年3月30日 一、研究现状1、人类基因组测序1990年～1998年，人类基因组序列已完成和正在测序的共计约330Mb，占人基因组的11％左右；已识别出人类疾病相关的基因200个左右。此外，细菌、古细菌、支原体和酵母等17种生物的全基因组的测序已经完成。值得一提的是，企业与研究部门的携手，将大大地促进测序工作的完成。美国的基因组研究所（The Institute of Genome Research, TIGR）与PE（Perkin-Elmar）公司合作建立新公司，三年内投资2亿美元，预计于2002年完成全序列的测定。这一进度将比美国政府资助的HGP的预定目标提前三年。美国加州的一家遗传学数据公司(Incyte)宣布（1998年〕，两年内测定基因组中的蛋白质编码序列以及密码子中的单核苷酸的多态性，最后将绘制一幅人的10万个基因的定位图。与Incyte公司合作的HGS（Human Genome Science）公司的负责人宣称，截止1998年8月，该公司已鉴定出10万多个基因（人体基因约为12万个），并且得到了95％以上基因的EST（expressed sequence tag）或其部分序列。1998年9月14日美国国家人类基因组计划研究所（NHGRI）和美国能源部基因组研究计划的负责人在一次咨询会议上宣布，美国政府资助的人类基因组计划将于2001年完成大部分蛋白质编码区的测序，约占基因组的三分之一，测序的差错率不超过万分之一。同时还要完成一幅“工作草图”，至少覆盖基因组的90％，差错率为百分之一。2003年完成基因组测序，差错率为万分之一。这一时间表显示，计划将比开始的目标提前两年完成。2、疾病基因的定位克隆人类基因组计划的直接动因是要解决包括肿瘤在内的人类疾病的分子遗传学问题。6000多个单基因遗传病和多种大面积危害人类健康的多基因遗传病的致病基因及相关基因，代表了对人类基因中结构和功能完整性至关重要的组成部分。所以，疾病基因的克隆在HGP中占据着核心位置，也是计划实施以来成果最显著的部分。在遗传和物理作图工作的带动下，疾病基因的定位、克隆和鉴定研究已形成了，从表位→蛋白质→基因的传统途径转向“反求遗传学”或“定位克隆法”的全新思路。随着人类基因图的构成，3000多个人类基因已被精确地定位于染色体的各个区域。今后，一旦某个疾病位点被定位，就可以从局部的基因图中遴选出相关基因进行分析。这种被称为“定位候选克隆”的策略，将大大提高发现疾病基因的效率。3、多基因病的研究目前，人类疾病的基因组学研究已进入到多基因疾病这一难点。由于多基因疾病不遵循孟德尔遗传规律，难以从一般的家系遗传连锁分析取得突破。这方面的研究需要在人群和遗传标记的选择、数学模型的建立、统计方法的 改进等方面进行艰苦的努力。近来也有学者提出，用比较基因表达谱的方法来识别疾病状态下基因的激活或受抑。实际上，“癌肿基因组解剖学计划（Cancer Genome Anatomy Project,CGAP”就代表了在这方面的尝试。4、中国的人类基因组研究国际HGP 研究的飞速发展和日趋激烈的基因抢夺战已引起了中国政府和科学界的高度重视。在政府的资助和一批高水平的生命科学家带领下，我国已建成了一批实力较强的国家级生命科学重点实验室，组建了北京、上海人类基因组研究中心。有了研究人类基因组的条件和基础，并引进和建立了一批基因组研究中的新技术。中国的HGP在多民族基因保存、基因组多样性的比较研究方面取得了令人满意的成果，同时在白血病、食管癌、肝癌、鼻咽癌等易感基因研究方面亦取得了较大进展。首先建立了寡核苷酸引物介导的人类高分辨染色体显微切割和显微基因克隆技术；已建立的17种染色体特异性DNA文库和24种染色体区特异性DNA文库及其探针；构建了人X染色体YAC图谱，已完成了人X染色体Xp11.2-p21.3跨度的约35cM STS－YAC图谱的构建；建立了YAC－cDNA筛选技术。目前的研究工作还包括: 疾病和功能相关新基因的分离、测序和克隆的技术和方法学的创新研究；中国少数民族HLA分型研究及特种基因的分析； 人胎脑cDNA文库的构建和新基因的克隆研究。中国是世界上人口最多的国家，有56 个民族和极为丰富的病种资源，并且由于长期的社会封闭，在一些地区形成了极为难得的族群和遗传隔离群，一些多世代、多个体的大家系具有典型的遗传性状，这些都是克隆相关基因的宝贵材料。但是，由于我国的HGP 研究工作起步较晚、底子薄、资金投入不足，缺乏一支稳定的、高素质的青年生力军， 我国的HGP 研究工作与国外近年来的惊人发展速度相比，差距还很大，并且有进一步加大的危险。