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如何把力学电学的稳定和崩溃的规律用到社会学,防疫学,经济学,金融学,信息学,军事学及自然灾害突发事件预警领域

已有 1055 次阅读 2023-1-13 14:34 |个人分类:社会稳定性|系统分类:科研笔记

把力学的稳定和崩溃的规律如何用到社会学,经济学,金融学,信息学,军事学及自然灾害预警领域。电力系统崩溃,防疫的崩溃,军事合围的崩溃,舆情的崩溃以及洪峰下水坝堤坝的崩溃以及都有一个和流体力学相同的规律,既压力能量的平衡和释放,压力卸载和能量及物质传播的规律。把洪水的质量和能量改成改成信息的质量和能量,那么这个洪水溃坝的规律就和舆情崩溃有一拼,把洪水的质量和能量改成疫情和战争中间的封围,那么崩溃有没有相同的特点呢?

首先一个特点都是崩溃之前有个失稳过程,这个过程是不断发展的,量变到质变,最后发展成突发变化。就像一个自行车在跌倒之前总要先发生左右摇摆,控制不住才壮烈倒下的,任何一个物理系统都是这样的

   在力学和电学里面这一点是可以有无数实验数据和理论分析做支撑的。崩溃突变之前是失稳,失稳规律有很多相关模式。而稳定性判断分为静态判据和动态测量。比如判断层流失稳就用雷诺数,这实际上是一个差别积累过程的速度U,发展的区间长度L,以及耗散这种区别的能力mu组合起来的无量纲系数。流体被他叫做雷诺数。

    如果说经济学家谈社会稳定,也会从流体力学搞借鉴,但是近代经济学家从故纸堆里面翻出来的是一个基尼系数,这是一个世纪以前的的稳定性模型,既不不准确也不科学,这个模型当今在流体力学里面早就是被笑掉大牙的,他也就是基于静态的差别能量,动量占比进行判断,然而流体力学早就有守恒耗散系统稳定性判断许多有效的办法,既有静态的也有动态测量的办法,可惜经济学家不知道。如果经济学有方程,那么数学家会站出来拿出一大把方法来,简单的数学模型有拉普拉斯变换,专门捕捉不稳定点,复杂一点的有李雅普诺夫稳定性分析,再复杂一些用偏微分方程表达的也有特征值和谱分析手段以及工程总结的各种经验公式,比如电力系统的稳定运行的基石是建立在周波(频率)的基础上的。如果发生重大事故,致使周波下降(49.5)那么电网开始甩负荷以保频率回升,如果仍然不保,则继续完成下一轮次的切断。如果事故还在扩大,负责调率的主力电厂则把部分载荷切断,整个系统解裂。在流动里面也类似有阻力过大使得流形产生拐点,这时就意味着系统拖不动了,下一步出现反流,系统自动产生逃逸,甩掉一部分负荷,流动产生分离,喘振,这时候对飞行器来说就可能要摔飞机了。然而可惜的是在一些更复杂的防疫,舆情,经济,金融,军事,自然灾害的失稳和崩溃问题里面,严格的数学表达弄不出方程来,因此近百年来,经济学家就用基尼系数滥竽充数。

当然守恒系统稳定性判据不是唯一的,流体的稳定也是多因素的,除了雷诺数还有弗罗哈数,压力梯度系数,初始条件及边界条件影响,在一个正向压力梯度的系统中,比如经济快速发展的系统中,失稳可以延迟发生,这就像我国解放后的几个五年计划期间,以及改革开放初期,经济发展速度快,人们群众生活水平提高显著,那么抵抗失稳的抗力就强,稳定性也高,然而在一个经济不断衰落的经济系统中,那么抗力就会差,稳定性低,法国的基尼系数并不高,但是为了几毛钱的票费却烽火连天,印度尼西亚苏哈托企图用反华制造小的矛盾冲突释放矛盾,谁知贫富差别极高,三十年横征暴敛,雅加达穷人连自来水吃都木有,加上经济停滞和外部环境,很快就崩塌了。这些都是和力学系统和电学系统有相似规律的。再比如如果把飞机的流动完全设计成层流的,那么他抗扰动能力就差,我国设计的第一台超音速战斗机的尾部就因为稳定气流崩盘,产生分离气流,乱摆不止,总设计师顾素芬冒着危险用另一架战斗机跟着去看贴在前一架飞机尾部的纸条子,看到被吹的拼命晃动断了的地方,才找到了分离点,改进了设计,还有的飞机就没有那么顺利了,气流分离以后,原来一点扰动都没有的稳定流动会发生崩溃性分离,飞行员叫做失速,飞机进入尾旋,就要机毁人亡了。美国C5A在试飞就发现这个问题,于是就采取了事先把稳定的层流打乱的办法,这种事先有了紊乱的气流反而对大的灾难性的崩溃有抵抗力,使得飞机不会摔毁了。这像不像在抗疫中间先泄露一部分封围,让一部分人轻度感染,形成部分感染无序状态,这个反而比完全有序的无抵抗力的系统抵抗大规模崩溃有比较强的抵抗力。

