2021年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予：Syukuro Manabe、Klaus Hasselmann和Giorgio Parisi
2021年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予：Syukuro Manabe、物理Klaus Hasselmann和Giorgio Parisi
（神秘的學(xué)獎(jiǎng)蘇州相城（上門(mén)服務(wù)）外圍找服務(wù)vx《365-2895》提供外圍女上門(mén)服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)地球uux.cn報(bào)道）據(jù)中國(guó)物理學(xué)會(huì)期刊網(wǎng)：北京時(shí)間10月5日下午5點(diǎn)45分，瑞典皇家科學(xué)院宣布將2021年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予：美國(guó)物理學(xué)家Syukuro Manabe、授予德國(guó)物理學(xué)家Klaus Hasselmann、年諾意大利物理學(xué)家Giorgio Parisi。物理2021年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予“對(duì)我們理解復(fù)雜系統(tǒng)作出開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)”。學(xué)獎(jiǎng)
獲獎(jiǎng)理由
其中一半為表彰Syukuro Manabe和Klaus Hasselmann，授予原因?yàn)椤坝糜诘厍驓夂虻哪曛Z物理建模，量化變異性和可靠預(yù)測(cè)全球變暖”（for the physical moDELLing of Earth’s climate，物理 quantifying variability and 學(xué)獎(jiǎng)reliably predicting global warming）。
另一半頒發(fā)給Giorgio Parisi，授予獲獎(jiǎng)原因“發(fā)現(xiàn)從原子到行星尺度的年諾物理系統(tǒng)紊亂和波動(dòng)的相互作用”（for the discovery of the interplay of disorder and fluctuations in physical systems from atomic to planetary scales）。
氣候和其他復(fù)雜現(xiàn)象的物理物理學(xué)
NOBEL PRIZE
三位獲獎(jiǎng)?wù)叻窒砹私衲甑闹Z貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，因?yàn)樗麄儗?duì)混亂和明顯隨機(jī)現(xiàn)象的學(xué)獎(jiǎng)研究。Syukuro Manabe和Klaus Hasselmann為我們了解地球氣候以及人類(lèi)如何影響地球氣候奠定了基礎(chǔ)。Giorgio Parisi因?qū)o(wú)序材料和隨機(jī)過(guò)程理論的革命性貢獻(xiàn)而得到獎(jiǎng)勵(lì)。
復(fù)雜的系統(tǒng)具有隨機(jī)性和紊亂的特點(diǎn)，難以理解。今年的獎(jiǎng)項(xiàng)表彰了描述他們和預(yù)測(cè)他們長(zhǎng)期行為的新方法。
對(duì)人類(lèi)至關(guān)重要的一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)是地球的氣候。Syukuro Manabe展示了大氣中二氧化碳含量的增加如何導(dǎo)致地球表面溫度升高。20世紀(jì)60年代，他領(lǐng)導(dǎo)了地球氣候物理模型的開(kāi)發(fā)，并成為第一個(gè)探索輻射平衡與空氣質(zhì)量垂直傳輸之間相互作用的人。他的工作為發(fā)展目前的氣候模型奠定了基礎(chǔ)。
