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气象学家摘物理学奖!诺奖告诉我们:世界远比看上去复杂

2021-10-06  wlr6688

2021 年诺贝尔物理学奖今天揭晓,美国普林斯顿大学气象学家真锅淑郎(Syukuro Manabe)教授和德国马克斯·普朗克气象研究所的克劳斯·哈塞尔曼(Klaus Hasselmann)教授因“物理模拟地球气候、量化变化和可靠地预测全球变暖”而共同分享一半奖金。另一半奖金由意大利罗马大学乔治·帕里西(Giorgio Parisi)教授获得,理由是“发现从原子到行星尺度的物理系统的无序和波动的相互作用”。物理学奖由两位气象学家摘得一半,令人有些意外,而另一半得主则被誉为“实至名归”。

世界远比看上去复杂

瑞典皇家科学院决定将 2021 年诺贝尔物理学奖授予3位科学家,是因为他们 对“理解复杂物理系统的开创性贡献”。

地球气候是对人类至关重要的一个复杂系统,真锅淑郎和哈塞尔曼教授的工作为我们了解地球气候以及人类如何影响它而奠定了基础。在 1960 年代,真锅淑郎他领导了地球气候物理模型的开发,展示了大气中二氧化碳含量的增加如何导致地球表面温度升高,为当前气候模型的发展奠定了基础。大约十年后,哈塞尔曼则创建了一个将天气和气候联系在一起的模型,回答了为什么气候模型在天气多变且混乱的情况下仍然可靠;自然现象和人类活动都在气候中留下印记,哈塞尔曼开发的研究方法捕捉这些印记,并且被用来证明大气温度升高是由于人类排放的二氧化碳。

1980 年左右,帕里西在无序的复杂材料中发现了隐藏的模式,这使得理解和描述许多不同的、显然完全随机的材料和现象成为可能。

尽管气象学家获奖并未在许多热门猜测的候选榜单中,在上海交通大学自然科学研究院和物理与天文学院教授张何朋看来,气象学家尽管领域不同,但三位科学家都在用相似的方法工作,即用复杂系统的视角看问题。

为复杂世界寻找最简科学规律

乔治·帕里西摘得诺奖并不意外。实际上这位科学家学术主页现实的引用次数已经超过9万,此前他斩获了除诺奖之外的几乎所有科学奖项中的物理学奖。“帕里西是非常有影响力的理论物理学家,他通过统计物理和复杂系统的方法开展研究”,张何朋解释,“一般晶体中的原子按照周期性结构排列,但很多复杂系统没有这种晶体中的空间序、且处在随机性很强的热力学非平衡态,这使得一些传统的物理研究方法难以在复杂系统中奏效,但帕里西发展了很多方法研究无序、随机的复杂系统。”

今年帕里西还获得沃尔夫奖,颁奖词这样评价:“他的工作对物理学不同分支有极大的影响,包括粒子物理、临界现象、无序系统、以及优化理论和数学物理。” 张何朋认为,复杂系统的研究进展需要多学科的融合和交叉;随着大数据、计算能力等方面的发展,这一领域也将迎来快速推进,帮助科学家探索出更好地探究真实世界的新研究范式。

值得注意的是,帕里西的研究非常有趣,有些超出了传统物理研究的范畴,比如纸张燃烧后不规则的边界、和谐飞舞的鸟群等。“这些起源于生物学和材料学的问题至今还未有完整的解答,物理学家积极介入这些交叉研究,试图为复杂问题寻找到最简单、最普适的模型和机制,帮助人类更好地认识世界”,张何朋说,而目前,这些领域也有中国科研团队在努力。(新民晚报记者 易蓉)

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