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複雑システム科学（'07）　シラバス

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主任講師

生井澤 寛 （放送大学客員教授）

講義概要

自然科学、特に物理学は、自然の理解にあたって、構成要素や基本的・普遍的な原理の追究を、ときには理想化や単純化をしながら行ってきた。こうして我々は、通常見る物質が、原子・分子から成り、それらが、電子、陽子、中性子などの素粒子から成り、素粒子はさらに･･･と言うように階層性を持つ構成要素とそれらの相互作用を発見し、ミクロな世界だけでなく、宇宙の生成に至るまでの自然の様々な様相の理解にかなりの成功を収めたし、いまでも同様のやり方で探求を続けている。
では、例えば空気が主に窒素、酸素と水の分子からなることを知って、台風がどうして、どこに、いつ発生し、どういう運動をするかを理解できるだろうか。これは決して易しい問題ではない。まず問題を難しくするのは、分子の数が膨大であることによる複雑さのほかに、海流、海水から太陽熱を吸収して蒸発する水蒸気と上昇気流、雲の生成消滅等、熱平衡にない（非平衡）状態、エネルギーや物質の出入りがある状況（開放系という）、さらに無数の雲の渦の生成消滅と非線形な相互作用が絡むからである。非線形な作用があれば、要素の数が少なくても、運動には本質的な複雑さが生ずるし、加えて、開放系で非平衡状態であるために、複雑さは増す。にもかかわらず、いつか無数の渦の中のどれかが成長して台風という形（形態形成）を取り、一つの存在として発達しながら（自己発展・自己組織化）動き始める。
実は良く見れば、我々が日常見るほとんどのもの（生命・生物と進化、乱れた水の流れ、気象など）が、この様な複雑システムであり、ものの変化や秩序の形成は非平衡性、非線形性によって動かされている。これらの様相を、「木（構成要素）もみながら森（全体）も見る」と言う見方で探求し、自然や社会現象、経済活動などを理解する手がかりを得ようと言うのがこの科目のねらいである。

授業の目標

複雑システムの示す複雑さの要因とそれから生まれる多様な可能性を理解することによって、自然現象を総合的に探求する姿勢を養う。

履修上の留意点

物理学の基礎的理解を前提とするので、「初歩からの物理学―物理へようこそ―」、「物理の世界」。「現代物理」を学んでおくことが望ましい。特に、熱・統計力学、相転移の基礎の理解をしておくと良い。