2021年諾貝爾物理學(xué)獎授予：Syukuro Manabe、物理Klaus Hasselmann和Giorgio Parisi
（神秘的學(xué)獎北京同城外圍約炮外圍上門外圍女（電話微信181-8279-1445）一二線城市上門真實(shí)可靠快速安排30分鐘到達(dá)地球uux.cn報(bào)道）據(jù)中國物理學(xué)會期刊網(wǎng)：北京時(shí)間10月5日下午5點(diǎn)45分，瑞典皇家科學(xué)院宣布將2021年諾貝爾物理學(xué)獎授予：美國物理學(xué)家Syukuro Manabe、授予德國物理學(xué)家Klaus Hasselmann、年諾意大利物理學(xué)家Giorgio Parisi。物理2021年諾貝爾物理學(xué)獎授予“對我們理解復(fù)雜系統(tǒng)作出開創(chuàng)性貢獻(xiàn)”。學(xué)獎
獲獎理由
其中一半為表彰Syukuro Manabe和Klaus Hasselmann，授予原因?yàn)椤坝糜诘厍驓夂虻哪曛Z物理建模，量化變異性和可靠預(yù)測全球變暖”（for the physical moDELLing of Earth’s climate，物理 quantifying variability and 學(xué)獎reliably predicting global warming）。
另一半頒發(fā)給Giorgio Parisi，授予獲獎原因“發(fā)現(xiàn)從原子到行星尺度的年諾物理系統(tǒng)紊亂和波動的相互作用”（for the discovery of the interplay of disorder and fluctuations in physical systems from atomic to planetary scales）。
氣候和其他復(fù)雜現(xiàn)象的物理物理學(xué)
NOBEL PRIZE
三位獲獎?wù)叻窒砹私衲甑闹Z貝爾物理學(xué)獎，因?yàn)樗麄儗靵y和明顯隨機(jī)現(xiàn)象的學(xué)獎研究。Syukuro Manabe和Klaus Hasselmann為我們了解地球氣候以及人類如何影響地球氣候奠定了基礎(chǔ)。Giorgio Parisi因?qū)o序材料和隨機(jī)過程理論的革命性貢獻(xiàn)而得到獎勵。
復(fù)雜的系統(tǒng)具有隨機(jī)性和紊亂的特點(diǎn)，難以理解。今年的獎項(xiàng)表彰了描述他們和預(yù)測他們長期行為的新方法。
對人類至關(guān)重要的一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)是地球的氣候。Syukuro Manabe展示了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。20世紀(jì)60年代，他領(lǐng)導(dǎo)了地球氣候物理模型的開發(fā)，并成為第一個(gè)探索輻射平衡與空氣質(zhì)量垂直傳輸之間相互作用的人。他的工作為發(fā)展目前的氣候模型奠定了基礎(chǔ)。
大約十年后，Klaus Hasselmann創(chuàng)建了一個(gè)將天氣和氣候聯(lián)系起來的模型，從而回答了為什么氣候模型可以可靠，盡管天氣多變和混亂的問題。他還開發(fā)了識別特定信號、指紋的方法，這些信號是自然現(xiàn)象和人類活動在他氣候中留下的印記。他的方法被用來證明大氣中溫度的升高是由于人類排放的二氧化碳造成的。
1980年左右，Giorgio Parisi在無序的復(fù)雜材料中發(fā)現(xiàn)了隱藏的圖案。他的發(fā)現(xiàn)是復(fù)雜系統(tǒng)理論最重要的貢獻(xiàn)之一。它們使得理解和描述許多不同和顯然完全隨機(jī)的材料和現(xiàn)象成為可能，不僅在物理學(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)等其他非常不同的領(lǐng)域也是如此。
