诺贝尔物理学奖首次颁给气候学家

国际 (23) 2周前

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北京时间今天傍晚,

2021年诺贝尔物理学奖揭晓,

今年诺贝尔物理学奖授予

对我们理解复杂系统的开创性贡献

一半由美国科学家真锅淑郎(Syukuro Manabe)

和德国科学家克劳斯·哈塞尔曼(Klaus Hasselmann)获得,

表彰他们“对地球气候的物理建模、

量化可变性和可靠地预测全球变暖”;

另一半由意大利科学家乔治·帕里西(Giorgio Parisi)获得,

表彰他“发现了从原子到行星尺度的

物理系统中无序和波动之间的相互作用”。

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复杂系统的特点是随机性和无序性,难以理解。今年的奖项表彰描述它们和预测它们长期行为的新方法。

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地球气候是一个对人类至关重要的复杂系统。真锅淑郎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。在1960年代,他领导了地球气候物理模型的开发,并且是第一个探索辐射平衡与气团垂直输送之间相互作用的人。他的工作为当前气候模型的发展奠定了基础。

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信号、指纹的方法,自然现象和人类活动都在气候中留下印记。他的方法已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,乔治·帕里西在无序的复杂材料中发现了隐藏的模式。他的发现是对复杂系统理论最重要的贡献之一。它们使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,不仅在物理学中,而且在其他非常不同的领域,如数学、生物学、神经科学和机器学习。

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“今年获得认可的发现表明,我们对气候的了解建立在坚实的科学基础之上,基于对观测的严格分析。今年的获奖者都为我们更深入地了解复杂物理系统的特性和演化做出了贡献。 ”诺贝尔物理学委员会主席托尔斯·汉斯·汉森说。

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”,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

关于诺贝尔物理学奖

诺贝尔物理学每年评选和颁发一次,其中有6年因故停发(1916年、1931年、1934年、1940-1942年)。截至2020年,诺贝尔物理学奖共颁发114次,共有215人获得该奖。美国物理学家约翰·巴丁,因晶体管效应和超导的BCS理论在1956年和1972年两度获奖,是唯一一位“梅开二度”的科学家。

2020年,诺贝尔物理学奖的一半由罗杰·彭罗斯获得,另一半由莱因哈德·根泽尔安德里亚·格兹共同获得。三位科学家因发现了银河系中心的超大质量致密天体而获奖。咖啡师也从世界顶尖科学家论坛(WLF)获悉,莱因哈德·根泽尔已经应邀出席11月初召开的第四届世界顶尖科学家论坛,并在大师讲堂上分享自己的黑洞研究。

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数据显示:诺贝尔物理学奖仅授予1人的,出现了47次;授予两人的,共出现了32次;授予三人的,出现了35次。近年来,两人或者三人获奖的频率大大增加,上一次独享诺贝尔物理学奖的物理学家还要追溯到1992年获奖的乔治·夏帕克。

迄今为止,最年轻的诺贝尔物理学奖获得者是威廉·劳伦斯·布拉格,获奖时是25岁。1915年,他和他的父亲威廉·亨利·布拉格同时获奖;2018年,亚瑟·阿斯金以96岁高龄获奖,是诺贝尔物理学奖得主中的最年长者。

统计表明:诺贝尔物理学奖得主中,20-29岁的仅1人;30-39岁的有23人;40-49岁的获奖人数最多,达到了55人;50-59岁也是获得诺贝尔物理学奖的“高峰期”,有52人;60-69岁有43人;70-79岁有26人;80-89岁出现了15位获奖者;而90-99岁同样仅1人。

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历史上曾有4名女性获得诺贝尔物理学奖,分别是我们熟知的“居里夫人”玛丽·居里、德裔美国物理学家玛丽亚格佩特·梅耶、2018年的得主唐娜·斯特里克兰和去年的得主安德里亚·格兹。其中,玛丽·居里两度获得诺奖。1903年,居里夫妇和贝克勒尔由于对放射性的研究而共同获得诺贝尔物理学奖。1911年,居里夫人因发现元素钋和镭再次获得诺贝尔化学奖,成为世界上第一个两获诺贝尔奖的人。

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有学者表示,相较其它自然科学奖项,诺贝尔物理学奖的规律性较为明显:宇宙天体物理学、粒子物理学、原子分子及光物理学和凝聚态物理学这四大领域轮番登场。不过近几年,天体物理登台频率较高——2015年是粒子物理成果获奖;

2016年是凝聚态物理成果获奖;

2017年是宇宙天体物理成果获奖;

2018年获奖的是原子分子及光物理学范畴;

2019年是宇宙天体物理学范畴;

2020年的获奖成果又落在了宇宙天体物理学领域。

PS.北京时间明天(6日)17时45分,将揭晓本年度诺贝尔化学奖,咖啡师将继续关注~

来源:鹦鹉螺工作室、新民晚报(记者 易蓉)

图片:诺贝尔奖官网 东方IC

编辑:郜阳 唐梦葭