《系统科学导引》图书和MOOC课程上线了

经常听到“这是一个系统工程”,什么什么“是一个系统性问题”这样的说法,来形容某件事情或者某个东西比较复杂,有的时候也意味着这个事情或者这个东西应该用某种适合“系统性问题”的方式来解决。如果这个说法有意义,其实就要求我们就必须先有一些这样的解决方法。我们有吗?甚至,我们有什么样的问题是系统性问题的一个比较科学完整的说法或者定义吗?如果这些都没有,那么,当我们说什么什么是“系统工程”是“系统性问题”的时候,也就是“我们无能为力、问题太过复杂”的代名词。

作为科学家,我们显然不能满足于这样的代名词:系统科学就是实在太复杂的我们没有办法的研究对象的代名词。因此,《系统科学导引》MOOC课程和书的最主要的目的就是讨论什么是系统科学,系统科学有哪一些比较有自己学科特点的思维方式和分析方法,有哪一些有特点的研究实例。我们也稍微会回答一下,需要哪些数学物理的知识、思维方式和分析方法的基础。

本课程和书的基础是我在北京师范大学系统科学学院开设的“系统科学概论”和“系统科学数理基础”两门课。为了能够让学生体会到什么是系统科学,并且从欣赏研究实例和做练习中学会一些系统科学的思维方式和研究方法,我必须自己先有一个反映什么是系统科学的概念体系以及相应的研究实例的体系。这各课程和书就是这样一个不断地挑战我自己对系统科学的认知,不断地整理体系的所得到的一个结果,不能算是这个学科的一个完整的整理。经过前人的多年积累以及我自己七年的课程建设,本课程和书就是我抛出来一块“什么是系统科学”的砖,来引出来玉或者更多的砖。

系统科学就是具有系统特点的科学。那么,什么是科学,系统特点又指的是什么?这些就是本课程和书要通过具体研究工作的例子来回答的问题。除了对交叉科学和复杂性研究感兴趣的研究者、教师、学生,以及把物理数学学活的学习者,本课程和书还强烈推荐给对科学感兴趣的一般读者。相信我,你可以看懂的,前半部分“系统科学概论”,完全可以当做科学普及来看。

课程和书的特点:

  1. 从科学而不是哲学和数学的角度来讨论系统科学
    • 批判性思维、系联性思考、可重复性V.S.可证伪性的讨论
    • 科学(物理学、系统科学)和数学的关系
    • 赏析大量的具体科学研究工作来体现什么是系统科学
  2. 系统科学的思维方式和分析方法的提炼总结
    • 系联:从孤立到有联系,从直接到间接,从个体到整体
    • 分析与综合或者说还原论和整体论的结合
    • 交叉性:从具体问题中来,到具体问题中去,留下可能的一般性理论

资源列表:

感谢北京师范大学研究生院、北京师范大学系统科学学院对课程建设和图书出版的支持。感谢课程和图书的编辑们的付出。

第二届系统科学大会《系统科学导引》专题讨论邀请

各位老师,

基于北京师范大学系统科学学院这些年的系统科学专业的教学积累,以及我自己这几年的教学经验,我写了旨在传播什么是系统科学的基础教材《系统科学导引》。教材已经在出版过程中,预计第二届系统科学大会之前可以印刷出来。乘着今年系统科学大会(2018年5月12-13日)的机会,我组织了一个基础教材讨论的会议,邀请大家来参加这个专题讨论。

这个专题讨论会以《系统科学导引》为基础(我会提前发送电子版——在这里下载http://www.systemsci.org/jinshanw/wp-content/uploads/sites/2/2018/02/InvitationtoSS.pdf——和纸质版给参会人员,并在这个专题讨论做一个这本书的介绍),但是不限于关于本书的思想、内容和形式。如果有其他合适的值得当作系统科学基本教材的书籍分享,也非常欢迎。

