關於支援科學新聞業
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞業 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保未來能夠繼續講述關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。
儘管與刻板印象相反(想想:電視節目《生活大爆炸》中的反社會天才),物理學家通常在實驗室外也有豐富的生活。但是,當這些生活變得複雜時,他們可以依靠自己的訓練來幫助他們解決問題
物理學家安德烈斯·戈姆伯夫就是一個例子,他轉向凝聚態物理學來處理與兩個前妻和現任女友的孩子們的監護權安排。為了找到一個週末,讓他和他的伴侶可以一次見到所有孩子,他應用了與最小化某種磁性材料能量相同的過程。
監護權安排通常允許每位父母每隔一個週末與孩子共度時光。戈姆伯夫希望找到一種方法,在同一週末見到他的兩個孩子以及他女友的孩子,並每隔一個週末與女友獨處。“對我來說,讓我的兩個孩子在一起很重要,因為我希望他們培養兄弟情誼,”他說。“但我也希望在同一週末見到我女朋友的孩子,這樣我們可以讓所有孩子在一起。正如您所想象的那樣,這可能是一個難題。”
戈姆伯夫通常在智利聖地亞哥的安德烈斯貝洛大學研究黑洞物理學,他招募了來自數學和複雜系統領域的朋友來解決這個問題。該小組在《歐洲物理學雜誌B》上發表了他們的研究結果 (pdf)。
研究人員分析了一個龐大的父母網路,每個父母都有自己的前任,而這些前任也有自己的前任。他們想知道是否存在一種最佳解決方案,可以透過在同一週末見到所有孩子來使每對夫婦都感到滿意。“不幸的是,答案是否定的,”戈姆伯夫說。然而,科學家們能夠最佳化網路,以最大限度地減少不幸福夫婦的數量;他們發現了一種演算法,該演算法至少可以讓每位父母在同一週末見到自己的所有孩子(即使不是伴侶的孩子)。
監護權解決方案使用了相同的數學模型,該模型旨在找到所謂的自旋玻璃系統的最低能量狀態。這種材料由許多微小的磁體組成,每個磁體都有自己的自旋,排列在一起。由於磁體之間存在長程相互作用,因此需要進行復雜的計算才能找到能夠產生最低可能能量狀態的排列。“這個系統等同於磁性自旋玻璃系統,這真是太瘋狂了,”戈姆伯夫說。
羅馬大學薩皮恩扎大學的物理學家維托里奧·洛雷託說,使用自旋玻璃數學來模擬監護權安排是“一項美麗的科學”,他沒有參與該專案。“它很簡潔,數學上非常清晰和優雅。也許更
重要的是,它將離婚人士的幸福感這一社會問題,以一種適合科學處理的方式進行了精美的形式化。”
洛雷託說,這項研究只是使用物理學工具來理解複雜的社會問題的一個例子——他認為這種趨勢才剛剛開始。統計物理學也被用於研究社會等級、人群行為、語言動態和其他社會系統。
然而,這些模型通常是簡化了的。監護權研究分析了一個非常基本的系統:僅包括異性戀夫婦,並排除了諸如父母在某些週末工作或前任拒絕合作等複雜情況。這些缺點困擾著物理學在社會問題中的許多應用。“統計物理學是否會讓我們從根本上理解關於社會動力學的新事物仍然是一個懸而未決的問題,”芬蘭阿爾託大學的桑託·福圖納託說,他回顧了使用物理學建模社會動力學的研究。“大多數結果仍處於定性水平。主要困難在於模型的驗證——這需要前所未有的詳細程度的真實社會動力學資料——而這些資料現在才開始變得可用。”
戈姆伯夫本人承認,他仍然覺得與前妻們坐下來用日曆商量比使用他的數學公式來計劃監護權安排更容易。“這項研究更多的是有趣而不是實用,”他說。然而,研究人員確實打算擴充套件他們的模型以應對複雜的因素。“也許在未來,當人們壽命更長,離婚次數更多時,也許該演算法會具有一定的實用性。”