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什么是耦合?

發布時間:2021-11-03來源:浙江日報作者:吳飛0

字為左右結構,左為、右同。是中國起源最早的一種翻土農具,指的是成雙不奇。以左右結構所形成的指兩人并肩而耕,聯合使用農具耕地。很顯然,耦合指兩個或兩個以上的體系或兩種運動形式之間通過各種交互作用而彼此影響,從而聯合起來產生增力,協同完成特定任務的現象。

耦合的機制

耦合機制催生的現象普遍存在于大千世界之中,如宏觀天體世界因引力場交互而呈現的斗轉星移、節氣變遷和晝夜交替,微觀物質世界因微小粒子(如原子、電子、夸克等)交互作用力而展示井然有序的物質合成與生命演化,其背后是強相互作用力、電磁力、弱相互作用力、引力這四種基本力所萌發的內在耦合效應。人類社會中因社會分工和個體差異,不同個體之間通過協作、競爭和激勵等耦合方式,呈現所特有的群體智能,體現整體大于部分總和的涌現性特點。

喬治·帕里西(Giorgio Parisi )因揭示了從原子級到行星級尺度等復雜物理系統的無序性與波動之間的相互作用而獲得2021年諾貝爾物理學獎。這些研究使得我們能夠從無序表觀中發現隱藏模式,知其然、且知其所以然地更深入了解復雜物理系統的性質和演化。

用系統論觀點看耦合

耦合是兩個或兩個以上體系協同在一起產生增力,完成任何單一體系或不完全體系無法完成的任務,這使得被耦合的體系組成了一個完整系統,因此討論耦合需要從系統論觀點出發。系統論是從整體出發來研究系統中各個組成要素結構、功能、行為和動態之間的相互關系的學問,其既要求把握局部重點工作又注重胸懷全局大勢,以實現系統的最優目標。恩格斯曾指出世界不是既成事物的集合體,而是過程的集合體,也就是說一切事物只有經過一定的過程才能實現自身的發展,世界是作為過程而存在、作為過程而發展的。任何事物發展的過程之得以實現,其動力主要來自于該事物內部要素之間的相互作用,世界是普遍聯系的整體和永恒發展的過程。

一個系統內所有要素的無組織綜合也可以成為整體,但是其無法成為一個系統,一個系統所具有的整體性是在一定組織結構基礎上得以呈現,即要求系統內所組成要素要以事先設計的途徑和機理相互聯系、相互作用耦合而成,才具備系統的整體性。三個和尚無水喝、三個臭皮匠頂一個諸葛亮,前者是一個系統內所有組成要素進行了拼盤式總和,但總和結果因缺乏內生動力而難以成有目的的系統;后者是一個系統內所有要素被關聯耦合,體現了系統的目的性??梢?,系統中各個組成要素之間的相互配合、有機耦合使得系統具備整體性、有序性、動態性、目的性等特點。

耦合在數字時代的意義

在數字經濟時代,數據已與土地、勞動力、資本、技術等并列為一種新的生產要素。人類社會、物理世界和信息空間不斷耦合形成的三元空間中映照著工作、生活和生產的規律和模式,推動計算模式從繼實驗觀測(從對自然現象的觀測中總結規律)、理論推導(從科學實驗中推導規律)和仿真模擬(從對復雜現象的模擬中進行科學研究)之后進入一種新方式,即數據密集驅動計算新范式。

在這一新計算范式時代,小到一個系統、大到一個行業,需要加強頂層設計,主動打破制約各個關聯要素有機耦合式計算過程中可能存在的藩籬,加強集成式、融合式創新,形成綜合生態系統(ecosystem system)。在這樣的良好生態系統中,每一個耦合要素方可內驅成勢、乘勢成長,進而推動系統本身演化完善。

(作者:吳飛,浙江大學上海高等研究院常務副院長、浙江大學人工智能研究所所長。原載于《浙江日報》理論周刊2021111日。)

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