地球|詳解2021諾貝爾物理學獎：他們破譯了地球氣候及其他復雜系統的隱秘規律地球|喬治·帕里西|真鍋淑郎

本文轉自：科研圈（ID:keyanquan）
【地球|詳解2021諾貝爾物理學獎：他們破譯了地球氣候及其他復雜系統的隱秘規律】10月5日北京時間17時45分許，2021年諾貝爾物理學獎被授予“對我們理解復雜系統的開創性貢獻”，一半授予真鍋淑郎（Syukuro Manabe）和克勞斯·哈塞爾曼（Klaus Hasselmann），表彰他們“對地球氣候的物理建模、量化可變性和可靠地預測全球變暖”的貢獻，另一半授予喬治·帕里西（Giorgio Parisi），表彰他“發現了從原子到行星尺度的物理系統中無序和漲落之間的相互影響” 。

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（圖片來源：https://web.uniroma1.it/sssas/sssas/persone/senior-research-fellows/giorgio-parisi）
喬治·帕里西（Giorgio Parisi），意大利羅馬第一大學（Sapienza University of Rome）理論物理學教授，意大利國家科學院院士，法國科學院、美國科學院外籍院士。帕里西 1948 年生于意大利羅馬，1970 年于羅馬第一大學獲得博士學位，隨后分別在意大利弗拉斯卡蒂國家實驗室（Labouratori Nazionali di Frascati）、美國哥倫比亞大學、法國高等科學研究所、巴黎高等師范學院等機構訪學。1981 年至 1992 年任羅馬第二大學理論物理學教授，隨后加入羅馬第一大學。曾獲玻爾茲曼獎、恩里科·費米獎、馬克斯·普朗克獎章等多項物理學界獎項。
諾獎委員會的官方介紹
所有復雜系統都由許多相互作用的不同部分組成。幾個世紀以來，物理學家一直在研究它們，而它們很難用數學方法來描述——系統中可能有數目眾多的組件，也可能受偶然因素的支配。復雜系統也可能是混沌（chaotic）的，比如天氣，初始數值的微小偏差會導致后期的巨大差異。今年的獲獎者都為我們獲得有關此類系統及其長期發展的更多知識做出了貢獻。
地球氣候是復雜系統的眾多例子之一。真鍋淑郎和克勞斯·哈塞爾曼因為在開發氣候模型方面的開創性工作而獲得諾貝爾獎。帕里西則因為對復雜系統理論中的大量問題提出了理論解決方案而獲獎。
真鍋淑郎展示了大氣中二氧化碳濃度的增加如何導致地球表面溫度升高。在 20 世紀 60 年代，他領導了地球氣候物理模型的開發，并且他是第一個探索輻射平衡與氣團垂直輸送之間相互作用的人。他的工作為氣候模型的開發奠定了基礎。
大約十年后，克勞斯·哈塞爾曼創建了一個將天氣和氣候聯系在一起的模型，從而回答了為什么盡管天氣多變而混沌，氣候模型卻仍然可靠的問題。他還開發了識別特定信號和印記的方法。自然現象和人類活動都會在氣候中留下印記。而他的方法已被用來證明大氣溫度升高是由人類排放二氧化碳導致的。
1980 年前后，喬治·帕里西在無序的復雜材料中發現了隱藏的模式。他的發現是對復雜系統理論最重要的貢獻之一，使得理解和描述許多不同的、顯然完全隨機的復雜材料和現象成為可能。這些理論不僅適用于物理學領域，還能應用于其他完全不同的領域，如數學、生物學、神經科學和機器學習。
溫室效應對生命至關重要
200 年前，法國物理學家約瑟夫·傅立葉 (Joseph Fourier) 研究了太陽射向地面的輻射與地面發出的輻射之間的能量平衡。他發現了大氣在這種平衡中的作用：在地球表面，入射的太陽輻射會變為出射的輻射，即“暗熱”（dark heat），它被大氣吸收，從而加熱大氣。大氣的這種保護性保溫作用現在被稱為“溫室效應” 。這個名字來源于它與溫室玻璃板的相似性：允許太陽的熱輻射進入，但又將熱量關在溫室中。不過，大氣的輻射效應要遠比溫室復雜得多。