如果我们在这场基因争夺战中不能坚守住自己的阵地，那么在21 世纪的竞争中我们又将处于被动地位：我们不能自由地应用基因诊断和基因治疗的权力，我们不能自由地进行生物药物的生产和开发，我们亦不能自由地推动其他基因相关产业的发展。二、展望1、生命科学工业的形成由于基因组研究与制药、生物技术、农业、食品、化学、化妆品、环境、能源和计算机等工业部门密切相关，更重要的是基因组的研究可以转化为巨大的生产力，国际上一批大型制药公司和化学工业公司大规模纷纷投巨资进军基因组研究领域，形成了一个新的产业部门，即生命科学工业。世界上一些大的制药集团纷纷投资建立基因组研究所。Ciba-Geigy 和Ssandoz合资组建了Novartis 公司，并斥资2.5亿美元建立研究所，开展基因组研究工作。Smith Kline 公司花1.25亿美元加快测序的进度，将药物开发项目的25％建立在基因组学之上。Glaxo-Wellcome 在基因组研究领域投入4，700万美元，将研究人员增加了一倍。大型化学工业公司向生命科学工业转轨。孟山都公司早在1985年就开始转向生命科学工业。至1997年，该公司向生物技术和基因组研究的投入已高达66亿美元。1998年4月，杜邦公司宣布改组成三个实业单位，由生命科学领头。1998年5月，该公司又宣布放弃能源公司Conaco，将其改造成一家生命科学公司。Dow化学公司用9亿美元购入Eli Lilly公司40％的股票，从事谷物和食品研究，后又成立了生命科学公司。Hoechst公司则出售了它的基本化学品部门，转项投资生物技术和制药。传统的农业和食品部门也出现了向生物技术和制药合并的趋势。Genzyme Transgenics 公司培养出的基因工程羊能以较高的产量生产抗凝血酶III，一群羊的酶产量相当于投资1.15亿美元工厂的产量。据估计，转基因动物生产的药物成本是大规模细胞培养法的十分之一。一些公司还在研究生产能抗骨质疏松的谷物，以及大规模生产和加工基因工程食品。能源、采矿和环境工业也已在分子水平上向基因组研究汇合。例如，用产甲烷菌Methanobacterium 作为一种新能源。用抗辐射的细菌Deinococcus radiorans清除放射性物质的污染，并在转入tod基因后，在高辐射环境下清除多种有害化学物质的污染。2、功能基因组学人类基因组计划当前的整体发展趋势是什么？一方面，在顺利实现遗传图和物理图的制作后，结构基因组学正在向完成染色体的完整核酸序列图的目标奋进。另一方面，功能基因组学已提上议事日程。人类基因组计划已开始进入由结构基因组学向功能基因组学过渡、转化的过程。在功能基因组学研究中，可能的核心问题有：基因组的表达及其调控、基因组的多样性、模式生物体基因组研究等。（1）基因组的表达及其调控1）基因转录表达谱及其调控的研究一个细胞的基因转录表达水平能够精确而特异地反映其类型、发育阶段以及反应状态，是功能基因组学的主要内容之一。为了能够全面地评价全部基因的表达，需要建立全新的工具系统，其定量敏感性水平应达到小于1个拷贝/细胞，定性敏感性应能够区分剪接方式，还须达到检测单细胞的能力。近年来发展的DNA微阵列技术，如DNA芯片，已有可能达到这一目标。研究基因转录表达不仅是为了获得全基因组表达的数据，以作为数学聚类分析。关键问题是要解析控制整个发育过程或反应通路的基因表达网络的机制。网络概念对于生理和病理条件下的基因表达调控都是十分重要的。一方面，大多数细胞中基因的产物都是与其它基因的产物互相作用的；另一方面，在发育过程中大多数的基因产物都是在多个时间和空间表达并发挥其功能，形成基因表达的多效性。在一个意义上，每个基因的表达模式只有放到它所在的调控网络的大背景下，才会有真正的意义。进行这方面的研究，有必要建立高通量的小鼠胚胎原位杂交技术。2）蛋白质组学研究蛋白质组学研究是要从整体水平上研究蛋白质的水平和修饰状态。目前正在发展标准化和自动化的二维蛋白质凝胶电泳的工作体系。首先用一个自动系统来提取人类细胞的蛋白质，继而用色谱仪进行部分分离，将每区段中的蛋白质裂解，再用质谱仪分析，并在蛋白质数据库中通过特征分析来认识产生的多肽。蛋白质组研究的另一个重要内容是建立蛋白质相互关系的目录。生物大分子之间的相互作用构成了生命活动的基础。组装基因组各成分间的详尽作图已在T7噬菌体（55个基因）获得成功。如何在模式生物（如酵母）和人类基因组的研究中建立自动方法，认识不同的生化通路，是值得探讨的问题。3）生物信息学的应用目前，生物信息学已大量应用于基因的发现和预测。