大約十年后，Klaus Hasselmann創(chuàng)建了一個(gè)將天氣和氣候聯(lián)系起來(lái)的模型，從而回答了為什么氣候模型可以可靠，盡管天氣多變和混亂的問(wèn)題。他還開(kāi)發(fā)了識(shí)別特定信號(hào)、指紋的方法，這些信號(hào)是自然現(xiàn)象和人類(lèi)活動(dòng)在他氣候中留下的印記。他的方法被用來(lái)證明大氣中溫度的升高是由于人類(lèi)排放的二氧化碳造成的。
1980年左右，Giorgio Parisi在無(wú)序的復(fù)雜材料中發(fā)現(xiàn)了隱藏的圖案。他的發(fā)現(xiàn)是復(fù)雜系統(tǒng)理論最重要的貢獻(xiàn)之一。它們使得理解和描述許多不同和顯然完全隨機(jī)的材料和現(xiàn)象成為可能，不僅在物理學(xué)領(lǐng)域，而且在數(shù)學(xué)、生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)等其他非常不同的領(lǐng)域也是如此。
“今年被確認(rèn)的發(fā)現(xiàn)表明，我們對(duì)氣候的了解建立在一個(gè)堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)上，基于對(duì)觀測(cè)的嚴(yán)格分析。今年的獲獎(jiǎng)?wù)叨加兄谖覀兏钊氲亓私鈴?fù)雜物理系統(tǒng)的特性和演變，”諾貝爾物理學(xué)委員會(huì)主席Thors Hans Hansson說(shuō)。
獲獎(jiǎng)人詳細(xì)信息
NOBEL PRIZE
真鍋 淑郎（Syukuro Manabe），蘇州相城（上門(mén)服務(wù)）外圍找服務(wù)vx《365-2895》提供外圍女上門(mén)服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá) 1931年出生于日本新谷。1957年畢業(yè)于日本東京大學(xué)。美國(guó)普林斯頓大學(xué)高級(jí)氣象學(xué)家。
克勞斯·哈塞爾曼（Klaus Hasselmann）， 1931年出生于德國(guó)漢堡。1957年畢業(yè)于德國(guó)哥廷根大學(xué)。德國(guó)漢堡馬克斯·普朗克氣象研究所教授。
喬治·帕里西（Giorgio Parisi）， 1948年出生于羅馬。意大利。1970年畢業(yè)于意大利羅馬薩皮恩扎大學(xué)。意大利羅馬薩皮恩扎大學(xué)教授
相關(guān)報(bào)道：2021諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)為什么頒給他們？人類(lèi)真的正讓地球變暖
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)新浪科技：2021年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予Syukuro Manabe，Klaus Hasselmann和Giorgio Parisi，獲獎(jiǎng)理由：對(duì)我們對(duì)復(fù)雜物理系統(tǒng)的理解做出了突破性貢獻(xiàn)。Syukuro Manabe與Klaus Hasselmann共同獲得了一半的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，獲獎(jiǎng)理由：建立了地球氣候的物理模型，能夠量化變化情況、以及可靠預(yù)測(cè)全球變暖。
諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)另一半授予Giorgio Parisi，獲獎(jiǎng)理由：發(fā)現(xiàn)從原子級(jí)到行星級(jí)尺度物理系統(tǒng)的無(wú)序性與波動(dòng)之間的相互作用。
簡(jiǎn)短解讀：
研究氣候和其他復(fù)雜現(xiàn)象的物理學(xué)
