北京時間昨天傍晚，2021年諾貝爾物理學獎揭曉，今年諾貝爾物理學獎授予“對我們理解復雜系統(tǒng)的開創(chuàng)性貢獻”一半由美國科學家真鍋淑郎（Syukuro Manabe）和德國科學家克勞斯·哈塞爾曼（Klaus Hasselmann）獲得，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”；另一半由意大利科學家喬治·帕里西（Giorgio Parisi）獲得，表彰他“發(fā)現(xiàn)了從原子到行星尺度的物理系統(tǒng)中無序和波動之間的相互作用”。
復雜系統(tǒng)的特點是隨機性和無序性，難以理解。今年的獎項表彰描述它們和預測它們長期行為的新方法。
地球氣候是一個對人類至關重要的復雜系統(tǒng)。真鍋淑郎展示了大氣中二氧化碳含量的增加如何導致地球表面溫度升高。在1960年代，他領導了地球氣候物理模型的開發(fā)，并且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。他的工作為當前氣候模型的發(fā)展奠定了基礎。
大約十年后，克勞斯·哈塞爾曼創(chuàng)建了一個將天氣和氣候聯(lián)系在一起的模型，從而回答了為什么氣候模型在天氣多變且混亂的情況下仍然可靠的問題。他還開發(fā)了識別特定信號、指紋的方法，自然現(xiàn)象和人類活動都在氣候中留下印記。他的方法已被用來證明大氣溫度升高是由于人類排放的二氧化碳。
1980年左右，喬治·帕里西在無序的復雜材料中發(fā)現(xiàn)了隱藏的模式。他的發(fā)現(xiàn)是對復雜系統(tǒng)理論最重要的貢獻之一。它們使理解和描述許多不同的、顯然完全隨機的材料和現(xiàn)象成為可能，不僅在物理學中，而且在其他非常不同的領域，如數(shù)學、生物學、神經科學和機器學習。
“今年獲得認可的發(fā)現(xiàn)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(tǒng)的特性和演化做出了貢獻?！敝Z貝爾物理學委員會主席托爾斯·漢斯·漢森說。
為復雜世界尋找最簡科學規(guī)律
喬治·帕里西摘得諾獎并不意外。實際上這位科學家學術主頁現(xiàn)實的引用次數(shù)已經超過9萬，此前他斬獲了除諾獎之外的幾乎所有科學獎項中的物理學獎。“帕里西是非常有影響力的理論物理學家，他通過統(tǒng)計物理和復雜系統(tǒng)的方法開展研究”，上海交通大學自然科學研究院和物理與天文學院教授張何朋解釋，“一般晶體中的原子按照周期性結構排列，但很多復雜系統(tǒng)沒有這種晶體中的空間序、且處在隨機性很強的熱力學非平衡態(tài)，這使得一些傳統(tǒng)的物理研究方法難以在復雜系統(tǒng)中奏效，但帕里西發(fā)展了很多方法研究無序、隨機的復雜系統(tǒng)?！?/p>
今年帕里西還獲得沃爾夫獎，頒獎詞這樣評價：“他的工作對物理學不同分支有極大的影響，包括粒子物理、臨界現(xiàn)象、無序系統(tǒng)、以及優(yōu)化理論和數(shù)學物理?！?張何朋認為，復雜系統(tǒng)的研究進展需要多學科的融合和交叉；隨著大數(shù)據、計算能力等方面的發(fā)展，這一領域也將迎來快速推進，幫助科學家探索出更好地探究真實世界的新研究范式。
值得注意的是，帕里西的研究非常有趣，有些超出了傳統(tǒng)物理研究的范疇，比如紙張燃燒后不規(guī)則的邊界、和諧飛舞的鳥群等?！斑@些起源于生物學和材料學的問題至今還未有完整的解答，物理學家積極介入這些交叉研究，試圖為復雜問題尋找到最簡單、最普適的模型和機制，幫助人類更好地認識世界”，張何朋說，而目前，這些領域也有中國科研團隊在努力。
關于諾貝爾物理學獎
諾貝爾物理學每年評選和頒發(fā)一次，其中有6年因故停發(fā)（1916年、1931年、1934年、1940-1942年）。截至2020年，諾貝爾物理學獎共頒發(fā)114次，共有215人獲得該獎。美國物理學家約翰·巴丁，因晶體管效應和超導的BCS理論在1956年和1972年兩度獲獎，是唯一一位“梅開二度”的科學家。