投稿非常简单:在第二届系统科学大会会议主页(http://iss.amss.cas.cn/cssc2018/)注册以后,在投稿系统内提交稿件就行。稿件内容:如果你有具体内容(关于本书的或者其他系统科学基础教材的)要分享,则请准备一个简短的摘要;如果你没有特别具体的内容就是要提关于本书的建议和意见,则请在摘要写上“参与讨论”即可。

投稿截止时间:2018年2月28日。

专题信息:
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专题代码: utghK4 (请在投稿的时候选择“Invited Session Paper”,并在投稿表格中填入这个代码)
Title: 系统科学基本教材建设讨论,以《系统科学导引》为例
Corresponding organizer: 吴金闪 (51362)
Organizers with PINs: 吴金闪 (51362)
Abstract:
《系统科学导引》已经在出版过程中。在这个专题讨论中中,我将介绍这本书的主要内容、设计思想,以及讨论一些例子,来跟大家展开对这本书的讨论。在此之前,我会把电子版和纸质版的书送到感兴趣的参会者手上。以这本书为例,这个小组讨论将展开对系统科学的基本教材建设的讨论。除了对本书进一步修改、推广的意见和建议之外,这个小组讨论还争取能够在本书基础上形成本学科的基本教材的撰写计划。

附《系统科学导引》一书基本信息:
这本书旨在从大量具体研究工作的案例中总结提炼什么是系统科学,并且按照这个总结来组织研究工作、准备系统科学的数学物理基础。对于一个学科的发展和成熟,这样的总结是有必要的。但是,在这个什么是系统科学,以及哪些研究工作和数学物理基础应该算作系统科学,是需要讨论并且很难达成一致的问题。

书稿可以在这里下载:http://www.systemsci.org/jinshanw/books/

下面是本书封面上阐述的什么是系统科学:

联系\(^{1}\),联系\(^{2}\),联系\(^{3}\)
从具体系统中来,到具体系统中去
从孤立到有联系,从直接到间接,从个体到整体
More is Different, More is The Same(一片两片三四片,构成系统出涌现;五片六片七八片,飞入系统都不见)

Keywords:
《系统科学导引》、学科建设、教材建设

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期待与大家相会系统科学大会,并得到大家的指导。谢谢。

吴金闪

万能格式转换器pandoc用于书稿格式转换

一直打算把我的latex格式的书稿变成markdown格式和mediawiki格式,或者html格式。原来latex2html可用,不过遇到中文,会出很多问题。现在终于找到了pandoc万能格式转换器。太牛了,基本上转换了以后是可读的,需要额外修改的工作量不是很大。

按照pandoc的介绍,它能够把Markdown, reStructuredText, textile, HTML, DocBook, LaTeX, MediaWiki markup, TWiki markup, TikiWiki markup, Creole 1.0, Vimwiki markup, OPML, Emacs Org-Mode, Emacs Muse, txt2tags, Microsoft Word docx, LibreOffice ODT, EPUB 和 Haddock markup 转化成HTML, Word,Ebooks,TeX家族,PDF。实在太强大了。

《二态系统的量子力学》上线了

我写的量子力学教材《二态系统的量子力学》上线了,可以在主要电商平台上买到了。

本书大概可以分成三个部分。第一部分是量子系统的行为,第二部分是量子系统的理论,第三部分是,为什么量子系统的理论的数学形式会是这么一个比较奇怪的、跟经典力学完全不同、跟你的日常生活经验完全不同的形式。第四部分,量子力学的理论有了之后,可以用来做些什么事情,例如纠缠用于量子计算、量子博弈,也稍微提了一下。

为什么在量子力学里头我们要问第三个问题,这样一个问题也就是我的这本书和大多数的教材不一样的地方。本书花了非常大的篇幅和精力来告诉大家为什么量子力学的数学形式会长得这么奇怪。我认为你学完了前两条而不去思考最后这一条,其实并没有把量子力学学明白。本书先讨论了量子系统的行为,尤其是各种测量得到的结果,以及这些行为的可能的理论。通过企图来构造一个理论来理解这些现象来说明:为什么量子系统的理论——也就是量子力学——的数学结构会如此地难以给以直观解释。为了显示构造这样的理论的困难之处,我们还用Dirac符号统一了经典概率论和矢量空间的描述语言,同时也为下半部分的量子力学做好准备。因此,本书主要强调了:量子系统的什么行为使得量子理论的数学结构必须是密度矩阵,而不能是密度分布函数。其中前者有非对角元而后者没有。

