非平衡过程的动力学框架:现代科学技术的三大理论支柱之一是来至生物学的馈赠

报告题目:非平衡过程的动力学框架:现代科学技术的三大理论支柱之一是来至生物学的馈赠

Framework for Nonequilibrium Processes: One of the three pillars of modern physics and a gift from biology

报告人:Professor Ping Ao (敖平 教授), Physics Department and Shanghai Center of Quantitative Life Sciences, Shanghai University

报告地点:物理科技楼101

报告时间:610日上午10

报告邀请人:蒋建华

报告摘要:一般非平衡过程中是否存在有效哈密顿量或能量函数在很长时间内是一个未决的重要问题。我国熟知的著名学者普利高津(Prigogine)和他的学派曾力图解决它但以失败告终。同样问题在别的领域也存在。例如,李雅普诺夫(Lyapunov)函数在稳定性分析和控制理论中是一个关键的工具性函数,它的存在会让许多领域中的一系列课题的解决变得相对容易,在应用中尤其明显。在过去一百多年中,它在一般动力系统中存在与否一直是一个悬而未决的重大问题。自2000年,特别是自2008年,以来,敖平和他的系统生物实验室及合作者在研究生物过程的强健性中发现、发展了一个一般的构造李雅普诺夫函数的方法,从构造的角度对李雅普诺夫函数的存在性问题做出了肯定的回答:对一个一般自治的动力系统李雅普诺夫函数或势函数总能被构造出来,可以被计算到任意指定的精确度;随时间演化动力学由最多三个相对独立的量刻画:李雅普诺夫函数、耗散矩阵(对称、非负)、保守矩阵(反对称)。从动力学角度已证明李雅普诺夫函数等价于物理中的哈密顿量或能量。敖平把动力系统这种分解称为(经典)动力学基本定理。从动力学基本定理角度来构造动力系统的李雅普诺夫函数的进展会在这次报告中作一个完整的汇报,包括三类典型系统的显式解析构造--定点、极限环、混沌,并讨论一类新的实验预测和一个关于它量子推广的猜测,并指出我们可能已有了一个非平衡过程的一般理论,已广泛地运用于生物和医学研究。

Whether or not a generic nonequilibrium process, nonlinear and without detailed balance, possesses an effective Hamiltonian has been an outstanding question for a long time. The underlying theory can be viewed as one of three pillars for modern sciences and technologies. It was attempted by many researchers without success, such as those by Prigogine and his school. In fact, many physicists and mathematicians tend to harbor a negative answer. Motivated by our biological study recently we have found a solution to this important question. I will talk about what we have done, important experimental tests, and, a conjecture motivated by dissipative quantum dynamics.

References:

1.时间为何不同于其他维度?敖平,科学通报,63, 119 (2018)

http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/CSB/63/2/10.1360/N972017-00997?slug=full

2.Generating transverse response explicitly from harmonic oscillators. Y Yao,Y Tang,P Ao. Phy Rev B 96, 134414 (2017)https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.96.134414

3.A framework towards understanding mesoscopic phenomena: Emergent unpredictability, symmetry breaking and dynamics across scales.H Qian, P Ao, Y Tu, J Wang. Chemical Physics Letters 665: 153-161 (2016)http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009261416308442

4.Cancer as robust intrinsic state shaped by evolution: a key issues review.RS Yuan, XM Zhu, GW Wang, ST Li, P Ao. Rep. Prog. Phys. 80 (2017) 042701

http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6633/aa538e/meta

5.Emerging of Stochastic Dynamical Equalities and Steady State Thermodynamics from Darwinian Dynamics.P. Ao, Communications in Theoretical Physics 49 (2008) 1073-1090.

http://www.iop.org/EJ/abstract/0253-6102/49/5/01

6.Influence of Dissipation on the Landau-Zener Transition. P. Ao and J. Rammer, Phys. Rev. Lett. 62, 3004 (1989).http://prola.aps.org/abstract/PRL/v62/i25/p3004_1

7.Berry's Phase and the Magnus Force for a Vortex Line in a Superconductor. P. Ao, D.J. Thouless, Phys. Rev. Lett. 70, 2158 (1993).http://prola.aps.org/abstract/PRL/v70/i14/p2158_1

8.Structure of Stochastic Dynamics near Fixed Points. C. Kwon, P. Ao, and D.J. Thouless, Proc. Nat’l Acad. Sci. (USA) 102 (2005) 13029-13033. http://www.pnas.org/content/102/37/13029.full.pdf+html

报告人简介:敖平,男,1983年毕业于北京大学物理系,后由李政道CUSPEA项目资助赴美留学。1990年获美国伊利诺大学香槟分校(UIUC)物理学博士,导师为诺贝尔奖获得者Prof. A.J. Leggett1990-1994年,在美国华盛顿大学物理系从事博士后研究,导师为诺贝尔奖、沃尔夫奖获得者Prof. D. J. Thouless1994-2000年任瑞典Umea大学助理教授、副教授。2000-2003年作为高级科学家以及访问副教授加盟西雅图的美国系统生物学研究所,2003-2009年任华盛顿大学机械工程系副教授。敖平博士已发表研究论文约130篇,跨越物理、生物、医学、工程等领域。他在宏观量子效应方面的工作至今为人引用。他与合作者在2000年提出的一个量子调控方法被多人、多次重新发现,已成为目前量子计算的热门算法之一,被称之为“绝热捷径”。 他与合作者率先用拓扑方法从微观理论出发建立了超导涡旋动力学基本方程,在冷原子系统中预测了玻色-爱因斯坦凝聚的一种二相量子混和。在生物领域他独立澄清了进化生物学中两个重要的基本理论问题。对复杂疾病机理他首先提出癌症产生和发展的新理论:癌症的分子网络内因;并发展了相应数学和计算工具:随机过程中的势函数。敖平博士现为上海大学物理系教授和定量生命科学国际研究中心特聘教授、教育部长江学者奖励计划特聘教授,入选上海领军人才和上海千人计划,曾任国家“973计划”首席科学家。

返回原图
/