气候建模学者与复杂系统理论专家共享2021年诺贝尔物理学奖

 

 真锅淑郎（Syukuro Manabe）、克劳斯·阿塞尔曼（Klaus Hasselmann）及乔治·帕里西（Giorgio Parisi）因在复杂系统领域做出的杰出贡献-包括地球气候与全球变暖的建模分析-而共享此殊荣。

作者：Davide Castelvecchi 和 Nisha Gaind

翻译：王浩宇和钱瑞

 

2021年诺贝尔物理学奖获得者克劳斯·阿塞尔曼、乔治·帕里西和真锅淑郎

 

三位学者因为描述复杂物理系统所做出的杰出贡献而获得了2021年诺贝尔物理学奖，研究内容包括构建了地球气候系统的数学模型，并预测了大气中二氧化碳浓度的上升会导致全球气温的升高等基础研究。

 

真锅淑郎和克劳斯·阿塞尔曼因气候建模的贡献共享了一千万瑞典币奖金（115万美元）的一半，罗马大学理论物理学家乔治·帕里西因在复杂系统理论的贡献而获得了另一半奖金。根据诺贝尔奖委员会在10月5日发布的公告中称乔治·帕里西的工作影响了从神经科学到颗粒材料封装等诸多领域。

 

 “这是两个完全不同的奖项，但两者的共同点在于：有序和涨落共同启发我们理解和预测的复杂现象”，诺贝尔物理学奖委员会主席汉森（Thors Hans Hansson）表示，“倘若我们知道如何编码混沌无序的天气，就可以预测未来气候的走向。”

 

气候模型

 

真锅，现工作于纽泽西州普林斯顿大学，于上世纪60年代证明了大气层中二氧化碳浓度的上升将导致地球表面温度的升高，并为行星气候系统搭建了初步的数学模型。约十年后，德国汉堡马克思普朗克气候研究所的阿塞尔曼在其研究的基础上构建了连接天气和气候的数学模型。

 

同样来自马克思普朗克气候研究所的气候学家比约恩·史蒂文斯（Bjorn Stevens）解释说：“真锅向我们展示了二氧化碳浓度的增加导致全球变暖的原因及内在机制，而阿塞尔曼则证实了这一现象正在发生。”他补充说道，研究所对这两位科学家获得了“揭示气候变化的相关研究工作的第一个诺贝尔奖”而感到“极为激动”。

 

德国波茨坦气候影响研究所的尤根·库思（Jürgen Kurths）说，阿塞尔曼“天才”般的贡献在于他在上世纪70年代就首先引入了描述地球气候的“概念模型”。该模型只需一组包含少许变量的简单方程就可以准确描述全球气候现象。这一建模方法与通过蛮力、对地理细节详尽计算的全球环流模型相辅相成。“通常需要一台普通计算机来模拟，但概念模型实现起来更快、更容易”，库思说道。

 

库思还补充道，阿塞尔曼在89岁时仍然继续积极关注该领域，同时鼓励研究人员尝试非常规的研究方法。英国爱丁堡大学气候建模分专家加布里埃尔·赫格尔（Gabriele Hegerl），曾是阿塞尔曼的博士后。她评价阿塞尔曼是一位非常优秀的导师，“他充满了想法和激情”。

 

 “我很开心淑郎和克劳斯被一起选中，因为他们以不同的方式做出了巨大贡献并成为气候科学领域的领军人物”，她补充道，“我在课堂上仍然使用淑郎早期论文中有关大气吸收和大气物理的旧插图，他的工作对理解气候和与之相应的气候变化是奠基性的。”康涅狄格州纽黑文市耶鲁大学地球与行星科学家、诺贝尔物理学委员会成员约翰·韦特劳弗（John Wettlaufer）说，“真锅在得知自己获奖后‘目瞪口呆’，说‘但我只是一名气候学家’。”

 

隐藏的秩序

 

帕里西早年从事粒子物理学，此后他的研究涉及了许多其他子领域。上世纪70年代末，他就将注意力转向了复杂系统的理论研究，并发现了多体相互作用中反常的隐藏秩序。比如在磁性材料等某些系统中，原子倾向于与相邻原子自旋方向相同，但复杂系统显然更难预测。罗马大学物理学家费德里科·里奇-特森吉（Federico Ricci-Tersenghi）说，帕里西仍然发现了这些原子满足某种对称性，并且只有在比较单个原子在不同尺度上的排列方式时该对称性才会显现。

 

帕里西曾经的学生、长期合作伙伴里奇-特森吉（Ricci-Tersenghi）评价道：“他提出了一种可观察和解释复杂现象且此前一直被忽略的理论方法”。他补充说，该理论即使对像玻璃结构那种乍一看完全随机的系统来说也非常有用。

 

韦特劳弗说，帕里西着眼于研究潜在的无序和振荡及预测涌现行为。他同时说道，帕里西与真锅和阿塞尔曼的工作共同发现了波动是可预测性的关键。“我们认识到，考虑个体的复杂的物理机制及耦合所有个体才能对涌现现象做出预测。”

 

库思为帕里西以及对理解气候至关重要的有关复杂系统的研究所获得的诺贝尔奖委员会的认可感到非常高兴。

 

里奇-特森吉说，帕里西在他的课题组里营造了一个快乐的氛围，一直鼓励他的学生听从自己内在的好奇心和研究兴趣。

 

在宣布获得诺贝尔奖时，帕里西告诉记者：“我非常开心，没有期待我会得奖。”他继续说道：“但我知道机会还是有的，所以把电话放在了身边。”

 

诺贝尔物理学奖在一关键的气候会议-11月在英国格拉斯哥召开的第26届联合国气候变化会议-举行之前颁发。“做出强有力的决定并迅速采取行动对我们来说刻不容缓”，谈及气候谈判时帕里西如是说，“为了子孙后代，我们现在必须迅速行动起来”。

 

当被问及诺贝尔奖委员会是否通过该奖项向世界各国领导人发出讯息时，为获奖者颁奖的斯德哥尔摩瑞典皇家科学院秘书长格兰·汉森（Göran Hansson）说道：“我们想说的是，对气候系统的建模是以物理学理论和固体物理学为坚实基础的”。他补充道：“全球气候变暖的预测是建立严谨的科学基础之上，这就是我们想发出的讯息。”

原文请见：https://www.nature.com/articles/d41586-021-02703-3

https://mp.weixin.qq.com/s/qJbrrcHKa6x10vO-ScAVNg