当统计物理邂逅人类社会

近年来，在国际复杂性科学研究领域，一门新的交叉学科正在兴起，即人类行为的动力学和统计力学研究。统计物理学家利用数学模型对人类行为进行定量分析，特别是对时空统计规律进行挖掘和建模，已经成为当前统计物理和复杂性科学研究的热点。人类动力学对人类行为的深入理解有助于解释一些复杂的社会经济现象，在舆情监测、疾病预防、交通规划、呼叫服务、信息推荐等方面具有应用价值。

挖掘人类群体行为的统计规律

什么是人类动力学？电子科技大学网络科学中心教授周涛表示，人类动力学是一门新兴的交叉学科，主要由统计物理学家倡导和推动。人类动力学密切关注人类的日常行为模式，试图挖掘新的统计规律并建立相应的动力学模型。以个体之间的交流行为为例，社会心理学的研究希望回答为什么人们想要与他人交流的问题。既有心理原因——渴望交流，也有社会学原因——信息共享和资源整合。另一方面，人类动力学希望揭示特定的统计规则，例如在个体通信行为中显示的通信时间间隔，并探索相应的动态机制，例如对重要信件的优先处理、对易于回复的信件的优先处理以及对有截止日期的信件的优先处理。

统计力学是人类动力学的核心研究方法。在自然科学研究中，它主要用于研究由大量个体组成的系统的宏观演化规律。中国科学院理论物理研究所研究员陈小松告诉记者，随着复杂系统研究的不断发展，人们发现人类社会和物质世界具有相同的特征。“我们过去常常使用统计力学来观察和分析自然界的系统。例如，水由大量水分子组成。水分子之间的相互作用与它们所处的宏观环境有关。当压力或温度改变时，整个系统也会改变。人类社会也有类似的真理。当外部环境发生变化时，个体本身不会改变，但由于个体之间的相互作用，会发生集体反应。”

根据陈小松的说法，早在19世纪，科学家就用统计物理学来研究人类社会。然而，当时的社会相对封闭，人类行为的群体特征并不明显。随着现代社会交通和通信的快速发展，许多人类行为涉及数亿人，群体特征和统计规律越来越明显。这使得对人类动力学的研究成为必要，而现代科技手段也使这一研究成为可能。

大数据为人类动力提供驱动力

数据是人类动力学研究的核心要素。大数据时代为人类动力学的发展提供了极大的便利。近年来，基于互联网数据、手机数据、全球定位系统等数据的人类时空行为统计规律的研究层出不穷，成为国际复杂性研究的新热点。然而，一些学者表示，目前的研究还只是冰山一角，未来会出现越来越多的研究课题。

2005年，美国科学家巴拉巴斯通过对电子邮件发送和回复的研究，开启了新世纪人类动力学研究的新阶段。中国科技大学现代物理学教授王说，在过去的社会经济系统研究中，人们的行为往往被简化为一个稳态的随机过程，可以用泊松过程来描述，人类行为的时间统计特征应该是相对统一的。然而，从Barabbas开始，通过对电子邮件发送和回复以及电子邮件通信等人类行为的时间间隔的实际统计，人们发现这些行为偏离了泊松过程:长期沉默和短期高频突发同时出现在这些人类行为中，并且时间间隔分布具有满足逆幂函数的胖尾。目前，学者们的研究涉及市场交易、网站浏览、电影点播、计算机指令的使用等。它包括许多人类行为，如商业行为、娱乐行为、日常使用习惯等。在这些行为中，通常发现有类似的偏离泊松过程的特征。

“由于许多人类行为不能用泊松过程来描述，我们不禁要问，这种行为特征的来源是什么？近年来，统计物理学家提出了各种模型假设，如任务队列理论和自适应兴趣机制王对说道。

近年来，人类动力学的研究领域不断扩大。石家庄铁道大学交通学院副教授严向记者介绍了近年来人类动力学的研究前沿。首先，人类动力学和复杂网络的结合将网络的统计特征与人类行为的统计特征联系起来，这比以前的研究更加复杂。二是对人类空间行为分布的研究，如通过建模预测区域间的人口流动。

周涛说，挖掘人类行为的时空统计特征具有广泛的应用价值。对人类旅行，特别是长途旅行规律的研究，有助于理解、预测和控制全球传染病的流行。对时空图人群出行行为的分析可以为交通网络设计、道路交通规划以及公共服务设施和商业设施的选择提供参考。对人类在线行为的分析可以为互联网信息服务的更好发展提供参考。

期望与社会科学交叉整合

随着研究的深入，人类动力学研究的跨学科特征越来越明显。自然科学的研究范式将在多大程度上扩展到社会科学领域？这仍然是一个非常有争议的话题。

北京师范大学系统科学学院院长迪曾如说，物理学为研究自然提供了一个基本范式。“我们过去认为物质世界不同于生命世界，但现在我们找到了共同的规律。起初人们认为自然科学和社会科学有不同的基础，但现在人们发现它们可以被同样的方法和概念所掌握。”

然而，原本用于研究物质世界的统计物理学在面对复杂的人类社会时会遇到什么特殊的困难吗？陈小松告诉记者，统计物理学在社会系统分析中非常有用，但这种结合也遇到了许多困难。当统计物理应用于自然科学时，系统的演化机制可以通过宏观和微观的结合来理解。然而，这一社会系统涉及的因素太多，许多偶然因素无法消除，很难科学地收集数据。目前，人类动力学的研究仍处于初级阶段。

目前，大多数社会科学家对这项研究仍持观望态度。美国密执安大学社会学教授谢玉认为，这一研究领域确实具有显著的跨学科特征，一些社会科学家将在海外参与其中。“我相信这是一个非常重要的研究领域，将来会有很大的进步。然而，目前，它并没有解决社会科学中最困难和最普遍的问题，即个体差异。”谢玉说。