Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Vật lý: Nghiên cứu chuyển pha gom cụm của các loài sinh vật bằng các mô hình vật lý thống kê

Luận án được trình bày với các nội dung: Lý thuyết chuyển pha và các phương pháp mô phỏng trên máy tính, thuật toán ứng dụng trong mô phỏng, kết quả nghiên cứu về hiệu ứng góc quan sát đối với chuyển pha gom cụm, đề xuất và ứng dụng của chúng trong nghiên cứu chuyển pha gom cụm của các loài sinh vật, đặc biệt là chuyển pha ở vùng nhiễu thấp. Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Vật lý: Nghiên cứu chuyển pha gom cụm của các loài sinh vật bằng các mô hình vật lý thống kêBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOVIỆN HÀN LÂM KHOA HỌCVÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAMHỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ……..….***…………NGUYỄN PHƢỚC THỂNGHIÊN CỨU CHUYỂN PHA GOM CỤM CỦACÁC LOÀI SINH VẬT BẰNG CÁC MÔ HÌNHVẬT LÝ THỐNG KÊChuyên ngành: Vật lý thuyết và Vật lý toánMã số: 62440103TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝHà nội - 20161Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Côngnghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt NamNgười hướng dẫn khoa học 1: TS. Ngô Văn ThanhNgười hướng dẫn khoa học 2: GS. TSKH Nguyễn Ái ViệtPhản biện 1: …Phản biện 2: …Phản biện 3: ….Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tạiHọc viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Côngnghệ Việt Nam vào hồi … giờ ..’, ngày … tháng … năm 201….Có thể tìm hiểu luận án tại:- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ- Thư viện Quốc gia Việt Nam2MỞ ĐẦUNgày nay, cùng với sự phát triển của Khoa học và Công nghệ thì vấnđề về Sinh thái – Môi trường đặt ra nhiều thách thức cho con người.Chẳng hạn như vấn đề tăng trưởng - tuyệt chủng của các loài, biến đổigen, bệnh lạ do các chủng virut mới, khí thải độc hại và hiệu ứng nhàkính… Đã có nhiều cách tiếp cận từ các ngành khoa học khác nhau đểnghiên cứu vấn đề này, các nhà sinh học thường quan tâm đến một số vấnđề liên quan đến sự tiến hóa, hành vi của các loài. Các nhà nghiên cứu vậtlý cũng đã có nhiều đóng góp quan trọng như vấn đề hiệu ứng nhà kính,bức xạ, giải thích một số hành vi của các loài sinh vật.Một trong những chủ đề rất thú vị của hệ sinh thái là hành vi tập thểcủa các loài sinh vật, thu hút sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoahọc trong những năm qua. Trong đó, các hành vi tập thể như flocking,schooling hay swarming đã được nghiên cứu rộng rãi trong vài chục nămtrở lại đây. Để nghiên cứu vấn đề này, các nhà toán học đề xuất các môhình giải tích dựa trên cơ sở các phương trình động lực học cổ điển.Nghiên cứu về các hành vi của các loài sinh vật nói chung và chuyểnpha trong các hệ này nói riêng là một vấn đề mở để nghiên cứu. Các môhình vật lý vẫn chưa được ứng dụng nhiều trong các bài toán phức tạpliên ngành. Bởi vậy, chúng tôi chọn hướng nghiên cứu này làm chủ điểmvới tiêu đề của bản luận án :“Nghiên cứu chuyển pha gom cụm của các loài sinh vật bằng cácmô hình vật lý thống kê”.Ta biết rằng, đối với các loài sinh vật mà đặc biệt là sinh vật bậc cao,chúng có thể tương tác với nhau và với môi trường bằng các giác quan.Trong đó, khả năng quan sát của mắt có tính chất rất quan trọng và quyếtđịnh đến sự vận động, đặc biệt là hành vi tập thể. Để nghiên cứu vấn đềnày, chúng tôi sử dụng lại mô hình của Vicsek, khảo sát sự phụ thuộc củathông số trật tự vào nhiễu tương ứng với các góc quan sát khác nhau.