然而，利用生物信息学去发现基因的蛋白质产物的功能更为重要。模式生物体中越来越多的蛋白质构建编码单位被识别，无疑为基因和蛋白质同源关系的搜寻和家族的分类提供了极其宝贵的信息。同时，生物信息学的算法、程序也在不断改善，使得不仅能够从一级结构，也能从估计结构上发现同源关系。但是，利用计算机模拟所获得的理论数据，还需要经过实验经过的验证和修正。（2）基因组多样性的研究人类是一个具有多态性的群体。不同群体和个体在生物学性状以及在对疾病的易感性与抗性上的差别，反映了进化过程中基因组与内、外部环境相互作用的结果。开展人类基因组多样性的系统研究，无论对于了解人类的起源和进化，还是对于生物医学均会产生重大的影响。1）对人类DNA的再测序可以预测，在完成第一个人类基因组测序后，必然会出现对各人种、群体进行再测序和精细基因分型的热潮。这些资料与人类学、语言学的资料项结合，将有可能建立一个全人类的数据库资源，从而更好地了解人类的历史和自身特征。另外，基因组多样性的研究将成为疾病基因组学的主要内容之一，而群体遗传学将日益成为生物医药研究中的主流工具。需要对各种常见多因素疾病（如高血压、糖尿病和精神分裂症等）的相关基因及癌肿相关基因在基因组水平进行大规模的再测序，以识别其变异序列。2）对其它生物的测序对进化过程各个阶段的生物进行系统的比较DNA测序，将揭开生命35亿年的进化史。这样的研究不仅能勾画出一张详尽的系统进化树，而且将显示进化过程中最主要的变化所发生的时间及特点，比如新基因的出现和全基因组的复制。认识不同生物中基因序列的保守性，将能够使我们有效地认识约束基因及其产物的功能性的因素。对序列差异性的研究则有助于认识产生大自然多样性的基础。在不同生物体之间建立序列变异与基因表达的时空差异之间的相关性，将有助于揭示基因的网络结构。（3）开展对模式生物体的研究1）比较基因组研究在人类基因组的研究中，模式生物体的研究占有极其重要的地位。尽管模式生物体的基因组的结构相对简单，但是它们的核心细胞过程和生化通路在很大程度上是保守的。这项研究的意义是：1〕有助于发展和检验新的相关技术，如大规模测序、大规模表达谱检验、大规模功能筛选等；2〕通过比较和鉴定，能够了解基因组的进化，从而加速对人类基因组结构和功能的了解；3〕模式生物体间的比较研究，为阐明基因表达机制提供了重要的线索。目前对于基因组总体结构组成方面的知识，主要来源于模式生物体的基因组序列分析。通过对不同物种间基因调控序列的计算机分析，已发现了一定比例的保守性核心调控序列。根据这些序列建立的表达模式数据库对破译基因调控网络提供了必要的条件。2）功能缺失突变的研究识别基因功能最有效的方法，可能是观察基因表达被阻断后在细胞和整体所产生的表型变化。在这方面，基因剔除方法（knock-out）是一项特别有用的工具。目前。国际上已开展了对酵母、线虫和果蝇的大规模功能基因组学研究，其中进展最快的是酵母。欧共体为此专门建立了一个称为EUROFAN(European Functional Analysis Network)的研究网络。美国、加拿大和日本也启动了类似的计划。 随着线虫和果蝇基因组测序的完成，将来也可能开展对这两种生物的类似性研究。一些突变株系和技术体系建立后，不仅能够成为研究单基因功能的有效手段，而且为研究基因冗余性和基因间的相互作用等深层次问题奠定了基础。小鼠作为哺乳动物中的代表性模式生物，在功能基因组学的研究中展有特殊的地位。同源重组技术可以破坏小鼠的任何一个基因，这种方法的缺点是费用高。利用点突变、缺失突变和插入突变造成的随机突变是另一中可能的途径。对于人体细胞而言，建立反义寡核苷酸和核酶瞬间阻断基因表达的体系可能更加合适。蛋白质水平的剔除术也许是说明基因功能最有力的手段。利用组合化学方法有望生产出化学剔除试剂，用于激活或失活各种蛋白质。总之，模式生物体的基因组计划为人类基因组的研究提供了大量的信息。今后，模式生物体的研究方向是将人类基因组8～10万个编码基因的大部分转化为已知生化功能的多成分核心机制。而要获得酶一种人类进化保守性核心机制的精细途径，以及它们的紊乱导致疾病的各种途径的知识，将只能来自对人类自身的研究。通过功能基因组学的研究，人类最终将将能够了解哪些进化机制已经确实发生，并考虑进化过程还能够有哪些新的潜能。一种新的解答发育问题的方法可能是，将蛋白质功能域和调控顺序进行重新的组合，建立新的基因网络和形态发生通路。也就是说，未来的生物科学不仅能够认识生物体是如何构成和进化的，而且更为诱人的是产生构建新的生物体的可能潜力。