“今年被確認(rèn)的發(fā)現(xiàn)表明，我們對氣候的了解建立在一個(gè)堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)上，基于對觀測的嚴(yán)格分析。今年的獲獎?wù)叨加兄谖覀兏钊氲亓私鈴?fù)雜物理系統(tǒng)的特性和演變，”諾貝爾物理學(xué)委員會主席Thors Hans Hansson說。
獲獎人詳細(xì)信息
NOBEL PRIZE
真鍋 淑郎（Syukuro Manabe），北京同城外圍約炮外圍上門外圍女（電話微信181-8279-1445）一二線城市上門真實(shí)可靠快速安排30分鐘到達(dá) 1931年出生于日本新谷。1957年畢業(yè)于日本東京大學(xué)。美國普林斯頓大學(xué)高級氣象學(xué)家。
克勞斯·哈塞爾曼（Klaus Hasselmann）， 1931年出生于德國漢堡。1957年畢業(yè)于德國哥廷根大學(xué)。德國漢堡馬克斯·普朗克氣象研究所教授。
喬治·帕里西（Giorgio Parisi）， 1948年出生于羅馬。意大利。1970年畢業(yè)于意大利羅馬薩皮恩扎大學(xué)。意大利羅馬薩皮恩扎大學(xué)教授
相關(guān)報(bào)道：2021諾貝爾物理學(xué)獎為什么頒給他們？人類真的正讓地球變暖
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)新浪科技：2021年諾貝爾物理學(xué)獎授予Syukuro Manabe，Klaus Hasselmann和Giorgio Parisi，獲獎理由：對我們對復(fù)雜物理系統(tǒng)的理解做出了突破性貢獻(xiàn)。Syukuro Manabe與Klaus Hasselmann共同獲得了一半的諾貝爾物理學(xué)獎，獲獎理由：建立了地球氣候的物理模型，能夠量化變化情況、以及可靠預(yù)測全球變暖。
諾貝爾物理學(xué)獎另一半授予Giorgio Parisi，獲獎理由：發(fā)現(xiàn)從原子級到行星級尺度物理系統(tǒng)的無序性與波動之間的相互作用。
簡短解讀：
研究氣候和其他復(fù)雜現(xiàn)象的物理學(xué)
三位物理學(xué)家因?yàn)樗麄儗煦绾碗S機(jī)現(xiàn)象的研究而分享了今年的諾貝爾物理學(xué)獎。Syukuro Manabe和Klaus Hasselmann為我們了解地球氣候以及人類對氣候的影響奠定了基礎(chǔ)。Giorgio Parisi因其對無序物質(zhì)和隨機(jī)過程理論的突破性貢獻(xiàn)而獲獎。
復(fù)雜系統(tǒng)具有隨機(jī)性和無序性，令人難以理解。今年的諾貝爾獎表彰了描述復(fù)雜系統(tǒng)及預(yù)測其長期行為的新方法。
地球氣候是一個(gè)對人類至關(guān)重要的復(fù)雜系統(tǒng)。Manabe Syukuro展示了大氣中二氧化碳含量增加如何導(dǎo)致地球表面溫度升高的過程。20世紀(jì)60年代，他領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)了地球氣候的物理模型，成為第一個(gè)探索輻射平衡和氣團(tuán)垂直輸送之間相互作用的人。他的工作為當(dāng)前氣候模型的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
大約十年后，Klaus Hasselmann創(chuàng)建了一個(gè)將天氣和氣候聯(lián)系在一起的模型，回答了在天氣多變和混亂的背景下，這些氣候模型依然可靠的原因。他還開發(fā)了識別自然現(xiàn)象和人類活動在氣候中留下特定印記信號，即“指紋”的方法。利用這些方法，眾多研究者已經(jīng)證明了大氣溫度的升高是由于人類排放的二氧化碳。
