详解2021年诺贝尔物理学奖：从无序的复杂系统中发现隐藏规律和模式

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来源：科学焦点


　　2021年诺贝尔物理学奖北京时间10月5日17时30分揭晓：三位科学家共享了奖项。

　　奖项的一半由“为理解复杂的物理系统做出开创性贡献”的美国普林斯顿大学的真锅淑郎（Syukuro Manabe）和“为地球气候的物理建模，量化变异性和可靠地预测全球变暖”的德国汉堡的马克斯·普朗克气象研究所的克劳斯·哈塞尔曼（Klaus Hasselmann）共享。

　　另一半由“发现了从原子到行星尺度的物理系统紊乱和波动的相互作用”的意大利罗马萨皮恩扎大学乔治·帕里西（Giorgio Parisi）获得。

　　三位获奖者分享了今年的诺贝尔物理学奖，真锅淑郎和克劳斯·哈塞尔曼的研究为我们了解地球气候以及人类如何影响地球气候奠定了基础，乔治·帕里西因对无序的复杂材料和随机过程理论的革命性贡献而得到奖励。因为复杂的系统具有随机性和紊乱的特点，一直以来都难以理解。今年的奖项表彰了他们预测长期行为的新方法。

　　地球气候是一个非常复杂的系统，与人类的生存息息相关。真锅淑郎揭示了大气中二氧化碳含量的增加是如何导致地球表面升温的。20世纪60年代，他领导了地球气候物理模型的开发，是第一个探索辐射平衡和气团垂直运动之间相互作用情况的科学家。他的工作为气候模型的发展奠定了基础。

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　　大约十年后，克劳斯·哈塞尔曼创建了一个将天气和气候联系在一起的模型，从而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的问题。他还开发了识别特定气候信号（就像识别人类的指纹一样）的方法，因为自然现象和人类活动都会在气候中留下印记。他的方法已经证明了大气温度的升高是由于人类排放的二氧化碳导致的。

　　大概在1980年，乔治·帕里西发现了无序的复杂材料之中的隐藏模式，他的发现是对复杂系统理论的最重要的贡献。他们的研究让其他科学家可以理解和描述大量有着明显随机性的材料和现象。这些材料和现象不仅局限在物理学领域，也包括数学、生物学、神经科学以及机器学习。

　　诺贝尔奖物理学奖评选委员会主席索尔斯•汉斯•汉森（Thors Hans Hansson）说：“这些发现让我们意识到，气候问题存在坚实的科学基础，科学家可以对各种气候现象进行严格的分析。今年的诺贝尔物理学奖获得者帮助我们更深入地理解了复杂的物理系统的特性和演化。