Onderzoeksproject P4/08 (Onderzoeksactie P4)
Het thema van de complexiteit verschaft een eenmakende visie op tal van systemen die opduiken in de natuurkunde, de milieu- en de levenswetenschappen en die gekenmerkt zijn door hun rijkdom aan onverwachte gedragingen, gaande van coherente structuren tot volledige chaos. Instabiliteiten spelen hierbij een fundamentele rol. Zij wijzen op het belang van probabilistische elementen in de evolutie en op het hieraan gekoppelde probleem van voorspelling en controle. Het onderzoek beoogt de ontwikkeling van een omvattende aanpak die rekening houdt met de deterministische en probabilistische aspecten van complexe systemen en potentiële toepassingen opspoort.
De expertise van de deelnemende ploegen bestrijkt verschillende gebieden: statistische mechanica en thermodynamica, niet-lineaire dynamica, stochastische processen, quantumfysica, wiskundige natuurkunde en meteorologie. Dankzij hun complementariteit op theoretisch, numeriek en experimenteel vlak, worden zowel fundamentele vragen als praktische problemen vanuit een nieuw standpunt benaderd.
De volgende onderzoeksthema's komen aan bod:
-Macroscopisch niveau: thermodynamische aspecten; bifurcaties, defectendynamica en chaos in reactiediffusiesystemen en materialen onder stress; analyse van de singulariteiten, integreerbaarheid en chaos in continue en discrete dynamische systemen.
-Probabilistische benadering van complexe systemen: statuut van de spectrale voorstelling van evolutie-operatoren; statuut van de gemiddelde veld-beschrijving.
-Mesoscopische en microscopische schaal: microscopische chaos in statistische mechanica en quantumfysica; interferentiepatronen in Bose-Einstein condensaten; niet-lineaire dynamica in roosters met lage dimensies en beperkte ruimte; reactieve dynamica op celmembranen; kritische verschijnselen buiten het evenwicht; stochastische resonantie; microscopische simulaties.
-Voorspelling en controle: fouttoename in multidimensionale chaotische systemen; voorspelbaarheid van atmosferische velden; neurale netwerken en multifractale methoden voor gegevensverwerking.
-Evolutieve, cognitieve en organisatieprocessen: leren uit voorbeelden; immuun geheugen en zelf/niet-zelf discriminatie; samenwerkingsdynamica van in-groep-levende organismen.
Op langere termijn verwacht men belangrijke toepassingen zoals nieuwe voorspellingsmethodes in de meteorologie en nieuwe materialen met doelgerichte mesoscopische structuur. Op kortere termijn denkt men aan o.a.:
-gebruik van complex gedrag voor het verhogen van de specificiteit van reactiewegen in heterogene katalyse;
-hybride codes (combinatie van deeltjes- en veldvoorstellingen) voor de berekening van complexe stromingen;
-detectie van complexe signalen via stochastische resonantieverschijnselen en door ruis-geïnduceerde transities;
-gebruik van collectief gedrag in resource management.