三位物理學(xué)家因?yàn)樗麄儗?duì)混沌和隨機(jī)現(xiàn)象的研究而分享了今年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。Syukuro Manabe和Klaus Hasselmann為我們了解地球氣候以及人類(lèi)對(duì)氣候的影響奠定了基礎(chǔ)。Giorgio Parisi因其對(duì)無(wú)序物質(zhì)和隨機(jī)過(guò)程理論的突破性貢獻(xiàn)而獲獎(jiǎng)。
復(fù)雜系統(tǒng)具有隨機(jī)性和無(wú)序性，令人難以理解。今年的諾貝爾獎(jiǎng)表彰了描述復(fù)雜系統(tǒng)及預(yù)測(cè)其長(zhǎng)期行為的新方法。
地球氣候是一個(gè)對(duì)人類(lèi)至關(guān)重要的復(fù)雜系統(tǒng)。Manabe Syukuro展示了大氣中二氧化碳含量增加如何導(dǎo)致地球表面溫度升高的過(guò)程。20世紀(jì)60年代，他領(lǐng)導(dǎo)開(kāi)發(fā)了地球氣候的物理模型，成為第一個(gè)探索輻射平衡和氣團(tuán)垂直輸送之間相互作用的人。他的工作為當(dāng)前氣候模型的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
大約十年后，Klaus Hasselmann創(chuàng)建了一個(gè)將天氣和氣候聯(lián)系在一起的模型，回答了在天氣多變和混亂的背景下，這些氣候模型依然可靠的原因。他還開(kāi)發(fā)了識(shí)別自然現(xiàn)象和人類(lèi)活動(dòng)在氣候中留下特定印記信號(hào)，即“指紋”的方法。利用這些方法，眾多研究者已經(jīng)證明了大氣溫度的升高是由于人類(lèi)排放的二氧化碳。
大約在1980年，Giorgio Parisi在無(wú)序的復(fù)雜物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)了隱藏的模式。他的發(fā)現(xiàn)是對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)理論最重要的貢獻(xiàn)之一，使理解和描述許多不同的、顯然完全隨機(jī)的物質(zhì)和現(xiàn)象成為可能，并且不僅局限于物理領(lǐng)域。在其他非常不同的領(lǐng)域，如數(shù)學(xué)、生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)中，這些理論也發(fā)揮了重要作用。
諾貝爾物理學(xué)委員會(huì)主席Thors Hans Hansson說(shuō)：“今年獲獎(jiǎng)的這幾項(xiàng)發(fā)現(xiàn)表明，我們關(guān)于氣候的知識(shí)基于堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)，以及對(duì)觀測(cè)結(jié)果的嚴(yán)格分析。今年的獲獎(jiǎng)?wù)叨紴槲覀兩钊肓私鈴?fù)雜物理系統(tǒng)的特性和演變做出了貢獻(xiàn)。”
深度解讀：
溫室效應(yīng)對(duì)生命至關(guān)重要
200年前，法國(guó)物理學(xué)家約瑟夫·傅里葉對(duì)太陽(yáng)向地表發(fā)出的輻射、以及從地表向外發(fā)出的輻射之間的能量平衡展開(kāi)了研究，弄清了地球大氣在這一平衡中扮演的角色：在地球表面，地球接收的太陽(yáng)輻射會(huì)轉(zhuǎn)化為向外發(fā)出的輻射（即所謂的“暗熱量”），這些輻射會(huì)被大氣吸收，從而對(duì)大氣起到加溫作用。大氣發(fā)揮的這種保護(hù)作用如今被稱(chēng)作“溫室效應(yīng)”。太陽(yáng)的熱量可以透過(guò)大氣到達(dá)地表，但會(huì)被困在大氣層內(nèi)部。不過(guò)，大氣中的輻射過(guò)程還遠(yuǎn)比這復(fù)雜得多。