这些范例还可以补充


    失稳如此,突变的形成也是如此。是否就可以结合防疫,舆情,经济,金融,军事,自然灾害的失稳和崩溃一起来搞一个模型来帮助失稳的预判和崩溃的发展的推演。这方面可以做的事情很多。沿着相同和相似的规律可以找到很多突发事件的方法,比如任何突发事件都有一个稳定性逐渐恶化的过程,在力学里面,我们通过噪音,扰动,以及数学模拟可以准确捕捉,但是在其他领域还没有探索过,可以试一试,比如比如在电子线路和材料里面我们看系统稳不稳,就可以制造一个信号,看看传播中间是放大还是缩小,这个办法能不能用到堤坝稳定测量里面呢,制造一个小的扰动,看看他对溃坝影响怎么样?用到社会学方面,比如制造一个敏感新闻,通过抽样测量他的传播速度和放大的程度,能否用以判断舆情稳定程度呢?类似应用还有很多,值得探讨。

     我们把力学电学的稳定和崩溃理论往防疫,舆情,经济,金融,军事,自然灾害预警和突发事件的控制里面应用,目的是提前发现险情,预测突发事件的频率强度,通过推演找出好的解决办法,比如战争,围不住了就改成围点打援,这只有高手才能做到,希望人工智能把我们普通人也能变成高手。我国正着面临复杂多变的安全和发展环境,各种可以预见和难以预见的风险因素明显增多,维护国家安全和社会稳定任务繁重艰巨,所以要高度重视加强国家风险预测,风险控制,和突发事件管理研究。

全文完

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关于用财富的基尼系数和雷诺数来判断社会稳定那个更靠谱?可以参见以前发表的下文。   大量的社会学家喜欢使用在流体力学中得来的一个量——基尼系数,把它的物理意义用在社会稳定判断上,这是因为过去也许有几个人用基尼系数判断流动的稳定,但是现在流动稳定的判断方式早已经变了,社会学家和经济学家们为什么还要抱着老公式不放呢?

       这基尼系数是意大利经济学家基尼九十年前提出的,依据是流体力学中的洛伦兹曲线。如下图右下三角形所示,绿对角线表示基尼系数为零,而红线与绿线之间面积为A,A+B的面积为1.0,那么,A/(A+B)便是洛伦兹系数(即基尼系数)。图中横轴代表家庭数比例x%,从低收入群体到富人群体;纵轴代表该比例的家庭拥有的财富占社会总财富的比率y%,绿线代表绝对平均状态(即每个家庭拥有财富相同)下,低收入人群所占人口百分比和总收入百分比之间的关系(财富占比等于家庭数占比);红线代表实际情况(实际是由财富-家庭分布曲线积分而来),这条曲线也称作洛伦兹曲线(Lorenz curve),蓝线代表绝对不平均(即所有收入被一个人占有)的情况。基尼根据洛伦茨曲线提出的判断分配平等程度的指标,而洛伦兹则表示流体在流动过程中“层流”与“混流”各占程度的特性曲线,A的面积越大,混流成份就越多……

      基尼系数的物理意义在社会稳定上的应用,各种成份比例多少是一回事,而存在的时间又是一回事。既然基尼系数是从流动来判断稳定的,那么仅仅从速度分布上来看还是不够的,现代流体力学的稳定性判断方法已经向前发展了,还需要有另外两个系数加入分析,一个就是“雷诺数”。而雷诺数一种可用来表征流体流动情况的无量纲数,雷诺数表示作用于流体微团的惯性力与粘性力之比,也是表示速度差别U在运行长度L上产生的内应力积累,和把这种积累的内应力化解能力——粘性耗散V之间的一种综合,如果内部差别高积累时间长,而粘性耗散低,那么U*L/V这个值就很大,超过一定限度就会由稳定变紊乱。

    说白了,搞不清雷诺数的时候你就想想老太太搅鸡蛋或者搅面团(北方人叫做搅团),搅好的过程也是搅乱的过程,几乎是从层流搅到湍流的过程,搅得积累长度越长越好!  这里面找关键的几个要素,这几个要素要组成的一个无量纲数,物理学家们都是根据这个无量纲数来开始揣摩物理性质的.

image.png从老太太搅鸡蛋的过程最主要特征量组成一个无量纲数,这个无量纲数就是雷诺数,你想想取那三个要素能组成这个无量纲数?

