日本21年實(shí)現(xiàn)20位諾獎(jiǎng)得主：全球變暖/大氣物理獲獎(jiǎng)
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結(jié)果，21年來(lái)，20位日本或日裔科學(xué)家已經(jīng)獲獎(jiǎng)，批評(píng)日本的人可能才是“口出狂言”。讓我們看看諾獎(jiǎng)委員會(huì)為什么第一次獎(jiǎng)勵(lì)與全球變暖有關(guān)的大氣物理。
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撰文 | 施郁 知識(shí)分子
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獲獎(jiǎng)?wù)吆?jiǎn)介
1931年出生于德國(guó)漢堡，1957年從德國(guó)哥廷根大學(xué)博士畢業(yè)，在德國(guó)馬克斯普朗克氣象研究所任職。1964-1975，他在漢堡大學(xué)擔(dān)任理論地球物理教授以及地球物理所的主管。1975年2月到1999年11月，馬克斯普朗克氣象所的創(chuàng)始董事。1988年1月到1999年11月，德國(guó)氣候計(jì)算中心的科學(xué)主管。目前Klaus Hasselmann是歐洲氣候論壇的副主席。歐洲氣候論壇是 Carlo Jaeger教授和他在2001年9月建立的。
Klaus Hasselmann創(chuàng)建了一個(gè)將天氣和氣候聯(lián)系起來(lái)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(wèn)題。他還開(kāi)發(fā)了識(shí)別特定信號(hào)、指紋的方法，自然現(xiàn)象和人類(lèi)活動(dòng)都在氣候中留下印記。他的方法已被用來(lái)證明大氣溫度升高是由于人類(lèi)排放的二氧化碳。
真鍋淑郎是美籍日本氣象學(xué)家，1931年9月21日出生于日本愛(ài)媛縣。1953年畢業(yè)于東京大學(xué)理學(xué)院。1958年在東京大學(xué)研究生院完成博士課程。真鍋淑郎開(kāi)發(fā)了一種新的大氣-海洋耦合模型，將海洋環(huán)流視為大氣環(huán)流，并將其應(yīng)用于氣候變化研究。他是地球科學(xué)領(lǐng)域引入數(shù)值模擬的先驅(qū)。尤其以對(duì)全球變暖的研究而聞名于世，1988年宣布北半球氣候變暖而引起關(guān)注。1968年起任普林斯頓大學(xué)客座教授，1997年回到日本。之后，他于2001年返回美國(guó)，成為普林斯頓大學(xué)的研究員。
地球氣候是一個(gè)對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)。大氣動(dòng)力學(xué)家真鍋淑郎證明了大氣中二氧化碳含量對(duì)增加如何導(dǎo)致地球表面溫度升高。1960年代，他領(lǐng)導(dǎo)了地球氣候物理模型的開(kāi)發(fā)，并且第一個(gè)探索輻射平衡與氣團(tuán)垂直輸送之間相互作用。
1975年，美國(guó)地球物理流體動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室（GFDL）的真鍋淑郎發(fā)展了一個(gè)理想海陸分布下墊面的三維大氣環(huán)流模式，并模擬了二氧化碳加倍情景下氣候狀況的變化。根據(jù)他的模擬，二氧化碳若增加一倍（300ppm加至600ppm），全球平均溫度將上升2.93攝氏度。
諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)評(píng)價(jià)說(shuō)，他的工作為當(dāng)前氣候模型的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
喬治·帕里西 (Giorgio Parisi)
帕里西1948年出生于意大利羅馬，1970 年博士畢業(yè)于羅馬薩皮恩扎大學(xué)并留校任教。
帕里西在量子色動(dòng)力學(xué)的框架中，和Altarelli提出關(guān)于部分子密度與動(dòng)量關(guān)系的積分微分方程（Altarelli-Parisi 方程）[2]，解釋了深度非彈性散射的標(biāo)度違反，給出了量子色動(dòng)力學(xué)對(duì)部分子模型的改進(jìn)。他還提出與超導(dǎo)磁通禁閉類(lèi)似的夸克禁閉簡(jiǎn)單解釋。