科學(xué)家的任務(wù)與傅里葉當(dāng)年差不多——弄清向地球發(fā)出的短波太陽(yáng)輻射與地球向外發(fā)出的長(zhǎng)波紅外輻射之間的平衡關(guān)系。在接下來(lái)200年間，多名氣候科學(xué)家紛紛貢獻(xiàn)了更多的細(xì)節(jié)信息。當(dāng)代氣候模型更是為科學(xué)家提供了極為強(qiáng)大的工具，不僅幫助我們進(jìn)一步理解了地球的氣候，還讓我們得以了解由人類(lèi)導(dǎo)致的全球變暖。
這些模型都是建立在物理定律的基礎(chǔ)上的，由天氣預(yù)測(cè)模型發(fā)展而來(lái)。天氣通過(guò)溫度、降水、風(fēng)或云等氣象物理量描述，受海洋和陸地活動(dòng)影響。氣候模型則建立在通過(guò)計(jì)算得出的天氣統(tǒng)計(jì)特征基礎(chǔ)之上，如平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最高與最低值等等。這些模型雖無(wú)法準(zhǔn)確告訴我們明年12月10日斯德哥爾摩的天氣如何，但可以讓我們對(duì)斯德哥爾摩在12月的氣溫和降水情況獲得一定了解。
確定二氧化碳的作用
溫室效應(yīng)對(duì)地球上的生命至關(guān)重要。它控制溫度，因?yàn)榇髿庵械臏厥覛怏w——二氧化碳、甲烷、水蒸氣和其他氣體——會(huì)首先吸收地球的紅外輻射，然后釋放該吸收的能量，加熱周?chē)拖路降目諝狻?br>溫室氣體實(shí)際上只占地球干燥大氣的一小部分。地球的干燥大氣中99%為氮?dú)夂脱鯕猓趸计鋵?shí)僅占0.04%。最強(qiáng)大的溫室氣體是水蒸氣，但我們無(wú)法控制大氣中水蒸氣的濃度，而二氧化碳的濃度則是可以控制的。
大氣中的水蒸氣含量高度依賴(lài)于溫度，進(jìn)而形成反饋機(jī)制。大氣中的二氧化碳越多，溫度越高，空氣中的水蒸氣含量也就越高，從而增加溫室效應(yīng)，導(dǎo)致溫度進(jìn)一步升高。如果二氧化碳含量水平下降，部分水蒸氣會(huì)凝結(jié)，溫度也隨之下降。
關(guān)于二氧化碳影響的一塊重要拼圖來(lái)自瑞典的研究人員和諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Svante Arrhenius。順便提一下，他的同事、氣象學(xué)家Nils Ekholm，在1901年，率先使用溫室這個(gè)詞來(lái)描述大氣的熱量?jī)?chǔ)存和再輻射。
Arrhenius通過(guò)十九世紀(jì)末的溫室效應(yīng)弄清楚了該現(xiàn)象背后的物理學(xué)原理——向外輻射與輻射體的絕對(duì)溫度（T）的四次方（T⁴）成正比。輻射源越熱，射線的波長(zhǎng)越短。太陽(yáng)的表面溫度為6000°C，主要發(fā)射可見(jiàn)光譜中的射線。地球表面溫度僅為15°C，會(huì)再次輻射我們看不見(jiàn)的紅外輻射。如果大氣不吸收這種輻射，地表溫度幾乎不會(huì)超過(guò)–18°C。
Arrhenius實(shí)際上是想找出導(dǎo)致最近發(fā)現(xiàn)的冰河時(shí)代現(xiàn)象的背后原因。他得出的結(jié)論是，如果大氣中的二氧化碳水平減半，這足以讓地球進(jìn)入一個(gè)新的冰河時(shí)代。反之亦然——二氧化碳量增加一倍，會(huì)使地球溫度升高5-6°C，這個(gè)結(jié)果在某種程度上與目前的估計(jì)值驚人地接近。
開(kāi)創(chuàng)性的二氧化碳效應(yīng)模型
20世紀(jì)50年代，日本大氣物理學(xué)家Syukuro Manabe和東京大學(xué)其他一些年輕而有才華的研究人員一樣，選擇離開(kāi)被戰(zhàn)爭(zhēng)摧毀的日本，前往美國(guó)繼續(xù)其職業(yè)生涯。他的研究目的和70年前的瑞典科學(xué)家斯萬(wàn)特·阿倫尼烏斯一樣，都是為了理解二氧化碳水平的增加如何導(dǎo)致氣溫的上升。不過(guò)，彼時(shí)的阿倫尼烏斯專(zhuān)注于輻射平衡，Manabe則在20世紀(jì)60年代領(lǐng)導(dǎo)了相關(guān)物理模型的發(fā)展，將對(duì)流造成的氣團(tuán)垂直輸送以及水蒸氣的潛熱納入其中。