Đến nay các nghiên cứu dùng mô hình Vicsek làm cơ sở chỉ tập trungvào việc giải thích hành vi chuyển pha từ trật tự sang mất trật tự tại vùngnhiễu cao. Tuy nhiên, các loài sinh vật ở trạng thái bình thường (không bịnhiễu từ bên ngoài) thì hệ ở trạng thái tự do, phân bố ngẫu nhiên, các convật tỏa ra xung quanh để tìm kiếm thức ăn. Hành vi này tương ứng với3pha mất trật tự trong hệ vật lý. Khi bị tác động từ bên ngoài thì chúnggom cụm lại và sắp xếp trật tự (pha trật tự). Hành vi chuyển pha từ mấttrật tự sang trật tự này không thể giải thích được từ mô hình của Vicsek.Thêm vào đó, theo quan sát thực nghiệm người ta dự đoán chuyển phacủa hệ là chuyển pha loại I, bởi vì hành vi này diễn ra rất nhanh. Trongkhi đó, từ mô hình Vicsek thì chuyển pha xảy ra là liên tục. Để giải quyếtnhững hạn chế này, chúng tôi đã đề xuất hai mô hình mới:Mô hình thứ nhất chúng tôi xây dựng là từ cơ sở mô hình spin XY,Hamiltonian của hệ được định nghĩa bởi các thế tương tác giữa các cá thểvới nhau bao gồm tương tác trao đổi, thế Morse và thế hóa học.Mô hình thứ hai dựa trên cơ sở mô hình Potts đồng hồ q trạng thái(q-Potts). Chúng tôi giả thuyết rằng, mỗi cá thể như một hạt với hai bậctự do: một là tham số bên ngoài đặc trưng cho định hướng của chuyểnđộng; hai là tham số nội tại để mô tả cho trạng thái bị kích thích hoặckhông bị kích thích của mỗi cá thể dưới tác động của nhiễu. Trạng tháinội tại là tham số điều khiển tương tác của các cá thể. Các kết quả thuđược phù hợp với quan sát thực nghiệm và đã khắc phục được nhữngnhược điểm của mô hình spin XY.Nội dung của bản tóm tắt luận án được trình bày trong 3 chương.Tổng quan về hành vi tập thể của các loài sinh vật cũng như các mô hìnhlý thuyết sẽ được trình bày trong Chương 1. Lý thuyết chuyển pha và cácphương pháp mô phỏng trên máy tính sẽ được trình bày trong Chương 2,với đầy đủ các thuật toán ứng dụng trong mô phỏng. Chương 3 trình bàynhững kết quả nghiên cứu về hiệu ứng góc quan sát đối với chuyển phagom cụm, trình bày chi tiết về các mô hình mới được đề xuất và ứngdụng của chúng trong nghiên cứu chuyển pha gom cụm của các loài sinhvật, đặc biệt là chuyển pha ở vùng nhiễu thấp.4Chương 1. HÀNH VI TẬP THỂ CỦA CÁC LOÀI SINH VẬT1.1 Tổng quan1.1.1 Hành vi tập thểHành vi tập thể của các loài sinh vật là hành vi của một hệ bao gồmcác cá thể sinh vật cùng loài như cá, chim… Đặc điểm hành vi tập thểđược hình thành từ các tác động qua lại lẫn nhau của cá thể để hình nêncác quy tắc, tính chất động học của cả hệ. Ví dụ, quy tắc sắp xếp để cáccá thể sinh vật sắp xếp theo hướng của các con lân cận để dễ dàng cùngdi chuyển và có lợi về năng lượng. Một số hành vi đặc trưng là flocking,schooling hay swaming đã được nghiên cứu trong một thời gian dài chođến nay [1, 2], [14].1.1.2 Hệ tự tổ chứcTự tổ chức (self-organized) là một quá trình hình thành vận động tậpthể bởi các quy tắc tương tác cục bộ từ một hệ hỗn loạn ban đầu. Quátrình này là tự phát, không có sự chỉ đạo hoặc kiểm soát bởi bất cứ tácnhân hoặc hệ con từ bên trong hoặc bên ngoài [14].1.1.3 Hệ có con đầu đànTrái lại ...