大約在1980年，Giorgio Parisi在無序的復(fù)雜物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)了隱藏的模式。他的發(fā)現(xiàn)是對復(fù)雜系統(tǒng)理論最重要的貢獻(xiàn)之一，使理解和描述許多不同的、顯然完全隨機(jī)的物質(zhì)和現(xiàn)象成為可能，并且不僅局限于物理領(lǐng)域。在其他非常不同的領(lǐng)域，如數(shù)學(xué)、生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)中，這些理論也發(fā)揮了重要作用。
諾貝爾物理學(xué)委員會主席Thors Hans Hansson說：“今年獲獎的這幾項(xiàng)發(fā)現(xiàn)表明，我們關(guān)于氣候的知識基于堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)，以及對觀測結(jié)果的嚴(yán)格分析。今年的獲獎?wù)叨紴槲覀兩钊肓私鈴?fù)雜物理系統(tǒng)的特性和演變做出了貢獻(xiàn)。”
深度解讀：
溫室效應(yīng)對生命至關(guān)重要
200年前，法國物理學(xué)家約瑟夫·傅里葉對太陽向地表發(fā)出的輻射、以及從地表向外發(fā)出的輻射之間的能量平衡展開了研究，弄清了地球大氣在這一平衡中扮演的角色：在地球表面，地球接收的太陽輻射會轉(zhuǎn)化為向外發(fā)出的輻射（即所謂的“暗熱量”），這些輻射會被大氣吸收，從而對大氣起到加溫作用。大氣發(fā)揮的這種保護(hù)作用如今被稱作“溫室效應(yīng)”。太陽的熱量可以透過大氣到達(dá)地表，但會被困在大氣層內(nèi)部。不過，大氣中的輻射過程還遠(yuǎn)比這復(fù)雜得多。
科學(xué)家的任務(wù)與傅里葉當(dāng)年差不多——弄清向地球發(fā)出的短波太陽輻射與地球向外發(fā)出的長波紅外輻射之間的平衡關(guān)系。在接下來200年間，多名氣候科學(xué)家紛紛貢獻(xiàn)了更多的細(xì)節(jié)信息。當(dāng)代氣候模型更是為科學(xué)家提供了極為強(qiáng)大的工具，不僅幫助我們進(jìn)一步理解了地球的氣候，還讓我們得以了解由人類導(dǎo)致的全球變暖。
這些模型都是建立在物理定律的基礎(chǔ)上的，由天氣預(yù)測模型發(fā)展而來。天氣通過溫度、降水、風(fēng)或云等氣象物理量描述，受海洋和陸地活動影響。氣候模型則建立在通過計(jì)算得出的天氣統(tǒng)計(jì)特征基礎(chǔ)之上，如平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最高與最低值等等。這些模型雖無法準(zhǔn)確告訴我們明年12月10日斯德哥爾摩的天氣如何，但可以讓我們對斯德哥爾摩在12月的氣溫和降水情況獲得一定了解。
確定二氧化碳的作用
溫室效應(yīng)對地球上的生命至關(guān)重要。它控制溫度，因?yàn)榇髿庵械臏厥覛怏w——二氧化碳、甲烷、水蒸氣和其他氣體——會首先吸收地球的紅外輻射，然后釋放該吸收的能量，加熱周圍和下方的空氣。
溫室氣體實(shí)際上只占地球干燥大氣的一小部分。地球的干燥大氣中99%為氮?dú)夂脱鯕猓趸计鋵?shí)僅占0.04%。最強(qiáng)大的溫室氣體是水蒸氣，但我們無法控制大氣中水蒸氣的濃度，而二氧化碳的濃度則是可以控制的。
大氣中的水蒸氣含量高度依賴于溫度，進(jìn)而形成反饋機(jī)制。大氣中的二氧化碳越多，溫度越高，空氣中的水蒸氣含量也就越高，從而增加溫室效應(yīng)，導(dǎo)致溫度進(jìn)一步升高。如果二氧化碳含量水平下降，部分水蒸氣會凝結(jié)，溫度也隨之下降。
關(guān)于二氧化碳影響的一塊重要拼圖來自瑞典的研究人員和諾貝爾獎獲得者Svante Arrhenius。順便提一下，他的同事、氣象學(xué)家Nils Ekholm，在1901年，率先使用溫室這個(gè)詞來描述大氣的熱量儲存和再輻射。