為了使這些計(jì)算易于進(jìn)行，Manabe選擇將模型縮減為一維，即一個(gè)垂直的圓柱體，進(jìn)入大氣層40公里。即便如此，通過(guò)改變大氣中的氣體濃度來(lái)測(cè)試模型還是花費(fèi)了數(shù)百小時(shí)的寶貴計(jì)算時(shí)間。氧和氮對(duì)地表溫度的影響可以忽略不計(jì)，而二氧化碳的影響非常明顯：當(dāng)二氧化碳水平翻倍時(shí)，全球溫度上升超過(guò)2攝氏度。
該模型證實(shí)，這種升溫確實(shí)是由二氧化碳濃度增加導(dǎo)致的；它預(yù)測(cè)了靠近地面的溫度上升，而上層大氣的溫度變低。如果太陽(yáng)輻射的變化是溫度升高的原因，那么整個(gè)大氣應(yīng)該在同一時(shí)間被加熱。
60年前，計(jì)算機(jī)的速度比現(xiàn)在慢了幾十萬(wàn)倍，因此這個(gè)模型相對(duì)簡(jiǎn)單，但Manabe掌握了正確的關(guān)鍵特征。他指出，模型必須一直簡(jiǎn)化，你無(wú)法與自然界的復(fù)雜性競(jìng)爭(zhēng)——每一滴雨都涉及到如此多的物理因素，因此不可能完全計(jì)算出一切。在一維模型的基礎(chǔ)上，Manabe在1975年發(fā)表了一個(gè)三維氣候模型，這是揭開(kāi)氣候系統(tǒng)奧秘道路上的又一個(gè)里程碑。
混亂的天氣
在Manabe之后大約十年，Klaus Hasselmann通過(guò)找到一種方法來(lái)戰(zhàn)勝快速而混亂的天氣變化（這些變化對(duì)計(jì)算而言極其麻煩），成功地將天氣和氣候聯(lián)系在一起。我們地球的天氣發(fā)生巨大變化，是因?yàn)樘?yáng)輻射在地理上和時(shí)間上的分布十分地不均勻。地球是圓的，所以到達(dá)高緯度地區(qū)的太陽(yáng)光比到達(dá)赤道附近低緯度地區(qū)的太陽(yáng)光要少。不僅如此，地球的地軸也是傾斜的，從而在入射輻射中產(chǎn)生季節(jié)性差異。暖空氣和冷空氣之間的密度差異導(dǎo)致了不同緯度之間、海洋和陸地之間、高低氣團(tuán)之間的巨大熱量傳輸，從而形成了我們地球上的天氣。
眾所周知，對(duì)未來(lái)十天以上的天氣做出可靠的預(yù)測(cè)是一大挑戰(zhàn)。二百年前，法國(guó)著名科學(xué)家皮埃爾-西蒙·德·拉普拉斯曾說(shuō)，如果我們知道宇宙中所有粒子的位置和速度，就應(yīng)該可以計(jì)算出在我們世界中發(fā)生了什么和將要發(fā)生的事情。原則上，應(yīng)該是這樣；牛頓三個(gè)世紀(jì)以來(lái)的運(yùn)動(dòng)定律（也描述了大氣中的空氣傳輸）是完全確定的——不受偶然的支配。
然而，就天氣而言，就完全是另一回事了。部分原因在于，在實(shí)踐中，我們不可能做到足夠精確——說(shuō)明大氣中每個(gè)點(diǎn)的氣溫、壓力、濕度或風(fēng)況。此外，方程是非線性的；初始值的微小偏差可以讓天氣系統(tǒng)以完全不同的方式演變。基于蝴蝶在巴西扇動(dòng)翅膀是否會(huì)在德克薩斯州引起龍卷風(fēng)這個(gè)問(wèn)題，這種現(xiàn)象被命名為蝴蝶效應(yīng)。在實(shí)踐中，這意味著不可能給出長(zhǎng)期的天氣預(yù)報(bào)，也就是說(shuō)天氣十分混亂；這是在上世紀(jì)六十年代由美國(guó)氣象學(xué)家Edward Lorenz發(fā)現(xiàn)的，他為今天的混沌理論奠定了基礎(chǔ)。
理解嘈雜數(shù)據(jù)
盡管天氣是一個(gè)典型的混亂系統(tǒng)，但我們?nèi)绾尾拍芙⒛軌蝾A(yù)測(cè)未來(lái)數(shù)十年、甚至數(shù)百年的可靠氣候模型呢？1980年前后，Klaus Hasselmann提出了如何將不斷變化的混沌天氣現(xiàn)象描述為快速變化的噪音，從而為進(jìn)行長(zhǎng)期氣候預(yù)測(cè)奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。此外，他還提出了一些確定人類(lèi)對(duì)全球溫度造成的影響的方法。