当然,一旦这个思维上的挑战过了以后,剩下的量子力学的主题内容和大多数教材是一样的。只不过,我们把自己局限在二态量子系统上来呈现这个理论,仅仅在讨论谐振子和纠缠态的时候,用到了比二态系统稍微复杂一点的计算。

因此,本书的读者实际上不需要有太多物理知识的基础(懂得一点点光学会好一些,但是不必须),也不需要太多数学知识的基础(懂得矢量、一元二次方程、概率论会更好一些,但是不必须),但是,却需要能够做非常深入的思考,能够接受经常把自己逼到墙角,了解一点点什么是科学(依靠实验和观测、批判性思维来构造能够描述现实的心智模型,通常这些模型还要有系统性有内在联系,做到假设越少越好)。当然,从阅读本书中,也可以体会到什么是科学什么是物理学。从这个角度说,任何具有高中上以上的知识水平的人都可以是本书的读者。但是,从思维的角度来说,甚至物理专业的学生,也不一定是本书合适的读者。

本书受到Feynman物理学讲义、Ballentine《Quantum Mechanics – A Modern Development》、喀兴林《高等量子力学》、Susskind《Quantum Mechanics》公开课、裴寿镛量子力学课程(以及合作研究)比较大的影响。向前辈们致谢。

什么是加法?

我一直说,计算本身不重要,明白在什么条件下,按照什么关系,用什么计算,甚至发明什么计算最重要。用数学的语言来说,就是集合中的元素和元素之间的映射关系,最重要。

现在,按照这个原则,我试图来回答一下加减乘除是什么。

首先,加是某种相同的质,在某个相同的单位下,衡量的某个量,合起来的意思。例如,一个苹果加上一个苹果等于两个苹果这件事情,实际上代表了苹果数量的加法,而不是苹果本身的加法(苹果本身不能加起来,要是能够加起来,则应该得到一个新的更大或者更小的苹果。顺便,将来,在量子力学里面你会真的看到苹果本身的加法而不是苹果数量的加法,有兴趣可以去看看我的量子力学书《二态系统上的量子力学》)。这个时候,甚至,“个”这个度量单位都不是特别好的度量单位,但是,毕竟关于“个”的大致统一的标准还是有的。例如不能是小半个,也不能特意正好切一半然后问有几个(关于这个问题,回家问问三岁之前的孩子试试,很好玩),最好是完整的,尽管大小可以不一样。

其次,减法实际上就是加法,相当于问如果我们做加法的话,在已知的一个数量上,加上多少,就能够得到另一个已知的给定的数量。因此,减法本身其实就是加法的逆运算,或者就是加法(将来学到相反数以后)。

再次,乘法是加法的简便运算:同样的数量很多次连接加起来,则可以用乘法来表示和计算。

最后,除法是减法的简便运算:一定数量的东西里面要被连续减去同样数量的东西很多次,问剩下多少,可以减几次,则可以用除法来表示和计算。或者,除法也可以看作是乘法的逆运算,或者说就是乘法(等将来学了倒数以后)。

当然,实际上,将来大学了,还可以学得到更加一般的加法(矢量加法,可交换的群乘等等,总而言之,还是元素之间的某种关系也就是映射),这个以后再说。但是,基本上,上面就是什么是加减乘除。只要把这些理解好,用到实际问题中或者将来从实际问题中提炼新的计算,也就是文献和提出问题、把问题转化成数学问题(这个时候甚至会导致新的数学结构数学运算数学关系的提出)、被求解出来的答案做检验和应用,就是数学。至于加减乘除的计算本身,真的不是数学。