作者 | 王毅俊
编辑 | 谢谢
10月5日，瑞典皇家科学院将2021年的诺贝尔物理学奖授予3位物理学家，表彰他们“对我们理解复杂物理系统的开创性贡献”。
美籍日裔科学家真锅淑郎、德国科学家克劳斯·哈塞尔曼因为“地球气候的物理建模，量化可变性并可靠地预测全球变暖”的研究，共享了诺贝尔物理学奖的一半奖金；
意大利科学家乔治·帕里西因为发现了“从原子尺度到行星尺度的物理系统中的无序和涨落的相互作用”而获得了诺贝尔物理学奖的另一半奖金。
在日前由上海市科协主办、上海市科普作家协会协办的“解读科学类诺贝尔奖（2021）”系列科普报告会上，复旦大学物理学系教授黄吉平教授表示，虽然前两位科学家和帕里西分属不同领域，但,3位获奖者有共同点——正是因为他们的发现共同推动了我们对复杂系统中无序、随机行为的理解。
“全球气候变暖”
——这种自然现象会使全球降水量重新分配、冰川和冻土消融、海平面上升等，不仅危害自然生态系统的平衡，还影响人类健康，甚至威胁人类的生存。
这是一个我们已经非常熟悉的词条，
并且已经成为科学界的共识。
但是你知道吗，
在上世纪60、70年代，
很多科学家并不相信这是事实，
认为这是危言耸听。
这个时候，
在普林斯顿大学
地球物理流体动力学实验室，
有人计划用理论模型研究这个问题，
他就是真锅淑郎。
真锅淑郎通过建立“大气-海洋-陆地”相耦合的大气环流模型，有效地模拟了全球气候变暖。并利用复杂的气候模型，来解决具有挑战性的气候变化问题。
真锅用这种方法估计，当二氧化碳浓度增加一倍时，全球气温上升约2.5 ℃。
他因此证实，气温的变化是由于二氧化碳含量增加；如果它是由太阳辐射增加引起的，那么大气层应整体变暖。
天气是一个混沌、嘈杂的系统，
那有没有办法来建立一种模型，
可以可靠地预测未来几十年
甚至几百年的天气呢？
1980年左右，
哈塞尔曼提出了“哈塞尔曼模型”，
展示了如何可以用快速变化的噪声
来描述混沌变化的天气现象，
并给长期的天气预测
提供一个坚实的科学基础。
黄吉平教授对“哈塞尔曼模型”
有个很妙的比喻：
从嘈杂的天气数据中获取气候模型可以用遛狗来说明：狗不听话，一会跑一会停，一会往左一会往右。你怎么能用狗的足迹来判断你走路的变化？其实，狗的足迹可以看作是天气的变化，而你的足迹是经过计算的气候。
哈塞尔曼其实就是想告诉我们一件事情——
尽管天气变化剧烈，就像那个狗随便乱跑，但快速变化的大气实际上会导致海洋的缓慢变化。基于这些数据变化就可以反推地球的气候是怎么变的。
不仅如此，哈塞尔曼还开发了用来识别自然现象和人类活动对气候影响的特定信号，他称其为“指纹”。科学家对这两类信号的深入研究，逐渐揭示了全球气候变暖的趋势及其背后的人类活动因素。
接下来，
一起看看分享
今年另一半诺贝尔物理学奖的
帕里西做的是啥子研究。
1980年左右，帕里西在无序的复杂材料中发现了隐藏模式。正是基于他的研究，使理解和描述许多不同的、貌似完全随机的材料和现象成为可能。
根据帕里西的发现，随机现象也受到隐藏规则支配。他对于自旋玻璃的研究成果，被认为是对复杂系统理论最重要的贡献之一，也是突破性进展。
帕里西通过旋转玻璃来对复杂系统进行研究。据介绍，所谓旋转玻璃，是一种特殊类型的金属合金。在普通磁铁中，所有铁原子的自旋都指向同一个方向，但在自旋玻璃中，一些自旋指向同一个方向，而另一些则指向相反的方向，那么它们是如何找到最佳方向的？帕里西就在这些看似随机的变化中，找到了其中的规律。
如果这些解释还都太学术，
那么帕里西最近参与的
一项关于鸟群飞行问题的研究
也许可以让大家理解得更清楚。
为什么鸟在空中没有“指挥”也能排好队？
他设置了几台相机
观察鸟群三维的活动情况，
并构建了模型，
发现每一只鸟都会观察
离自己最近的六只鸟的飞行方向，
然后根据平均值
调整自己的飞行方向，
从而保持鸟群飞翔的路线一致。
这就是在随机中发现规律。不妨想象一下：燃烧一张纸再熄灭它，纸张边缘留下的界面看似每次都不一样，但科学家却告诉你，这里面其实有规律可循。
没事没事，
那么就请记住他对自旋玻璃的研究
发现不仅影响了物理学，
而且影响了数学、生物学、
神经科学和机器学习等众多领域。
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