上世紀(jì)50年代，Klaus Hasselmann在德國(guó)漢堡攻讀物理學(xué)博士，專(zhuān)攻流體力學(xué)，隨后開(kāi)始建立海浪和洋流的觀測(cè)與理論模型。后來(lái)他遷居至美國(guó)加州，繼續(xù)開(kāi)展海洋學(xué)研究，并且認(rèn)識(shí)了查爾斯·大衛(wèi)·基林等同事。基林從1958年開(kāi)始在夏威夷的莫納羅亞天文臺(tái)持續(xù)測(cè)量大氣中的二氧化碳含量。Klaus Hasselmann當(dāng)時(shí)還不知道，自己在日后的工作中會(huì)頻繁用到體現(xiàn)二氧化碳水平變化的“基林曲線”。
從充滿(mǎn)噪聲的天氣數(shù)據(jù)中建立氣候模型就像遛狗一樣：狗有時(shí)會(huì)掙脫牽引繩，有時(shí)會(huì)跑在你前面、或者跑在你后面，有時(shí)會(huì)與你并肩前行，有時(shí)則會(huì)繞著你的腿跑。你能從狗的運(yùn)動(dòng)軌跡中看出你是在走路還是站立不動(dòng)嗎？或者能看出你是在快步行走還是小步慢走嗎？狗的運(yùn)動(dòng)軌跡就像天氣變化，你的行進(jìn)軌跡就像通過(guò)計(jì)算得出的氣候。我們能否用這些混亂的、充滿(mǎn)噪聲的天氣數(shù)據(jù)，總結(jié)出氣候的長(zhǎng)期趨勢(shì)呢？
還有一大難點(diǎn)在于，影響氣候的波動(dòng)情況極易發(fā)生變化，這些變化可能很快，比如風(fēng)的強(qiáng)度或空氣溫度；也可能很慢，比如冰蓋融化和海洋溫度升高。例如，海洋整體溫度需一千年才能上升一度，但大氣只需幾周即可。關(guān)鍵在于，要將快速的天氣變化作為噪聲整合進(jìn)對(duì)氣候的計(jì)算中，并體現(xiàn)出這些噪聲對(duì)氣候的影響。
Klaus Hasselmann創(chuàng)造了一套隨機(jī)氣候模型，將這些變化的可能性都整合進(jìn)了模型中。其靈感來(lái)自愛(ài)因斯坦的布朗運(yùn)動(dòng)理論。他利用該理論說(shuō)明，大氣的快速變化其實(shí)可以導(dǎo)致海洋的緩慢變化。
識(shí)別人類(lèi)影響的痕跡
在完成氣候變化模型之后，Hasselmann又開(kāi)發(fā)了識(shí)別人類(lèi)對(duì)氣候系統(tǒng)影響的方法。他發(fā)現(xiàn)，這些模型，連同觀測(cè)結(jié)果和理論結(jié)果，都包含了關(guān)于噪聲和信號(hào)特性的充分信息。例如，太陽(yáng)輻射、火山顆粒或溫室氣體水平的變化都會(huì)留下獨(dú)特的信號(hào)，即“指紋”，而且這些信號(hào)可以被分離出來(lái)。這種識(shí)別指紋的方法也可以應(yīng)用于人類(lèi)對(duì)氣候系統(tǒng)的影響。Hasselman因此為進(jìn)一步的氣候變化研究鋪平了道路。通過(guò)大量的獨(dú)立觀測(cè)，這些研究展示了人類(lèi)對(duì)氣候影響的大量痕跡。
隨著氣候系統(tǒng)中復(fù)雜相互作用的過(guò)程被更徹底地繪制出來(lái)，尤其是有了衛(wèi)星測(cè)量和天氣觀測(cè)的幫助，氣候模型變得越來(lái)越完善。這些模型清楚地顯示出溫室效應(yīng)正在加速：自19世紀(jì)中期以來(lái)，大氣中的二氧化碳含量增加了40%。地球的大氣已經(jīng)有幾十萬(wàn)年沒(méi)有如此多的二氧化碳了。相應(yīng)地，溫度測(cè)量顯示，在過(guò)去150年里，地球溫度上升了1攝氏度。
Syukuro Manabe和Klaus Hasselmann為人類(lèi)作出了巨大貢獻(xiàn)，為我們了解地球氣候提供了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)，這也正體現(xiàn)了阿爾弗雷德·諾貝爾的精神。我們不能再說(shuō)自己對(duì)氣候變化一無(wú)所知了，因?yàn)檫@些氣候模型的結(jié)果是非常明確的。地球正在變暖嗎？是的。地球變暖是大氣中溫室氣體含量增加導(dǎo)致的嗎？是的。這一切能僅僅用自然因素來(lái)解釋嗎？不能。人類(lèi)活動(dòng)所排放的氣體是氣溫升高的原因嗎？是的。
