三位科學家共享2021年諾貝爾物理學獎

全球變暖，和我們的生活息息相關，也因此一直備受關注。但全球變暖是如何發生的？人類在這個過程中又產生了多大的影響？這屆諾獎得主給出了答案。

北京時間10月5日下午，2021年度諾貝爾獎第二項大獎——物理學獎揭開面紗，美籍日裔科學家真鍋淑郎（Syukuro Manabe）、德國科學家克勞斯·哈塞爾曼（ Klaus Hasselmann）和意大利科學家喬治·帕里西（Giorgio Parisi ）共同斬獲這一榮譽，以表彰他們“對我們理解復雜物理系統的開創性貢獻”。

其中，真鍋淑郎和克勞斯·哈塞爾曼因“建立地球氣候的物理模型、量化其可變性并可靠地預測全球變暖”的相關研究，而共享一半獎項。雖然此前也有氣候學家獲得過其他諾貝爾獎項，但此次是諾貝爾物理學獎首次頒發給氣候物理學家。

資料顯示，真鍋淑郎1931年出生于日本新宮，1957年畢業于日本東京大學，現任美國普林斯頓大學高級氣象學家；哈塞爾曼1931年出生于德國漢堡，1957年畢業于德國哥廷根大學，現任德國漢堡馬克斯普朗克氣象研究所教授。兩人是全球變暖的科學基礎的主要奠定人。

1820年，法國數學家約瑟夫·傅里葉（Joseph Fourier）最早提出溫室效應的概念，1859年，愛爾蘭物理學家約翰·丁達爾（John Tyndall）測量了溫室氣體對紅外輻射的吸收能力，但關于全球變暖和溫室氣體之間關系，主要在定性意義上討論，缺乏明確的定量分析。

美籍日裔學者 真鍋淑郎

上世紀50年代開始，真鍋淑郎開始研究二氧化碳水平的增加如何導致溫度升高。他基于物理原理建立數值模式，證明了氧氣和氮氣對于地表溫度的影響可忽略不計，而二氧化碳則有明顯影響，當二氧化碳水平翻倍時，全球溫度升高了2攝氏度以上。

據諾獎委員會介紹，真鍋淑郎的成果大約在上世紀60年代完成，當時的計算機速度比現在慢了幾十萬倍，而他卻通過構建一個簡單有效的模式，解答了二氧化碳和氣候變暖之間的關系，并于1975年發表了該成果，被認為是“解密氣候變化的里程碑之一”。

值得一提的是，真鍋淑郎首次估算了未來的全球變暖幅度。他估計，從70年代到2000年，全球溫度將增加約0.57℃，實際全球溫度增加了0.54℃；他還評估了20世紀的可能增暖，估算從1900到2000的100年里，全球溫度增加幅度為0.8℃，這與實際值（0.72℃）非常接近。

真鍋淑郎的研究展示了大氣中二氧化碳含量的增加是如何導致地球表面溫度升高；而哈塞爾曼的部分研究，則被用于證明大氣溫度升高，是由于人類排放的二氧化碳引起的。

在真鍋淑郎的模型問世約10年后，哈塞爾曼在快速而混亂的天氣變化中找到了氣候變化的規律，他也創建了一個隨機模型，將天氣和氣候聯系起來，從而回答了為什么雖然天氣混沌多變，但氣候模型能可靠模擬氣候變化的問題。

德國學者 哈塞爾曼

同時，哈塞爾曼還發現，太陽輻射、火山顆?；驕厥覛怏w水平的變化在大氣變化中留下的獨特信號可以分離出來，并且，他的這些方法已被用來證明大氣溫度升高和人類排放的二氧化碳息息相關。同時，他還創建了一個隨機氣候模型，證明快速變化的大氣實際上會導致海洋的緩慢變化。

1967年，這兩位氣象學家共同發布的論文《給定相對濕度分布的大氣熱平衡》終結了二氧化碳是否是導致全球變暖的元兇的討論，同時建立了一個首次產生物理真實結果的氣候模式，他們用人類或自然變化導致地球能量平衡變化的數值來解釋了氣候變化原因。

也就是說，雖然人們在21世紀才開始接觸到全球變暖的概念，但在30年前，就已經有科學家證明了全球變暖和人類活動的相關性，為人們解決全球變暖的問題提供了一定的理論基礎。

意大利物理學家 喬治·帕里西

2021年諾貝爾物理學獎項的另一半，則頒給了喬治·帕里西，表彰他“發現了從原子到行星尺度的物理系統中無序和波動的相互作用”。

值得一提的是，和物理學獎頒給氣象學家爆了小冷門不同，拿走了一半獎金的帕里西在獎項公布前就是外界預測的大熱學者。此前，預測機構——科睿唯安公司（Clarivate Analytics）公布了其在生理學或醫學、物理學、化學及經濟學領域中評選出的熱門獲獎人選，帕里西就在其中。

資料顯示，帕里西1948年出生于意大利羅馬，1970年畢業于意大利羅馬大學，現任意大利羅馬 Sapienza 大學教授。1999年Dirac獎、2002年費米獎、2005年Heineman數學物理獎和2021年沃爾夫獎……帕里西獲得榮譽無數。作為一個理論物理學家，他的工作對物理科學的各個分支產生了巨大影響，涵蓋了粒子物理學、臨界現象、無序系統以及優化理論和數學物理學等領域。

1980年左右，帕里西通過分析“自旋玻璃”來對復雜系統進行研究，發現了明顯的隨機現象如何受隱秘法則的支配，奠定了復雜系統理論的基石。

所謂“自旋玻璃”，是指磁性合金材料的一種亞穩定狀態。如果我們觀察一種“自旋玻璃”合金材料中的原子運動，就會發現當中的鐵原子和銅原子隨機混合。材料中占比很少的鐵原子以一種令人迷惑的方式改變了整個材料的磁性，每個鐵原子都相當于一個小磁鐵，即一個“自旋”，同時受到身邊其他鐵原子影響。

在普通磁鐵中，所有“自旋”都指向同一個方向，而在“自旋玻璃”中，它們會“受挫”，有些“自旋”試圖指向同一個方向，而另一些則完全指向相反的方向。那么它們是如何找到最佳方向的？帕里西就在這些看似隨機的變化中，找到了其中的規律。

“研究‘自旋玻璃’就好像觀看莎士比亞所寫的人類悲劇，”帕里西說，“如果你想和兩個人同時交朋友，但他們彼此厭惡，這就令人受挫。”

帕里西的開創性發現使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，不僅對物理學影響深遠，也給數學、生物學、神經科學和機器學習等領域的研究帶來啟示。

從諾貝爾獎設立之初，物理學即被認為是推動科技、社會進步最重要的學科之一，諾貝爾物理學獎也被公認為“含金量十足”?！敖衲戢@得認可的發現表明，我們對氣候的了解建立在堅實的科學基礎之上，基于對觀測的嚴格分析。今年的獲獎者，都為我們更深入地了解復雜物理系統的特性和演化作出了貢獻。”諾貝爾物理學委員會主席托爾斯·漢斯漢森（Thors Hans Hansson）表示。

此外，據諾貝爾獎官網消息，今年，其他獎項的揭曉時間預計為：10月6日公布化學獎獲得者，10月7日公布文學獎獲得者，10月8日公布和平獎獲得者，10月11日揭曉經濟學獎獲得者。

（鈦媒體App編輯劉萌萌綜合自新華社、文匯客戶端、愛范兒、騰訊網等）

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