揪出全球變暖背后“真兇” 三位科學(xué)家獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)

所有復(fù)雜系統(tǒng)都由許多不同且相互作用的部分組成，物理學(xué)家已經(jīng)對(duì)它們展開了幾個(gè)世紀(jì)的研究，但很難用數(shù)學(xué)方法來描述它們——它們可能包含很多部分，也可能由偶然因素決定。這些復(fù)雜系統(tǒng)隨機(jī)、無序而混沌，比如天氣，初始值的微小偏差會(huì)導(dǎo)致結(jié)果迥然不同。

今年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了美國科學(xué)家真鍋淑郎、德國科學(xué)家克勞斯·哈塞爾曼和意大利科學(xué)家喬治·帕里西，以表彰他們?yōu)槲覀兝斫鈴?fù)雜物理系統(tǒng)所作出的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)。

其中一半獎(jiǎng)金授予真鍋淑郎和哈塞爾曼，以表彰他們“為地球的氣候進(jìn)行物理建模，量化其可變性并可靠地預(yù)測全球變暖”;另外一半獎(jiǎng)金授予帕里西，以表彰他“發(fā)現(xiàn)從原子到行星尺度的物理系統(tǒng)內(nèi)的無序和波動(dòng)的相互作用”。

這3位科學(xué)家迎難而上，創(chuàng)造性地提出了很多描述和預(yù)測它們長期行為的新方法，揭示了這些復(fù)雜系統(tǒng)背后隱藏的秘密，有助于人們更好地理解此類系統(tǒng)及其長期發(fā)展趨勢。

揪出全球變暖背后的“真兇”

一個(gè)對(duì)人類至關(guān)重要的復(fù)雜系統(tǒng)是地球氣候，真鍋淑郎揭示了地球大氣中二氧化碳含量的增加如何導(dǎo)致地球表面溫度升高。

真鍋淑郎介紹：“在20世紀(jì)60年代初，我們開發(fā)了一個(gè)大氣輻射對(duì)流模型，并探索了水蒸氣、二氧化碳和臭氧等溫室氣體在維持和改變大氣熱結(jié)構(gòu)中的作用，這是科學(xué)家們對(duì)全球變暖長期研究的開始。隨后的20世紀(jì)60年代末，我和同事開始開發(fā)一個(gè)大氣—海洋—陸地耦合系統(tǒng)的大氣環(huán)流模型，該模型最終成為模擬全球變暖的一個(gè)非常強(qiáng)大的工具，而我也一直在從事這一方面的研究。”

對(duì)一維模型的分析催生了三維氣候模型，該模型于1975年面世，成為理解氣候秘密道路上的又一個(gè)里程碑。

哈塞爾曼創(chuàng)建了一個(gè)將天氣和氣候聯(lián)系起來的模型，還開發(fā)出了新方法來鑒別自然現(xiàn)象和人類活動(dòng)在氣候變化中留下的“蛛絲馬跡”。他發(fā)現(xiàn)，太陽輻射、火山顆?；驕厥覛怏w濃度的變化會(huì)在氣候系統(tǒng)中留下獨(dú)特的信號(hào)，這些信號(hào)可以鑒別出來，而這種識(shí)別“指紋”的方法也可以應(yīng)用于人類對(duì)氣候系統(tǒng)的影響。他的方法被用來證明大氣溫度的升高是由于人類排放的二氧化碳。

在這兩位科學(xué)家研究的基礎(chǔ)上，氣候模型越來越精準(zhǔn)。這些模型清楚地顯示了溫室效應(yīng)在加速——自19世紀(jì)中葉以來，大氣中二氧化碳的濃度增加了40%。幾十萬年來，地球大氣中都沒有這么多二氧化碳。而且，溫度測量表明，過去150年全球變暖1℃。

自旋玻璃為復(fù)雜系統(tǒng)提供模型

到了1980年左右，人們對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的理解愈發(fā)深入。帕里西提出了他關(guān)于隨機(jī)現(xiàn)象如何受隱藏規(guī)則支配的發(fā)現(xiàn)，這被認(rèn)為是對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)理論最重要的貢獻(xiàn)之一。

他對(duì)自旋玻璃開展了深入研究。自旋玻璃是一種特殊類型的金屬合金，其中鐵原子隨機(jī)混合進(jìn)銅原子網(wǎng)格。每一個(gè)鐵原子的行為都像一個(gè)小磁鐵(或者說自旋)，受到靠近它的其他鐵原子的影響。在普通磁鐵中，所有自旋都指向同一方向，但在自旋玻璃中，一些自旋對(duì)想要指向同一方向，而另一些自旋對(duì)想要指向相反方向——那么它們?nèi)绾握业阶罴逊较蚰?

自旋玻璃的奇特性質(zhì)為復(fù)雜系統(tǒng)提供了一個(gè)模型，在這些系統(tǒng)中，各個(gè)部分必須在各種反作用力間達(dá)到平衡。帕里西對(duì)自旋玻璃結(jié)構(gòu)的基本發(fā)現(xiàn)非常深刻，使人們能夠理解和描述許多不同的、顯然完全隨機(jī)的材料和現(xiàn)象，不僅可用于物理學(xué)領(lǐng)域，而且在數(shù)學(xué)、生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域也“大顯身手”。

諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)委員會(huì)主席、瑞典皇家科學(xué)院院士托爾斯·漢斯·漢森強(qiáng)調(diào)說：“這3位科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)獲得了諾貝爾獎(jiǎng)的認(rèn)可，表明我們對(duì)氣候的認(rèn)識(shí)建立在堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)上，而且基于對(duì)觀測的嚴(yán)謹(jǐn)分析。他們的發(fā)現(xiàn)有助于我們更深入地了解復(fù)雜物理系統(tǒng)的性質(zhì)和演化。”

關(guān)鍵詞： 全球變暖 三位 科學(xué)家 獲得