10月16日，由党委学生工作部与基础科学部联合主办的第四十五期知“数”达“理”辅导会在嘉鱼教学改革基地首义嘉苑举行。本次讲座以“探索复杂世界，解读自组织、涌现与演化奥秘”为主题，从生活中的自然现象出发，带领同学们认识熵、自组织、涌现等复杂科学概念，减少公式推导，借助案例和实验视频说明自然界秩序的产生过程。基础科学部汪洋老师担任主讲。
讲座从热力学基本现象展开。汪洋以墨水滴入水中逐渐扩散为例，说明系统往往由有序走向无序，这种无序程度可用“熵”来衡量。按照热力学第二定律，一个与外界没有物质和能量交换的孤立系统，熵值只会不断增大，由此引出“热寂假说”。汪洋说道：“宇宙是否真的完全与外界隔绝？”这一问题引导同学们思考孤立系统与开放系统的区别。
汪洋通过液体受热后出现规则花纹、化学反应颜色周期性变化向同学们说明，当一个系统与外界存在物质和能量交换，并处于不平衡状态时，系统内部可以自发形成有规则的结构。化学喷泉实验中，加入特定物质后产生剧烈而有规律的反应；化学振荡实验中，溶液颜色随时间周期性变化，使同学们直观感受到“无序中也能产生有序”。
汪洋以沙丁鱼群、鸟群集体飞舞、蝉蛙同步鸣停、萤火虫同步闪烁为例向同学们讲解，没有统一指挥者，个体只遵循简单行为规则，也能形成更高层级的集体秩序，这就是涌现。蜜蜂、蚂蚁等社会性昆虫在进化中形成明确分工，蚁后、蜂后与工蜂形态差异很大，也展示了简单个体形成稳定群体组织的过程。
在复杂系统演化部分，讲座借助一种“格子演化游戏”模拟系统变化，把空间分成许多小格，每个格子按照简单规则不断更新，从个体变化推导集体秩序。汪洋还结合囚徒困境、鹰鸽博弈等博弈模型，模拟合作与背叛策略如何演化。在囚徒困境中，个体只考虑自身利益，最终容易双双选择背叛，形成稳定状态；当背叛的收益略高于合作时，系统可能逐渐演化为全员背叛。鹰鸽博弈则说明，争斗存在损伤成本时，系统不会轻易走向集体背叛。改进后的模拟显示，即便背叛有收益，合作者依靠抱团仍可长期稳定存在；当背叛的诱惑调到一定范围时，系统会出现有规律的震荡，可对应社会生活中的周期现象。
活动现场气氛热烈。同学们纷纷表示，本次讲座让自己近距离接触到复杂科学前沿知识，拓宽了科学视野，也加深了对熵变、自组织、涌现和演化博弈等内容的认识，激发了探究复杂系统科学的兴趣。本次讲座将前沿科普与基础理论学习相融合，让同学们真切感受到基础科学的魅力与价值，激励青年学子夯实科学根基，求索自然奥秘，勇攀科学高峰。
记者 唐思颖
教工通讯员 余意鑫
编辑 张璐