『拾』 基本概念及基本原理

协同思想由来已久，合作的思想意识和实践行为，是任何事物生存和发展的前提和基础。哈肯的协同学，为我们研究协同理论提供了坚实的理论基础。弄清协同学的基本概念和原理，有利于我们理清协同学与其他学科的关系。协同学涉及的基本概念：序参量、耗散结构、涨落、自组织；协同学基本原理概括为三个，即不稳定性原理、支配原理和序参量原理。

3.1.1.1 基本概念

协同学是研究各类完全不同类型的系统内各子系统互为矛盾而又互为协调，共同促使系统整体具备新的有序状态所呈现出来的特点、规律的交叉科学。它是研究一个开放系统从混沌无序状态向有序状态、从低级有序向高级有序转化的机理、条件和规律。协同学涉及的基本概念：序参量、耗散结构、涨落、自组织。

（1）序参量（Order parameter）

在远离平衡态的开放系统由无序向有序转化的过程中，系统不同的参量在临界点处的行为大不相同：有的参数阻尼大，衰减快，对转变的整个进程没有明显的影响；有的参数出现临界无阻尼现象，衰减缓慢，在演化过程中起着主要作用。哈肯根据参数在临界点附近变化的快慢将参量分为两类：一类是阻尼大衰减快的快弛豫参量，另一类是临界无阻尼的慢弛豫参量。这两类变量同时包含在决定系统演化的微分方程组中，相互联系，相互作用，相互制约，相互竞争。虽然慢参量只有一个或几个，但它却控制着系统演化的整个进程，决定着演化结果所具有的结构和功能，代表系统的“序”或状态，它就是表征系统有序程度的序参量。序参量支配子系统，子系统伺服于序参量。

（2）耗散结构（Dissipative structure）

耗散结构理论的创始人，比利时的普利高津（I.Prigogine）教授把开放系统和远离平衡的条件下，系统与外界环境交换物质和能量的过程中，通过能量耗散过程和内部的非线性动力学机制来形成和维持的宏观时空有序结构，称为“耗散结构”。

（3）涨落（Fluctuate）

在系统处于有序状态时，其子系统还是有独立运动在进行的。子系统的独立运动以及它们各种可能产生的局部耦合，加上环境条件的随机波动，都反映在系统的宏观量的瞬时值会经常偏离其平均值而出现的起伏上。这种偏离平均值的起伏现象就叫涨落。在系统进入临界点时，子系统自发的独立运动与它们之间关联所形成的协同运动也进入均势阶段，在这个混乱无序的过渡阶段的初期，子系统间的各种可能的耦合相当活跃，且这些局部耦合所形成的涨落由于系统的无序和混乱逐渐加剧。每个涨落都包含着一种宏观结构，很多涨落得不到其他大多数子系统的响应便表现为阻尼大而很快衰减下去，只有那个得到了大多数子系统很快响应的涨落，便由局部波及系统，得到放大，成为推动系统进入新的有序状态的巨涨落，这种涨落的内容就是出现临界无阻尼的序参量。从随机论来看，涨落是形成有序结构的动力；从动力学来看，系统演化的结局是由边界条件决定的。虽然各种内容的涨落的出现是偶然的，但只有符合边界条件的涨落才会得到响应和放大，才能转变为支配系统的序参量。这里体现了协同学中随机论与动力论的完美结合。

