2021年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)已揭曉。瑞典皇家科學(xué)院將今年的獎(jiǎng)項(xiàng)分成兩半，一半授予美籍日裔科學(xué)家真鍋淑郎（Syukuro Manabe）和德國(guó)科學(xué)家克勞斯·哈塞爾曼（Klaus Hasselmann）“以表彰對(duì)地球氣候的物理建模、量化變化和可靠地預(yù)測(cè)全球變暖”，而另一半，則頒給了意大利科學(xué)家喬治·帕里西(Giorgio Parisi)，因?yàn)樗鞍l(fā)現(xiàn)了從原子到行星尺度的物理系統(tǒng)中無(wú)序和波動(dòng)的相互作用”。

可能很多人和我一樣，剛看到這個(gè)消息時(shí)有點(diǎn)懵，完全不懂啊，所以得獎(jiǎng)的人到底是誰(shuí)，他們做了什么貢獻(xiàn)？好在咱會(huì)查資料，看完神仙號(hào)接下來(lái)的3分鐘科普，相信你也會(huì)能理解這三位科學(xué)家憑什么能得今年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

首先，他們都是復(fù)雜物理系統(tǒng)領(lǐng)域奠基性的人物。根據(jù)官方介紹，諾獎(jiǎng)今年授予這三位科學(xué)家，以表彰他們“對(duì)我們理解復(fù)雜物理系統(tǒng)的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)”。

真鍋淑郎已經(jīng)90歲高齡，他在日本一直讀到博士，后任美國(guó)普林斯頓大學(xué)客座教授，1975年加入美國(guó)籍，然后返回日本，幾年后又回到美國(guó)，成為普林斯頓大學(xué)研究員。

上世紀(jì)60年代，真鍋淑郎和同事開發(fā)了大氣的輻射-對(duì)流模型，展示了大氣中二氧化碳含量的增加，是如何導(dǎo)致氣溫升高，他花費(fèi)了無(wú)數(shù)個(gè)日夜測(cè)試模型，研究表明，當(dāng)二氧化碳水平翻倍時(shí)，全球溫度上升超過(guò)2°C。

該模型證實(shí)，這種升溫確實(shí)是由于二氧化碳的增加造成的，因?yàn)樗A(yù)測(cè)了靠近地面的溫度上升，而上層大氣變冷。

大約十年后，另一位諾獎(jiǎng)得主哈塞爾曼創(chuàng)建了一個(gè)將天氣和氣候聯(lián)系在一起的模型，從而回答了為什么氣候模型是可靠的?？藙谒埂す麪柭菤W洲氣候論壇（今天的全球氣候論壇）的創(chuàng)始人。他多年來(lái)一直擔(dān)任全球氣候論壇的副主席和董事會(huì)成員。他的部分研究，被用于證明大氣溫度升高，是由于人類排放的二氧化碳。今天“全球變暖”“人類排放二氧化碳造成溫室效應(yīng)”已是連小學(xué)生都懂的概念，但真鍋淑郎他們是從上世紀(jì)60年代就對(duì)率先對(duì)此領(lǐng)域展開研究。

中科院大氣物理研究所專家魏科接受媒體采訪時(shí)表示，真鍋淑郎他們的理論要比實(shí)際發(fā)現(xiàn)領(lǐng)先了20多年。這兩位科學(xué)家能獲諾獎(jiǎng)，體現(xiàn)了國(guó)際社會(huì)對(duì)于氣候變暖問(wèn)題的重視，從科學(xué)上來(lái)說(shuō)，整個(gè)地球氣候系統(tǒng)是非常復(fù)雜的物理系統(tǒng)，如何來(lái)理解這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)也是很重要的科學(xué)問(wèn)題。

那喬治·帕里西“從原子到行星尺度的物理系統(tǒng)中無(wú)序和波動(dòng)的相互作用”又是什么意思呢？

我們知道，過(guò)去的物理研究，大多是處于平衡態(tài)的體系，即溫度、壓強(qiáng)等宏觀的物理量跟我們的觀測(cè)時(shí)間沒(méi)有關(guān)系。

事實(shí)上，我們?nèi)粘Ｉ钪杏写罅康捏w系是非平衡態(tài)的，比如存在溫度、空氣流、風(fēng)等擾動(dòng)因素，但非平行體系的統(tǒng)計(jì)物理并沒(méi)有普適的理論。

于是就有了在統(tǒng)計(jì)物理中，我們要研究大量微觀粒子的宏觀性質(zhì)。中國(guó)科學(xué)院理論物理研究所副研究員金瑜亮曾師從帕里西作博士后。他解釋說(shuō)，帕里西的主要貢獻(xiàn)就是在無(wú)序的復(fù)雜材料中發(fā)現(xiàn)了隱藏的規(guī)律，最早給出了被認(rèn)為是非平行體系中最簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型——自旋玻璃模型中的嚴(yán)格解，這是理解復(fù)雜系統(tǒng)的基礎(chǔ)性工作。

通俗來(lái)說(shuō)，帕里西的模型可以幫我們理解天上涌動(dòng)的云的宏觀性狀和構(gòu)成它的每一顆小水滴的無(wú)序運(yùn)動(dòng)的相互作用關(guān)系，甚至對(duì)理解微觀世界的原子、宇宙中星群變幻、甚至超出傳統(tǒng)物理學(xué)的范疇，對(duì)理解計(jì)算機(jī)科學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域都有應(yīng)用價(jià)值。

國(guó)際上的復(fù)雜性科學(xué)大概有兩個(gè)來(lái)源，一是應(yīng)用物理，比如混沌、非線性科學(xué)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，另一個(gè)是理論物理，特別是統(tǒng)計(jì)物理，比如自旋玻璃、非平衡統(tǒng)計(jì)、自組織等等，后來(lái)發(fā)展到復(fù)雜系統(tǒng)。

一年一度的“諾獎(jiǎng)”向來(lái)備受關(guān)注，國(guó)人也在期待中國(guó)的下一個(gè)諾獎(jiǎng)。

在國(guó)內(nèi)，復(fù)雜性問(wèn)題從上世紀(jì)八九十年代開始被廣泛關(guān)注到，我國(guó)的一些統(tǒng)計(jì)物理學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)研究者開展了相關(guān)的研究。但目前這一領(lǐng)域我們與國(guó)際水平還有一定差距，中國(guó)在復(fù)雜性科學(xué)領(lǐng)域的研究還有很長(zhǎng)的路要走。

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參考文獻(xiàn)：

1、中國(guó)科學(xué)報(bào)：氣候?qū)W家拿獎(jiǎng)，物理學(xué)家“玩兒鳥”！這屆諾獎(jiǎng)要“跑偏”

2、奇點(diǎn)科學(xué)雜志：我真的看懂了！通俗理解2021年諾貝爾物理獎(jiǎng)得主的成就

3、中新社：2021諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)揭曉 立于科學(xué)前沿探索世間奧秘

4、中科院物理所：剛剛，2021諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了研究復(fù)雜物理系統(tǒng)的他們

5、科學(xué)網(wǎng)：剛剛，2021年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)揭曉！