Arrhenius通過十九世紀(jì)末的溫室效應(yīng)弄清楚了該現(xiàn)象背后的物理學(xué)原理——向外輻射與輻射體的絕對溫度（T）的四次方（T⁴）成正比。輻射源越熱，射線的波長越短。太陽的表面溫度為6000°C，主要發(fā)射可見光譜中的射線。地球表面溫度僅為15°C，會再次輻射我們看不見的紅外輻射。如果大氣不吸收這種輻射，地表溫度幾乎不會超過–18°C。
Arrhenius實(shí)際上是想找出導(dǎo)致最近發(fā)現(xiàn)的冰河時(shí)代現(xiàn)象的背后原因。他得出的結(jié)論是，如果大氣中的二氧化碳水平減半，這足以讓地球進(jìn)入一個(gè)新的冰河時(shí)代。反之亦然——二氧化碳量增加一倍，會使地球溫度升高5-6°C，這個(gè)結(jié)果在某種程度上與目前的估計(jì)值驚人地接近。
開創(chuàng)性的二氧化碳效應(yīng)模型
20世紀(jì)50年代，日本大氣物理學(xué)家Syukuro Manabe和東京大學(xué)其他一些年輕而有才華的研究人員一樣，選擇離開被戰(zhàn)爭摧毀的日本，前往美國繼續(xù)其職業(yè)生涯。他的研究目的和70年前的瑞典科學(xué)家斯萬特·阿倫尼烏斯一樣，都是為了理解二氧化碳水平的增加如何導(dǎo)致氣溫的上升。不過，彼時(shí)的阿倫尼烏斯專注于輻射平衡，Manabe則在20世紀(jì)60年代領(lǐng)導(dǎo)了相關(guān)物理模型的發(fā)展，將對流造成的氣團(tuán)垂直輸送以及水蒸氣的潛熱納入其中。
為了使這些計(jì)算易于進(jìn)行，Manabe選擇將模型縮減為一維，即一個(gè)垂直的圓柱體，進(jìn)入大氣層40公里。即便如此，通過改變大氣中的氣體濃度來測試模型還是花費(fèi)了數(shù)百小時(shí)的寶貴計(jì)算時(shí)間。氧和氮對地表溫度的影響可以忽略不計(jì)，而二氧化碳的影響非常明顯：當(dāng)二氧化碳水平翻倍時(shí)，全球溫度上升超過2攝氏度。
該模型證實(shí)，這種升溫確實(shí)是由二氧化碳濃度增加導(dǎo)致的；它預(yù)測了靠近地面的溫度上升，而上層大氣的溫度變低。如果太陽輻射的變化是溫度升高的原因，那么整個(gè)大氣應(yīng)該在同一時(shí)間被加熱。
60年前，計(jì)算機(jī)的速度比現(xiàn)在慢了幾十萬倍，因此這個(gè)模型相對簡單，但Manabe掌握了正確的關(guān)鍵特征。他指出，模型必須一直簡化，你無法與自然界的復(fù)雜性競爭——每一滴雨都涉及到如此多的物理因素，因此不可能完全計(jì)算出一切。在一維模型的基礎(chǔ)上，Manabe在1975年發(fā)表了一個(gè)三維氣候模型，這是揭開氣候系統(tǒng)奧秘道路上的又一個(gè)里程碑。
混亂的天氣
在Manabe之后大約十年，Klaus Hasselmann通過找到一種方法來戰(zhàn)勝快速而混亂的天氣變化（這些變化對計(jì)算而言極其麻煩），成功地將天氣和氣候聯(lián)系在一起。我們地球的天氣發(fā)生巨大變化，是因?yàn)樘栞椛湓诘乩砩虾蜁r(shí)間上的分布十分地不均勻。地球是圓的，所以到達(dá)高緯度地區(qū)的太陽光比到達(dá)赤道附近低緯度地區(qū)的太陽光要少。不僅如此，地球的地軸也是傾斜的，從而在入射輻射中產(chǎn)生季節(jié)性差異。暖空氣和冷空氣之間的密度差異導(dǎo)致了不同緯度之間、海洋和陸地之間、高低氣團(tuán)之間的巨大熱量傳輸，從而形成了我們地球上的天氣。
眾所周知，對未來十天以上的天氣做出可靠的預(yù)測是一大挑戰(zhàn)。二百年前，法國著名科學(xué)家皮埃爾-西蒙·德·拉普拉斯曾說，如果我們知道宇宙中所有粒子的位置和速度，就應(yīng)該可以計(jì)算出在我們世界中發(fā)生了什么和將要發(fā)生的事情。原則上，應(yīng)該是這樣；牛頓三個(gè)世紀(jì)以來的運(yùn)動定律（也描述了大氣中的空氣傳輸）是完全確定的——不受偶然的支配。