（4）自组织（Self—organization）

从无序状态转变为具有一定结构的有序状态，或者从有序状态转变为新的有序状态，首先需要环境提供能量流和物质流作保证，也就是说控制参量需要达到阈值时，这种转变才成为可能，这是必须的外部条件。然而，系统在相变前后的外部环境并未发生质的变化，也就是系统并未从环境中得到怎样组织起来形成什么样的结构以及如何来维持发展这种结构的信息，因此这是在一定的环境条件下由系统内部自身组织起来的，并通过各种形式的信息反馈来控制和强化着这种组织的结果，称这种组织为自组织。自组织理论是协同学的核心理论。

3.1.1.2 基本原理

协同学基本原理概括为三个，即不稳定性原理、支配原理和序参量原理。

（1）不稳定性原理

协同学以探究系统结构有序演化规律为出发点，从相变机制中找到界定不稳定性概念，承认不稳定性具有积极的建设性作用。系统的各种有序演化现象都与不稳定性有关，在旧结构的瓦解和新结构的产生过程中，不稳定性在系统新旧结构演替中充当了媒介，在一定意义上讲，协同学是研究不稳定性的理论。

因此，可以把协同学的不稳定性原理简单图示如图3.1。

图3.1 不稳定性原理示意图

（2）支配原理

支配原理认为，有序结构是由少数几个缓慢增加的不稳态模或变量决定的，所有子系统都受这少数几个不稳态模的支配。通过这几个慢变量，即可对系统的演化作出描述。

支配原理应用的核心方法就是绝热消去法，对于由大量子系统构成的系统来说，要建立数目极多的偏微分方程组，来表示子系统之间耦合或关联关系。但是发现模型中所涉及的参量在临界点处的临界行为是有显著差别的。可以分为两类：绝大多数参量，临界阻尼大衰减快，对系统的演化不起明显作用，称之为快弛豫参量（Quick variable）；一个或少数几个参量出现了临界无阻尼现象，它们得到了多数子系统的响应，往往呈指数型增长，在演化过程中自始至终都起作用，且起着支配系统行为的主导作用，对演化进程及发展起着决定性作用，这就是慢弛豫参量（Slow variable）。在方程中，为了体现演化过程中起支配作用的慢弛豫参量，而忽略快弛豫参量的变化对系统演化的影响，即令快弛豫参量的时间微商等于零，然后将得到的关系式代入其他方程，由此便得到了只有一个或几个慢弛豫参量的演化方程——序参量方程。这种处理方法就是绝热消去。它可以把难以胜数的偏微分方程化为一个或几个序参量方程，使原来难以求解或者无法求解的问题变得简单明了。这里只说明绝热消去的处理方法，实际处理中的系统会很复杂。

（3）序参量原理

序参量原理主要运用相变理论中的序参量，替代耗散结构理论中的熵的概念，作为刻划有序结构的不同类型和程度的定量化概念和判据，以描述和处理自组织问题。序参量是一个宏观参量是微观子系统集体运动的产物，合作效应的表征和度量；支配子系统的行为，主宰系统整体演化过程。协同学就是通过确定系统的序参量、建立和求解序参量方程，最终实现系统自组织问题的处理。

在协同学的三个基本原理中，存在着密切的内在联系。当系统的控制参量适当改变时，系统可能成为线性不稳定，有关变量可以划分为稳定和不稳定两种，应用支配原理，可以消去快变量，在不稳定点上，序参量支配系统行为，使系统发生结构演化。

在协同学的三个基本原理中，支配原理是中心。我们应用三个原理内在联系，类比研究完全不同的系统行为之间的关系和规律。在实际应用中，研究系统的不稳定性，导出支配原理，建立和求解序参量方程，这三个步骤就构成了协同学处理实际问题的程序主线。