針對(duì)無(wú)序系統(tǒng)的方法
1980年左右，Giorgio Parisi展示了他的發(fā)現(xiàn)，即隨機(jī)現(xiàn)象顯然受隱藏規(guī)則支配。他的工作如今被認(rèn)為是對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)理論最重要的貢獻(xiàn)之一。
復(fù)雜系統(tǒng)的現(xiàn)代研究基于十九世紀(jì)下半葉由James C。 Maxwell、Ludwig Boltzmann和J。 Willard Gibbs提出的統(tǒng)計(jì)力學(xué)，他們?cè)?884年將這一領(lǐng)域命名為“統(tǒng)計(jì)力學(xué)”。統(tǒng)計(jì)力學(xué)從下面這一見(jiàn)解發(fā)展而來(lái)，即需要一種新的方法來(lái)描述由大量粒子組成的系統(tǒng)，例如氣體或液體。這種方法必須考慮到粒子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，所以其基本思想是計(jì)算粒子的平均效應(yīng)，而不是單獨(dú)研究每個(gè)粒子。例如，氣體中的溫度是氣體粒子能量平均值的量度。統(tǒng)計(jì)力學(xué)取得了巨大的成功，因?yàn)樗鼮闅怏w和液體的宏觀特性（如溫度和壓力）提供了微觀解釋。
氣體中的粒子可以被視為微小的球，隨著溫度的升高而增加移動(dòng)的速度。當(dāng)溫度下降或壓力增加時(shí)，小球首先凝結(jié)成液體，再凝結(jié)成固體。這種固體通常是晶體，其中的小球按規(guī)則排列。但是，如果這種變化發(fā)生得很快，小球可能會(huì)形成不規(guī)則的圖案，即使液體進(jìn)一步冷卻或擠壓在一起，該圖案也不會(huì)改變。如果重復(fù)該實(shí)驗(yàn)，盡管變化以完全相同的方式發(fā)生，但小球仍將呈現(xiàn)出新的圖案。為什么結(jié)果會(huì)不同呢？
理解物理系統(tǒng)的復(fù)雜性
這些壓縮球體是普通玻璃和顆粒狀材料（如沙子或礫石）的簡(jiǎn)單模型。然而，Parisi的原始模型的對(duì)象是另一個(gè)截然不同的系統(tǒng)——自旋玻璃。這是一種特殊的磁性金屬合金亞穩(wěn)定狀態(tài)，其中某種金屬原子，比如鐵原子，會(huì)被隨機(jī)混合到銅原子的網(wǎng)格中。即使只有幾個(gè)鐵原子，它們也會(huì)以一種令人費(fèi)解的方式徹底改變材料的磁性。每個(gè)鐵原子的行為——或者稱(chēng)為“自旋”——表現(xiàn)得就像一個(gè)小磁鐵，受其附近其他鐵原子的影響。在普通的磁體中，所有的自旋都指向同一方向，但在自旋玻璃中，情況就不一樣了：一些自旋對(duì)會(huì)指向相同的方向，另一些則指向相反的方向——那么它們是如何找到最佳方向的呢？
Parisi在關(guān)于旋轉(zhuǎn)玻璃的著作的序言中寫(xiě)道，研究旋轉(zhuǎn)玻璃就像觀看莎士比亞戲劇中的人類(lèi)悲劇。如果你想同時(shí)和兩個(gè)人交朋友，但他們互相討厭對(duì)方，結(jié)果就可能令人沮喪。在經(jīng)典悲劇中，感情強(qiáng)烈的朋友和敵人在舞臺(tái)上相遇，情況就更是如此。那么，怎樣才能把房間里的緊張氣氛降到最低？
自旋玻璃及其奇異的性質(zhì)為復(fù)雜系統(tǒng)提供了參考模型。20世紀(jì)70年代，許多物理學(xué)家，包括幾位諾貝爾獎(jiǎng)得主，都在尋找某種方法來(lái)描述這種神秘而令人沮喪的旋轉(zhuǎn)玻璃。他們使用的方法之一是“副本方法”，是一種研究無(wú)序態(tài)體系時(shí)所用的數(shù)學(xué)技巧，可以在同一時(shí)間內(nèi)處理系統(tǒng)的許多副本。然而，從物理學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，最初的計(jì)算結(jié)果并不可行。