然而，就天氣而言，就完全是另一回事了。部分原因在于，在實(shí)踐中，我們不可能做到足夠精確——說明大氣中每個(gè)點(diǎn)的氣溫、壓力、濕度或風(fēng)況。此外，方程是非線性的；初始值的微小偏差可以讓天氣系統(tǒng)以完全不同的方式演變。基于蝴蝶在巴西扇動翅膀是否會在德克薩斯州引起龍卷風(fēng)這個(gè)問題，這種現(xiàn)象被命名為蝴蝶效應(yīng)。在實(shí)踐中，這意味著不可能給出長期的天氣預(yù)報(bào)，也就是說天氣十分混亂；這是在上世紀(jì)六十年代由美國氣象學(xué)家Edward Lorenz發(fā)現(xiàn)的，他為今天的混沌理論奠定了基礎(chǔ)。
理解嘈雜數(shù)據(jù)
盡管天氣是一個(gè)典型的混亂系統(tǒng)，但我們?nèi)绾尾拍芙⒛軌蝾A(yù)測未來數(shù)十年、甚至數(shù)百年的可靠氣候模型呢？1980年前后，Klaus Hasselmann提出了如何將不斷變化的混沌天氣現(xiàn)象描述為快速變化的噪音，從而為進(jìn)行長期氣候預(yù)測奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。此外，他還提出了一些確定人類對全球溫度造成的影響的方法。
上世紀(jì)50年代，Klaus Hasselmann在德國漢堡攻讀物理學(xué)博士，專攻流體力學(xué)，隨后開始建立海浪和洋流的觀測與理論模型。后來他遷居至美國加州，繼續(xù)開展海洋學(xué)研究，并且認(rèn)識了查爾斯·大衛(wèi)·基林等同事。基林從1958年開始在夏威夷的莫納羅亞天文臺持續(xù)測量大氣中的二氧化碳含量。Klaus Hasselmann當(dāng)時(shí)還不知道，自己在日后的工作中會頻繁用到體現(xiàn)二氧化碳水平變化的“基林曲線”。
從充滿噪聲的天氣數(shù)據(jù)中建立氣候模型就像遛狗一樣：狗有時(shí)會掙脫牽引繩，有時(shí)會跑在你前面、或者跑在你后面，有時(shí)會與你并肩前行，有時(shí)則會繞著你的腿跑。你能從狗的運(yùn)動軌跡中看出你是在走路還是站立不動嗎？或者能看出你是在快步行走還是小步慢走嗎？狗的運(yùn)動軌跡就像天氣變化，你的行進(jìn)軌跡就像通過計(jì)算得出的氣候。我們能否用這些混亂的、充滿噪聲的天氣數(shù)據(jù)，總結(jié)出氣候的長期趨勢呢？
還有一大難點(diǎn)在于，影響氣候的波動情況極易發(fā)生變化，這些變化可能很快，比如風(fēng)的強(qiáng)度或空氣溫度；也可能很慢，比如冰蓋融化和海洋溫度升高。例如，海洋整體溫度需一千年才能上升一度，但大氣只需幾周即可。關(guān)鍵在于，要將快速的天氣變化作為噪聲整合進(jìn)對氣候的計(jì)算中，并體現(xiàn)出這些噪聲對氣候的影響。
Klaus Hasselmann創(chuàng)造了一套隨機(jī)氣候模型，將這些變化的可能性都整合進(jìn)了模型中。其靈感來自愛因斯坦的布朗運(yùn)動理論。他利用該理論說明，大氣的快速變化其實(shí)可以導(dǎo)致海洋的緩慢變化。
識別人類影響的痕跡
在完成氣候變化模型之后，Hasselmann又開發(fā)了識別人類對氣候系統(tǒng)影響的方法。他發(fā)現(xiàn)，這些模型，連同觀測結(jié)果和理論結(jié)果，都包含了關(guān)于噪聲和信號特性的充分信息。例如，太陽輻射、火山顆粒或溫室氣體水平的變化都會留下獨(dú)特的信號，即“指紋”，而且這些信號可以被分離出來。這種識別指紋的方法也可以應(yīng)用于人類對氣候系統(tǒng)的影響。Hasselman因此為進(jìn)一步的氣候變化研究鋪平了道路。通過大量的獨(dú)立觀測，這些研究展示了人類對氣候影響的大量痕跡。