当然是:1.速度,2.搅动运动的长度,3.以及加水的多少(粘度),按照他们的贡献,分别排在分子分母上,比如速度V越高,搅得鸡蛋越好,搅得距离L越长,效果越好,(倒过来搅要扣除的),当然这效应是正的,应当在分式的分子位置上,而加水越多,鸡蛋越稀,也就是运动粘性 nu 越低越好,所以它的作用是负的,就只能放在分母上。这样你就一辈子一点力气都不费都记住了雷诺数的表达式(这可是流体力学的牛人们才用的这个表达式):用无量纲量表达出来就是:           L * V / nu      这就是雷诺数!平稳流动的层流,无论流动快也好慢也好,雷诺数增大超过一定界限,有序流动失去稳定,层流变成乱流,物理上叫湍流。

     这个物理现象的社会学意义就是只要贫富不均,而平衡消融这种不均的措施不得力,那么迟早随着时间推演,这个社会状态就会变成不稳定,不是不报,时候未到,时候一到,一定要出现不稳定,所以一部分富人不能一直先富起来,帝王将相不能一直横征暴敛,甲申三百年考提到的的这个所有封建王朝的周期律,就是说的这个事情,只要贫富不均,耗散不够,任何一个社会系统一定会发生不稳和崩溃。所以雷诺数是一个比基尼系数更靠谱的判断社会经济系统失稳的标准。当然流体力学里面系统失稳判据雷诺数也不是唯一的,有很多技术方法都可以应用到社会经济系统里面来。

  当然雷诺数在物理里面有多种尺度的定义,前面另一个重要系数是“压力梯度系数”,“压力梯度系数”代表整个系统是加速的还是减速的,是发展的还是倒退的,在一个系统加速发展的时候,前面说的雷诺数到了一定门限值本来该失去稳定的都会推迟失稳,甚至不稳定的都变成稳定。而一个倒退的系统,那么一点点风吹草动,就会引起灾难性的系统崩溃。“压力梯度系数”可用一例说明,自来水的软管,自然时有个流速,当捏扁后,出口面积减少,而流速增加,这是喷口压头梯度的作用;这样的喷嘴,由于流体管道的缩小,流速加速,压力梯度是正的,在这种情况下管道的流动甚至就是紊乱流动也会变成均匀的平直流动——层流。

     他的社会学意义在于发展中社会可以抗击比较大的差别和较小耗散的积累的矛盾,然而发展一旦停止,那么就会有如火药桶被点燃,就如同击鼓传花,就看传在谁的手里会被点燃。那个“基尼系数”便是一个紊乱产生后速度分布的表象。社会现象中的“湍流”程度也就趋于严重,最后导致流体(群体)“分岔”。整个状态会发生颠覆性的变化,这就叫转捩。

     社会的组织者会想尽一切办法保持差别又不至于导致动乱,那么就是营造一个等级社会,暂时也许有些作用,但很难维系到很远的地方。也就说不消除差别和耗散的矛盾,“压头梯度系数”负值越大,回流严重,则“湍流与分岔”越严重,社会越容易崩溃。

    所以笔者认为,现代真正测量稳定程度的办法其实并不是靠基尼系数,而是测量一个扰动信号的放大率,比如造一个食盐买不到的敏感信息,从这个敏感信息放大的程度就可以看出人心稳不稳,社会牢固不牢固。如果谣言惑众这种现象此起彼伏,一天一惊一乍的,那么这个社会就是崩溃边沿。

