科学探索|气候学家拿奖物理学家“玩儿鸟” 这届诺奖有点“跑偏” 气候学家拿奖物理学家“玩儿

北京时间10月5日下午5点50分许，瑞典皇家科学院决定将2021年的诺贝尔物理学奖授予美籍日裔科学家真锅淑郎（Syukuro Manabe）、德国科学家克劳斯·哈塞尔曼（Klaus Hasselmann）和意大利科学家乔治·帕里西（Giorgio Parisi），以表彰他们“对我们理解复杂物理系统的开创性贡献” 。

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不少从事物理相关研究的科研人员们大呼“实至名归”，又深感“出乎意料” 。
一方面，他们都是复杂物理系统领域奠基性的人物，“江湖”上早已声名远播；而另一方面，大奖花落气象学家，问题直指全球变暖，既有点“意外”，又表明“交叉才是未来” 。
《中国科学报》采访人员邀请多位专家对本届诺贝尔物理学奖进行科普解读，畅聊诺奖得主的科学人生。
从无序中发现“有序”
今年的诺贝尔物理学奖一半为表彰真锅淑郎和哈塞尔曼，原因为“用于地球气候的物理建模，量化变异性和可靠预测全球变暖”；另一半颁发给帕里西，原因为“发现从原子到行星尺度的物理系统紊乱和波动的相互作用” 。
复杂的系统是随机、紊乱，且难以理解的。
“所有复杂系统都由许多相互作用的不同部分组成，很难用数学来描述。物理学家们已经进行了数个世纪的研究。这些复杂系统或受偶然支配，也可能是混沌系统，就像天气一样，初始值的小偏差会导致后期的巨大差异。而今年的获奖者都为我们加深对这类系统及其长期演化做出了贡献。”诺贝尔奖官方委员会在颁奖直播中介绍道。
中国科学院理论物理研究所副研究员金瑜亮曾师从帕里西作博士后。他告诉《中国科学报》，在统计物理中，我们要研究大量微观粒子的宏观性质。
但过去我们的研究，包括大学物理学的内容大多是处于平衡态的体系，即温度、压强等宏观的物理量跟我们的观测时间没有关系。
事实上，我们日常生活中有大量的体系是非平衡态的，比如存在温度、空气流、风等扰动因素，但非平行体系的统计物理并没有普适的理论。
“帕里西的主要贡献就是在无序的复杂材料中发现了隐藏的规律，最早给出了被认为是非平行体系中最简单的数学模型——自旋玻璃模型中的严格解，这是理解复杂系统的基础性工作。”金瑜亮说。
帕里西的工作影响深远，且应用范围很广。复旦大学物理系教授施郁准确预测了复杂系统和帕里西获奖。他告诉《中国科学报》，复杂系统已经超出传统物理学的范畴，可以用在计算机科学、机器学习等领域。
“帕里西研究粒子物理理论时，注意到自旋玻璃理论里的问题，并以他的能力和经验加以解决，这就是复制对称破缺，即这次获奖的主要依据。以前也有粒子物理学家威尔逊因为统计物理中的相变的重正化群方法而获得诺奖。因此学科交叉合作很重要。”
地球的气候是复杂系统的众多例子之一，对人类至关重要。
真锅淑郎在日本一直读到博士，后任美国普林斯顿大学客座教授，于1975年加入美国籍，然后返回日本，几年后又回到美国，成为普林斯顿大学研究员。
他的主要贡献是二氧化碳水平的增加是如何导致气温升高，他花费了无数个日夜测试模型，研究表明，当二氧化碳水平翻倍时，全球温度上升超过2°C 。
该模型证实，这种升温确实是由于二氧化碳的增加造成的，因为它预测了靠近地面的温度上升，而上层大气变冷。
如果太阳辐射的变化是温度升高的原因，那么整个大气应该在同一时间被加热。