隨著氣候系統(tǒng)中復(fù)雜相互作用的過程被更徹底地繪制出來，尤其是有了衛(wèi)星測量和天氣觀測的幫助，氣候模型變得越來越完善。這些模型清楚地顯示出溫室效應(yīng)正在加速：自19世紀(jì)中期以來，大氣中的二氧化碳含量增加了40%。地球的大氣已經(jīng)有幾十萬年沒有如此多的二氧化碳了。相應(yīng)地，溫度測量顯示，在過去150年里，地球溫度上升了1攝氏度。
Syukuro Manabe和Klaus Hasselmann為人類作出了巨大貢獻(xiàn)，為我們了解地球氣候提供了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)，這也正體現(xiàn)了阿爾弗雷德·諾貝爾的精神。我們不能再說自己對氣候變化一無所知了，因?yàn)檫@些氣候模型的結(jié)果是非常明確的。地球正在變暖嗎？是的。地球變暖是大氣中溫室氣體含量增加導(dǎo)致的嗎？是的。這一切能僅僅用自然因素來解釋嗎？不能。人類活動所排放的氣體是氣溫升高的原因嗎？是的。
針對無序系統(tǒng)的方法
1980年左右，Giorgio Parisi展示了他的發(fā)現(xiàn)，即隨機(jī)現(xiàn)象顯然受隱藏規(guī)則支配。他的工作如今被認(rèn)為是對復(fù)雜系統(tǒng)理論最重要的貢獻(xiàn)之一。
復(fù)雜系統(tǒng)的現(xiàn)代研究基于十九世紀(jì)下半葉由James C。 Maxwell、Ludwig Boltzmann和J。 Willard Gibbs提出的統(tǒng)計(jì)力學(xué)，他們在1884年將這一領(lǐng)域命名為“統(tǒng)計(jì)力學(xué)”。統(tǒng)計(jì)力學(xué)從下面這一見解發(fā)展而來，即需要一種新的方法來描述由大量粒子組成的系統(tǒng)，例如氣體或液體。這種方法必須考慮到粒子的隨機(jī)運(yùn)動，所以其基本思想是計(jì)算粒子的平均效應(yīng)，而不是單獨(dú)研究每個(gè)粒子。例如，氣體中的溫度是氣體粒子能量平均值的量度。統(tǒng)計(jì)力學(xué)取得了巨大的成功，因?yàn)樗鼮闅怏w和液體的宏觀特性（如溫度和壓力）提供了微觀解釋。
氣體中的粒子可以被視為微小的球，隨著溫度的升高而增加移動的速度。當(dāng)溫度下降或壓力增加時(shí)，小球首先凝結(jié)成液體，再凝結(jié)成固體。這種固體通常是晶體，其中的小球按規(guī)則排列。但是，如果這種變化發(fā)生得很快，小球可能會形成不規(guī)則的圖案，即使液體進(jìn)一步冷卻或擠壓在一起，該圖案也不會改變。如果重復(fù)該實(shí)驗(yàn)，盡管變化以完全相同的方式發(fā)生，但小球仍將呈現(xiàn)出新的圖案。為什么結(jié)果會不同呢？
理解物理系統(tǒng)的復(fù)雜性
這些壓縮球體是普通玻璃和顆粒狀材料（如沙子或礫石）的簡單模型。然而，Parisi的原始模型的對象是另一個(gè)截然不同的系統(tǒng)——自旋玻璃。這是一種特殊的磁性金屬合金亞穩(wěn)定狀態(tài)，其中某種金屬原子，比如鐵原子，會被隨機(jī)混合到銅原子的網(wǎng)格中。即使只有幾個(gè)鐵原子，它們也會以一種令人費(fèi)解的方式徹底改變材料的磁性。每個(gè)鐵原子的行為——或者稱為“自旋”——表現(xiàn)得就像一個(gè)小磁鐵，受其附近其他鐵原子的影響。在普通的磁體中，所有的自旋都指向同一方向，但在自旋玻璃中，情況就不一樣了：一些自旋對會指向相同的方向，另一些則指向相反的方向——那么它們是如何找到最佳方向的呢？
Parisi在關(guān)于旋轉(zhuǎn)玻璃的著作的序言中寫道，研究旋轉(zhuǎn)玻璃就像觀看莎士比亞戲劇中的人類悲劇。如果你想同時(shí)和兩個(gè)人交朋友，但他們互相討厭對方，結(jié)果就可能令人沮喪。在經(jīng)典悲劇中，感情強(qiáng)烈的朋友和敵人在舞臺上相遇，情況就更是如此。那么，怎樣才能把房間里的緊張氣氛降到最低？