1979年，Parisi取得了決定性的突破，他展示了如何巧妙地利用副本方法來(lái)解決自旋玻璃問(wèn)題。他在這些副本中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)隱藏的結(jié)構(gòu)，并找到了一種描述它的數(shù)學(xué)方法。在很多年之后，Parisi的解才在數(shù)學(xué)上被證明是正確的。此后，他的方法被用于許多無(wú)序系統(tǒng)，成為復(fù)雜系統(tǒng)理論的基石。
受挫當(dāng)一個(gè)自旋向上而另一個(gè)自旋向下時(shí)，第三個(gè)自旋則不能同時(shí)滿(mǎn)足前兩個(gè)，因?yàn)橄噜彽淖孕赶虿煌姆较颉Ｗ孕绾握业阶罴逊较颍縂iorgio Parisi是回答關(guān)于許多不同材料和現(xiàn)象的這些問(wèn)題的大師。
受挫 當(dāng)一個(gè)自旋向上而另一個(gè)自旋向下時(shí)，第三個(gè)自旋則不能同時(shí)滿(mǎn)足前兩個(gè)，因?yàn)橄噜彽淖孕赶虿煌姆较颉Ｗ孕绾握业阶罴逊较颍縂iorgio Parisi是回答關(guān)于許多不同材料和現(xiàn)象的這些問(wèn)題的大師。
自旋玻璃自旋玻璃這是一種特殊的磁性金屬合金亞穩(wěn)定狀態(tài)，其中某種金屬原子，比如鐵原子，會(huì)被隨機(jī)混合到銅原子的網(wǎng)格中。每個(gè)鐵原子的行為——或者稱(chēng)為“自旋”——表現(xiàn)得就像一個(gè)小磁鐵，受其附近其他鐵原子的影響。然而，在自旋玻璃中，它們的自旋會(huì)受挫，很難選擇指向哪個(gè)方向。通過(guò)對(duì)自旋玻璃的研究，Parisi發(fā)展了一種關(guān)于無(wú)序和隨機(jī)現(xiàn)象的理論，并涵蓋了其他許多復(fù)雜系統(tǒng)。圖中紅點(diǎn)為鐵原子，綠點(diǎn)為銅原子。
自旋玻璃 自旋玻璃這是一種特殊的磁性金屬合金亞穩(wěn)定狀態(tài)，其中某種金屬原子，比如鐵原子，會(huì)被隨機(jī)混合到銅原子的網(wǎng)格中。每個(gè)鐵原子的行為——或者稱(chēng)為“自旋”——表現(xiàn)得就像一個(gè)小磁鐵，受其附近其他鐵原子的影響。然而，在自旋玻璃中，它們的自旋會(huì)受挫，很難選擇指向哪個(gè)方向。通過(guò)對(duì)自旋玻璃的研究，Parisi發(fā)展了一種關(guān)于無(wú)序和隨機(jī)現(xiàn)象的理論，并涵蓋了其他許多復(fù)雜系統(tǒng)。 圖中紅點(diǎn)為鐵原子，綠點(diǎn)為銅原子。
不同的受挫結(jié)果
自旋玻璃和顆粒物都是受挫系統(tǒng)的典型例子。在這些系統(tǒng)中，各組成部分的排列方式必須是各種反作用力之間相互制衡的產(chǎn)物。問(wèn)題在于，這些系統(tǒng)會(huì)表現(xiàn)出什么行為？會(huì)產(chǎn)生什么結(jié)果？針對(duì)多種材料和現(xiàn)象，Parisi都能很好地回答這兩個(gè)問(wèn)題。他對(duì)自旋玻璃結(jié)構(gòu)的理解非常深刻，不僅影響了物理學(xué)，還對(duì)數(shù)學(xué)、生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域造成了影響，因?yàn)檫@些領(lǐng)域都包含與受挫現(xiàn)象直接相關(guān)的問(wèn)題。
Parisi還研究了其它許多隨機(jī)過(guò)程對(duì)結(jié)構(gòu)形成與發(fā)展過(guò)程起到?jīng)Q定性作用的現(xiàn)象，并且試圖解答以下問(wèn)題：為何冰河時(shí)代會(huì)周期性出現(xiàn)？對(duì)混沌與紊亂系統(tǒng)是否存在更具普適性的數(shù)學(xué)描述？大規(guī)模椋鳥(niǎo)群又是如何形成各種圖案的？這些問(wèn)題看似與自旋玻璃毫無(wú)關(guān)系，但Parisi表示，他的大部分研究針對(duì)的都是簡(jiǎn)單行為如何導(dǎo)致復(fù)雜的集體行為，這對(duì)自旋玻璃和椋鳥(niǎo)群均適用。 |
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