   再一个物理里面的失稳现象的表象也可以用到社会学里面,就是失稳以后,系统离崩溃还有一段间隔,这时后会出现一种猝发和溅射的现象,就是发展速度低的层次在环境的影响下采取跳跃的方式把自己推送到高层,物理上看到的是流动中靠壁面的漩涡会突然抬头,扭曲,上扬,就想打炮一样把自己送到离壁面比较远的地方,然后底层由于失去了漩涡,又会平静一会儿,这种方式在一个阶段反复发生,跳到上层的漩涡在上层就造成一块局部的混乱,流体叫湍流斑,社会形态描述这种模式可能就是抢劫、偷盗的盛行和集团或者群体性的上访和骚乱,骚乱的局部区域,打砸抢烧都会发生,这种局部现象最后布满系统,那就是天下大乱了,或者出现李自成,黄金张角那样的揭竿而起的颠覆性变化,这种变化在流体里面叫做分离。到乱透了的时候,系统阻力大大增加,速度都大大的慢下来,没有一个成份有比较好的日子过。这种情况系统不加外部条件是不可能再倒回去的,一旦动乱到了布满系统,回复很累很困难。除非系统断流,更多一些的倒退,回到很早以前原始状态,再发展起来,要么就是添加资源,制造向前的推动力,使得系统加速,依靠这种加速的办法使得系统回到稳定。

 我这里说的是物理上的规律,类比社会现象不一定完全准确,但是既然流体力学里面的基尼系数都用到了稳定性分析,我想那套流体力学里面早已被更换了的稳定性判断法可能会对社会学更有用

   怎样在经济高速发展的同时,保持社会的和谐稳定,是一项重要的社会学课题,不止一个人在考虑这个问题。我们欣慰地看到,远在湖南城建职业技术学院的一个技术人员也注意到了这一点,他试图从物理学中有关流体在流动中如何保持稳定的有关理论,来对比分析一下在社会发展中如何维护稳定的有关因素。想把雷诺的成果应用到社会学上,对于社会在高速发展中如何保持稳定状态,可以对比找到相关的一些影响因素,我们把他引用到下面,以期望起到抛砖引玉作用。

     第一,首先是社会的发展速度,它类比于流体流速。一个变化缓慢比较停滞的社会产生大的社会动荡的可能性是较小的;社会发展越快,一旦产生某种波动,社会的稳定越容易被打破。我国社会目前正处在一个经济高速发展的阶段,各种事物的变化应接不暇,在这种情况下不稳定因素是会经常出现的。在社会学上用于表示社会发展速度的指标并不统一,可能使用最多的还是 GDP(国民生产总值)的增长速度,它虽然只是一个经济指标,但社会的发展速度与之确实与之息息相关,而且有较好的对应性。当然社会学者会进一步研究总结出更全面的综合指标。

     第二是社会中个人与各种团体的能力,实力,它类比于流体的密度,随着教育的发展、科学的普及,个人的知识水平越来越高,改革开放、与外界联系的加强,进一步增加了人们的视野,这使个人的能量逐渐增加;经济的发展,多元化经济体系的建立,使得各种社会团体的力量也越来越大。这种能力、实力的增长,如果用在正道上,是经济、科学发展的有效动力,而如果用到了斜路上去了,造成的危害也将越来越大,这在美国的“911”事件以及国内屡禁不止的各类传销中可以明显体现出来。

    第三是国家的法律法规,一直延伸到各个单位的管理制度,这类比于流体管道的约束。法律规章是对人的管理手段的体现,一个无法可依,无章可循;或者有法不依,执法不严的社会就丧失了对个人及社团的管理,混乱几乎是不可避免的了。而法律的管理应当细致、统一、合理,这就好比在流体学中可以通过在管道中布置许多平行的小格子体来进行稳流一样。考虑到人的主观能动性,道德品质、法律意识的提高,也是提高自主约束力的有效途径。

    第四,作为类比于雷诺准数中流体的粘度这一参数,也可以理解为是社会中人与人的相互关系,如家庭的亲情、社会的协调关心直至各类社会保障体系的运作等。它们对于个人来说,是在出现偏差时一种有力的纠错力量,这是法律所不能代替的。其实作为一个社会系统,依靠税收和社会福利保障是耗散差别的一种最好形式,这一项大了,稳定的时间就长。

     一个封闭的小村落,停滞不前的经济,蒙昧不化的村民,强有力的祖宗家法,浓得化不开的乡里乡情,这可能是一个超稳定社会的模板,但是这并不是我们追求的目标。只有不断提高国民知识水平,加快发展经济,才能让我们国家屹立于世界民族之林。而在保证经济高速发展的同时,如何维护社会的稳定,建立一个和谐的社会,是党和政府工作的重中之重,也是全社会众多力量需要思考的问题。影响社会稳定的因素也许并不只是本文讲的这么简单,但正于流体学中雷诺准数考虑的参数并没有包括所有的因数,但它仍然较好的能够用于判断流动状态,用于流体的相关研究中一样。如果本文能促进对维护社会稳定的因素作更深入的研究,能有利于建立起相关的数学模型




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