自旋玻璃及其奇異的性質(zhì)為復(fù)雜系統(tǒng)提供了參考模型。20世紀(jì)70年代，許多物理學(xué)家，包括幾位諾貝爾獎得主，都在尋找某種方法來描述這種神秘而令人沮喪的旋轉(zhuǎn)玻璃。他們使用的方法之一是“副本方法”，是一種研究無序態(tài)體系時(shí)所用的數(shù)學(xué)技巧，可以在同一時(shí)間內(nèi)處理系統(tǒng)的許多副本。然而，從物理學(xué)的角度來說，最初的計(jì)算結(jié)果并不可行。
1979年，Parisi取得了決定性的突破，他展示了如何巧妙地利用副本方法來解決自旋玻璃問題。他在這些副本中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)隱藏的結(jié)構(gòu)，并找到了一種描述它的數(shù)學(xué)方法。在很多年之后，Parisi的解才在數(shù)學(xué)上被證明是正確的。此后，他的方法被用于許多無序系統(tǒng)，成為復(fù)雜系統(tǒng)理論的基石。
受挫當(dāng)一個(gè)自旋向上而另一個(gè)自旋向下時(shí)，第三個(gè)自旋則不能同時(shí)滿足前兩個(gè)，因?yàn)橄噜彽淖孕赶虿煌姆较颉Ｗ孕绾握业阶罴逊较颍縂iorgio Parisi是回答關(guān)于許多不同材料和現(xiàn)象的這些問題的大師。
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自旋玻璃自旋玻璃這是一種特殊的磁性金屬合金亞穩(wěn)定狀態(tài)，其中某種金屬原子，比如鐵原子，會被隨機(jī)混合到銅原子的網(wǎng)格中。每個(gè)鐵原子的行為——或者稱為“自旋”——表現(xiàn)得就像一個(gè)小磁鐵，受其附近其他鐵原子的影響。然而，在自旋玻璃中，它們的自旋會受挫，很難選擇指向哪個(gè)方向。通過對自旋玻璃的研究，Parisi發(fā)展了一種關(guān)于無序和隨機(jī)現(xiàn)象的理論，并涵蓋了其他許多復(fù)雜系統(tǒng)。圖中紅點(diǎn)為鐵原子，綠點(diǎn)為銅原子。
自旋玻璃 自旋玻璃這是一種特殊的磁性金屬合金亞穩(wěn)定狀態(tài)，其中某種金屬原子，比如鐵原子，會被隨機(jī)混合到銅原子的網(wǎng)格中。每個(gè)鐵原子的行為——或者稱為“自旋”——表現(xiàn)得就像一個(gè)小磁鐵，受其附近其他鐵原子的影響。然而，在自旋玻璃中，它們的自旋會受挫，很難選擇指向哪個(gè)方向。通過對自旋玻璃的研究，Parisi發(fā)展了一種關(guān)于無序和隨機(jī)現(xiàn)象的理論，并涵蓋了其他許多復(fù)雜系統(tǒng)。 圖中紅點(diǎn)為鐵原子，綠點(diǎn)為銅原子。
不同的受挫結(jié)果
自旋玻璃和顆粒物都是受挫系統(tǒng)的典型例子。在這些系統(tǒng)中，各組成部分的排列方式必須是各種反作用力之間相互制衡的產(chǎn)物。問題在于，這些系統(tǒng)會表現(xiàn)出什么行為？會產(chǎn)生什么結(jié)果？針對多種材料和現(xiàn)象，Parisi都能很好地回答這兩個(gè)問題。他對自旋玻璃結(jié)構(gòu)的理解非常深刻，不僅影響了物理學(xué)，還對數(shù)學(xué)、生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域造成了影響，因?yàn)檫@些領(lǐng)域都包含與受挫現(xiàn)象直接相關(guān)的問題。
Parisi還研究了其它許多隨機(jī)過程對結(jié)構(gòu)形成與發(fā)展過程起到?jīng)Q定性作用的現(xiàn)象，并且試圖解答以下問題：為何冰河時(shí)代會周期性出現(xiàn)？對混沌與紊亂系統(tǒng)是否存在更具普適性的數(shù)學(xué)描述？大規(guī)模椋鳥群又是如何形成各種圖案的？這些問題看似與自旋玻璃毫無關(guān)系，但Parisi表示，他的大部分研究針對的都是簡單行為如何導(dǎo)致復(fù)雜的集體行為，這對自旋玻璃和椋鳥群均適用。

(責(zé)任編輯：休閑)