2020年，諾貝爾物理學獎的一半由羅杰·彭羅斯獲得，另一半由萊因哈德·根澤爾和安德里亞·格茲共同獲得。三位科學家因發(fā)現(xiàn)了銀河系中心的超大質量致密天體而獲獎?？Х葞熞矎氖澜珥敿饪茖W家論壇（WLF）獲悉，萊因哈德·根澤爾已經應邀出席11月初召開的第四屆世界頂尖科學家論壇，并在大師講堂上分享自己的黑洞研究。
數(shù)據顯示：諾貝爾物理學獎僅授予1人的，出現(xiàn)了47次；授予兩人的，共出現(xiàn)了32次；授予三人的，出現(xiàn)了35次。近年來，兩人或者三人獲獎的頻率大大增加，上一次獨享諾貝爾物理學獎的物理學家還要追溯到1992年獲獎的喬治·夏帕克。
迄今為止，最年輕的諾貝爾物理學獎獲得者是威廉·勞倫斯·布拉格，獲獎時是25歲。1915年，他和他的父親威廉·亨利·布拉格同時獲獎；2018年，亞瑟·阿斯金以96歲高齡獲獎，是諾貝爾物理學獎得主中的最年長者。
統(tǒng)計表明：諾貝爾物理學獎得主中，20-29歲的僅1人；30-39歲的有23人；40-49歲的獲獎人數(shù)最多，達到了55人；50-59歲也是獲得諾貝爾物理學獎的“高峰期”，有52人；60-69歲有43人；70-79歲有26人；80-89歲出現(xiàn)了15位獲獎者；而90-99歲同樣僅1人。
歷史上曾有4名女性獲得諾貝爾物理學獎，分別是我們熟知的“居里夫人”瑪麗·居里、德裔美國物理學家瑪麗亞格佩特·梅耶、2018年的得主唐娜·斯特里克蘭和去年的得主安德里亞·格茲。其中，瑪麗·居里兩度獲得諾獎。1903年，居里夫婦和貝克勒爾由于對放射性的研究而共同獲得諾貝爾物理學獎。1911年，居里夫人因發(fā)現(xiàn)元素釙和鐳再次獲得諾貝爾化學獎，成為世界上第一個兩獲諾貝爾獎的人。
有學者表示，相較其它自然科學獎項，諾貝爾物理學獎的規(guī)律性較為明顯：宇宙天體物理學、粒子物理學、原子分子及光物理學和凝聚態(tài)物理學這四大領域輪番登場。不過近幾年，天體物理登臺頻率較高——2015年是粒子物理成果獲獎；
2016年是凝聚態(tài)物理成果獲獎；
2017年是宇宙天體物理成果獲獎；
2018年獲獎的是原子分子及光物理學范疇；
2019年是宇宙天體物理學范疇；
2020年的獲獎成果又落在了宇宙天體物理學領域。
“照亮世界的新光”
身邊的這些諾獎成果，你知道多少？
不止于仰望頭頂星空，諾貝爾物理學獎得主們的研究成果，也深刻影響著每個人的生活。
新冠疫情期間，當你與千里之外的親友通話報平安，又或上網查找防控措施資料時，可曾想到，這些習以為常的便捷，其實都與2009年諾獎得主高錕有關。
素有“光纖之父”之稱的他，早在1966年，就取得了光纖物理學上的突破性成果，計算出如何使光在光導纖維中進行遠距離傳輸，最終促使光纖通信系統(tǒng)問世，為互聯(lián)網的發(fā)展鋪平道路。
資料圖：諾貝爾物理學獎得主、“光纖之父”高錕。香港中大供圖
而法國科學家熱拉爾?穆魯和加拿大科學家唐娜?斯特里克蘭，則通過“駕馭”光，在激光物理學領域取得突破性貢獻，由此獲得2018年諾貝爾物理學獎。
他們研究的新技術被稱為“啁啾脈沖放大”(CPA)，被應用于物理、化學以及醫(yī)學等眾多領域，例如需要分毫不差地在眼球上進行操作的激光視力矯正手術。
日本科學家赤崎勇、日裔美國科學家中村修二及日本科學家天野浩開發(fā)了藍色發(fā)光二極管(LED)，并因此為世界帶來了明亮、節(jié)能的白色光源。
諾貝爾評獎委員會認為，全球數(shù)億人無法接入電網，LED燈為解決這些問題“提供了極其光明的前景?！逼溲芯砍删停惨虼吮恍稳轂椤罢樟潦澜绲男鹿狻?。
資料圖：瑞典斯德哥爾摩，2018諾貝爾物理學獎得主唐娜·斯特里克蘭(Donna Strickland)展示其簽名的椅子。
數(shù)說諾獎
6位華人科學家斬獲殊榮
自1901年至2020年，諾貝爾物理學獎頒發(fā)了114次，共216人獲獎，其中僅4名女性。
25歲和96歲：最年輕的得主是勞倫斯?布拉格，1915年獲獎時僅25歲。最年長的為2018年諾獎得主阿瑟?阿什金，他獲獎時已96歲。
一對夫婦檔：1903年，廣為人們熟知的居里夫婦因對放射性現(xiàn)象的研究獲獎。
6位華人科學家：包括李政道、楊振寧、丁肇中、朱棣文、崔琦和高琨。
