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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北京时间10月5日17:45,2021年诺贝尔物理学奖揭晓,美国普林斯顿大学的真锅淑郎、德国马普气象学研究所的克劳斯·哈塞尔曼、意大利罗马大学的乔治·帕里西获奖。
真锅淑郎和克劳斯·哈塞尔曼(Klaus Hasselmann)的获奖成果是“对地球气候的物理建模、量化可变性和可靠预测全球变暖”;乔治·帕里西(Giorgio Parisi)的获奖成果是“从原子到行星尺度发现了物理系统中无序和波动的相互作用。”
奖项的一半由“为理解复杂的物理系统做出开创性贡献”的真锅淑郎和"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"的克劳斯·哈塞尔曼共享。
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"的乔治·帕里西获得。
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·帕里西对无序的复杂材料和随机过程理论做出了革命性贡献。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。而三位新科诺奖得主的研究让科学家可以理解和预测复杂系统的长期行为和演变。
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。
大约10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。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变。”
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参考信息
https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2021/summary/