帕里西也對(duì)無(wú)序和復(fù)雜系統(tǒng)做出重要貢獻(xiàn)。其中最重要的是，他分析自旋玻璃理論的復(fù)制方法，提出復(fù)制對(duì)稱(chēng)破缺 [3]。帕里西還給出湍流多分形分析，將超對(duì)稱(chēng)方法用于統(tǒng)計(jì)力學(xué)，提出無(wú)規(guī)聚集生長(zhǎng)的隨機(jī)微分方程（Kardar–Parisi–Zhang方程）。 他還研究免疫網(wǎng)絡(luò)、鳥(niǎo)群現(xiàn)象等等復(fù)雜性問(wèn)題。
帕里西是意大利理論物理學(xué)家，羅馬大學(xué) La Sapienza 分校教授，生于1948年8月4日。帕里西的工作橫跨理論物理的若干領(lǐng)域，體現(xiàn)了極強(qiáng)的處理理論物理難題的能力。 他敢于突破數(shù)學(xué)的常規(guī)。雖然數(shù)學(xué)上不嚴(yán)格，解決無(wú)序系統(tǒng)問(wèn)題時(shí)，引進(jìn)了 “半個(gè)物體” 的想法， 二十多年后，數(shù)學(xué)家同意這是正確的。
他的爺爺和父親都是建筑工人，希望他成為工程師。但是他通過(guò)閱讀科普書(shū)，培養(yǎng)了對(duì)更抽象的科學(xué)的興趣，發(fā)現(xiàn)科學(xué)演講有挑戰(zhàn)性，因此希望從事科學(xué)研究。在選擇物理還是數(shù)學(xué)時(shí)，發(fā)生了糾結(jié)。 但是他看到二十世紀(jì)物理學(xué)的輝煌成就，而數(shù)學(xué)比較神秘。因此決定學(xué)習(xí)物理。很快，他又希望從事物理學(xué)的研究工作。當(dāng)時(shí)意大利的最高學(xué)位是在本科畢業(yè)后做一年研究所獲得的博士學(xué)位。當(dāng)時(shí)粒子物理被認(rèn)為時(shí)最具挑戰(zhàn)性、最重要的，而 卡比博（Nicola Cabibbo）被認(rèn)為是當(dāng)時(shí)意大利最優(yōu)秀的粒子理論家。因此他在卡比博指導(dǎo)下獲得博士學(xué)位。然后去羅馬附近的Frascati國(guó)家實(shí)驗(yàn)室工作了10年，然后成為羅馬大學(xué)Tor Vergata分校教授，1992年成為L(zhǎng)a Sapienza分校教授。
帕里西的自旋玻璃和復(fù)雜系統(tǒng)工作
1978年12月，在Frascati國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，帕里西當(dāng)時(shí)在研究高維度規(guī)范理論，需要使用叫做復(fù)制方法的一種理論方法。他了解到，這個(gè)方法也用于研究自旋玻璃問(wèn)題，但是所得到的結(jié)果不自洽。自旋玻璃是一種特殊的磁性合金。帕里西去研究了為什么這個(gè)方法不能成功用于自旋玻璃問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)其中有錯(cuò)，從而提出自己的理論。
自旋玻璃是最簡(jiǎn)單的玻璃系統(tǒng)。是研究非平衡統(tǒng)計(jì)物理的理想系統(tǒng)。 在自旋玻璃研究中積累的方法可以用到其他的無(wú)序和復(fù)雜系統(tǒng)，也可以用來(lái)檢驗(yàn)在其他系統(tǒng)中發(fā)展的方法。
自旋玻璃的一個(gè)特性是阻錯(cuò)效應(yīng)。 在某種金屬中摻進(jìn)磁性原子，如錳。錳原子無(wú)規(guī)地占據(jù)了一些位置。這些錳原子的磁性方向是無(wú)規(guī)的，耦合常數(shù)隨機(jī)。
1970年代時(shí)，安德森和Sam Edwards提出一個(gè)平均場(chǎng)方法。然后David Sherrignton和Scott Kirkpatrick用類(lèi)似的方法研究了無(wú)窮遠(yuǎn)相互作用的自旋玻璃模型，發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題，在極低溫的情況下，熵成為負(fù)的。
人們考慮系統(tǒng)的很多復(fù)份，然后又根據(jù)對(duì)稱(chēng)性，將這些復(fù)份分成若干組，得到了表征系統(tǒng)性質(zhì)的序參量，但是也導(dǎo)致了負(fù)熵這一不自洽的結(jié)果。 這個(gè)方法有奇怪的一點(diǎn)，就是要求復(fù)制份數(shù)趨向于零，這提示對(duì)稱(chēng)性可能可以以無(wú)窮多種分解方法。
帕里西將所有復(fù)份分成若干組，每組又分成若干子組，如此無(wú)限分下去。這樣導(dǎo)致無(wú)窮多序參量，而且，系統(tǒng)的熵在零溫下趨向于零。 后來(lái)，人們認(rèn)為帕里西的結(jié)果是嚴(yán)格解。這是無(wú)序系統(tǒng)領(lǐng)域的最重要的成就之一。復(fù)份及其對(duì)稱(chēng)破缺又應(yīng)用到計(jì)算機(jī)科學(xué)的組合優(yōu)化問(wèn)題，后者是在約束條件下求極值的問(wèn)題。
參考文獻(xiàn)：制版編輯 | 盧卡斯
