《系统科学前沿》（第二期）第八课:复杂性理论破解材料之谜

导语

集智学园联合北师大系统科学学院开设，以方福康先生系统科学文集为思想基石，汇聚北师大系统科学领域十位教授，系统整合统计物理、生命系统中的智能行为、社会复杂系统建模、人工智能与复杂网络等多个交叉方向，构建一条从微观机制到宏观结构、从理论分析到实际应用的知识脉络。

液体与玻璃体在日常生活中无处不在，人类使用玻璃材料的历史也已超过五千年。然而，如何精确定义“玻璃态”及刻画其形成机制，仍然是一跨学科难题。

本次课程中，北京师范大学系统科学学院武振伟老师将从拓扑视角切入玻璃态材料的原子结构及结构-功能关系，展示这一视角下的关键发现，带领大家用拓扑学工具破解材料复杂系统物理行为的奥秘。

课程简介

液体与玻璃体在日常生活中无处不在，人类使用玻璃材料的历史已超过五千年。然而，如何精确定义“玻璃态”及其形成机制，仍是现代科学中最具挑战性与吸引力的难题之一。这一基础性问题横跨凝聚态物理、复杂系统与材料科学的交叉领域。最新研究表明，原子在近邻配位之外的中程有序结构，对无序材料的物理行为具有决定性影响。但我们对拓扑性质如何在不同局域结构排列中保持不变的认知仍不完善，这阻碍了建立清晰结构-性能关系的努力，也制约了支撑材料创新发展的稳健理论框架的构建。本次讲座将探讨拓扑概念如何为无序材料的原子结构及结构-性能关系提供新见解，重点展示我们近期取得的关键发现，并指出未来研究中具有突破潜力的重要开放性问题。

主讲人

武振伟，北京师范大学系统科学学院、非平衡系统研究所副教授、博士生导师。2015年于北京大学力学与工程科学系获得固体力学专业理学博士学位（北大优博），2015-2018年北京大学物理学院博雅博士后Fellow，2018年加入北京师范大学工作，历任讲师、副教授，2023-2024年法国CNRS/UGA物理交叉科学实验室（LiPhy）访问学者。主要从事与非晶物质科学、及复杂物理系统相关方向的研究工作，在NatCom、PRB、JACS、AdvMater、NatiSciRev等期刊发表学术论文20余篇，主持国家自然科学基金青年、面上项目各1项，作为主要参与人承担数理学部、工材学部重点项目各1项。

课程目标

1. 为学员呈现玻璃态材料与玻璃物理领域的核心科学问题。

2. 讲解玻璃材料物理领域的研究方法论。

3. 介绍拓扑学方法如何应用于材料物理研究。

课程亮点

• 阐述玻璃材料在人类科技文明发展中的重要作用。

• 探讨过去15年图论、拓扑学方法是如何进入非晶态物质科学研究的。

• 分享国内从0到1的科学研究历程。

提纲

第一部分:玻璃材料与玻璃物理研究简介

• 引入：非晶态无处不在、对人类科技文明影响深远

• 玻璃物理研究中的关键科学问题

• 关于非晶态物质结构的实验事实

• 衍射图像中的hidden order

• 实验——模拟——假说——实验！

• 液体的结构与图论方法的引入

• 基于原子局域邻接拓扑的结构动力学关系研究

• 一个全新概念：图——动力学对应关系

• 固体中的缺陷：从位错到拓扑涡旋

• 玻璃体系拓扑缺陷、几何、及塑性耗散结构

课程安排

上课时间：12月12日晚19：30 -21：30，授课1.5小时，答疑0.5小时。

课程形式：腾讯会议线上课，集智学园网站录播。

课程周期：2025年12月12日第八课，每周五晚19：30-21：30点，授课1.5小时，答疑0.5小时。

课程适用

本次课程适合：

• 材料科学、凝聚态物理、玻璃态物质等领域的研究者

• 对材料复杂系统、拓扑学感兴趣的复杂性科学爱好者

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1. Xin-Jia Zhou, Feng Yang, Xiao-Dong Yang, et al. Graph-Dynamics correspondence in metallic glass-forming liquids. Communication in Theoretical Physics, 2025

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3. Zhen Wei Wu , Walter Kob , Wei-Hua Wang & Limei Xu. Stretched and compressed exponentials in the relaxation dynamics of a metallic glass-forming melt. NATURE COMMUNICATIONS, 2018

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付费流程

课程页面填写学员登记表，微信扫码入群；

课程可开发票。

关于主办方

北京师范大学-系统科学学科团队

北京师范大学是中国系统科学学科的重要发源地之一，自20世纪70年代末即开始布局相关研究和教育体系。学院已建立起从本科到博士后完整的人才培养体系，并在复杂系统研究领域形成深厚积淀。依照北京师范大学“一体两翼”办学格局，北京师范大学系统科学学科研究生培养分别在北京校区和珠海校区进行。北京校区培养单位为系统科学学院、珠海校区培养单位是文理学院系统科学系（含复杂系统国际科学中心）

【北京校区】

北京校区系统科学研究团队聚焦复杂系统的结构、演化和控制等方面。研究内容涵盖从自然到社会的多个层面，尤其在复杂系统的涌现行为与控制优化、社会经济系统建模、生命与脑认知系统的自组织行为、多主体系统与智能算法、以及复杂系统的信息建模等方面形成了特色鲜明、国际接轨的研究方向，并在复杂网络、脑科学、经济系统建模等研究领域取得了一系列有影响力的成果，多篇论文被国际权威期刊选为封面或亮点评述，并受到国内外学术界和主流媒体广泛关注。

【珠海校区】

珠海校区系统科学团队由国际系统与控制科学院院士狄增如教授领衔。除院士工作站外，校区还建有广东省高校系统涌现与自然智能重点实验室，具备先进的实验条件、完善的计算机系统支持与优越的科研实践平台。团队汇聚十余名优秀的中青年教师，拥有坚实的数学与物理学基础，长期在系统科学基础理论、生物与脑科学、社会经济系统等交叉领域开展创新性研究。依托雄厚的人才力量与科研条件，团队在研究生高质量培养方面积累了丰富经验，取得了一系列具有原创性的研究成果，并在高水平学术期刊上发表多篇论文，产生了广泛的国内外学术影响。

珠海校区独立招收本科、硕士、博士学生，颁发学位证书同北京校区一样。同时，珠海校区也提供博后与青年PI职位。

集智学园：

集智学园作为集智科学研究中心孕育的商业公司，力图传播复杂科学、人工智能等前沿知识和新兴技术，促进、推动复杂科学领域的知识探索与生态构建。合作伙伴包括腾讯、华为、北京师范大学、湖畔大学、混沌大学等多家知名机构。2019年被评定为“中关村高新技术企业”和“国家高新技术企业”。

口号：学复杂科学，到集智学园

使命：梳理复杂知识体系，普及科学理论方法。

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