北京時(shí)間昨天傍晚，2021年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)揭曉，今年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予“對(duì)我們理解復(fù)雜系統(tǒng)的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)”一半由美國科學(xué)家真鍋淑郎（Syukuro Manabe）和德國科學(xué)家克勞斯·哈塞爾曼（Klaus Hasselmann）獲得，表彰他們“對(duì)地球氣候的物理建模、量化可變性和可靠地預(yù)測全球變暖”；另一半由意大利科學(xué)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(dòng)之間的相互作用”。
復(fù)雜系統(tǒng)的特點(diǎn)是隨機(jī)性和無序性，難以理解。今年的獎(jiǎng)項(xiàng)表彰描述它們和預(yù)測它們長期行為的新方法。
地球氣候是一個(gè)對(duì)人類至關(guān)重要的復(fù)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(dǎo)致地球表面溫度升高。在1960年代，他領(lǐng)導(dǎo)了地球氣候物理模型的開發(fā)，并且是第一個(gè)探索輻射平衡與氣團(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，克勞斯·哈塞爾曼創(chuàng)建了一個(gè)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(shí)別特定信號(hào)、指紋的方法，自然現(xiàn)象和人類活動(dòng)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(fù)雜材料中發(fā)現(xiàn)了隱藏的模式。他的發(fā)現(xiàn)是對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)理論最重要的貢獻(xiàn)之一。它們使理解和描述許多不同的、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)中，而且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)。
“今年獲得認(rèn)可的發(fā)現(xiàn)表明，我們對(duì)氣候的了解建立在堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)之上，基于對(duì)觀測的嚴(yán)格分析。今年的獲獎(jiǎng)?wù)叨紴槲覀兏钊氲亓私鈴?fù)雜物理系統(tǒng)的特性和演化做出了貢獻(xiàn)?！敝Z貝爾物理學(xué)委員會(huì)主席托爾斯·漢斯·漢森說。
為復(fù)雜世界尋找最簡科學(xué)規(guī)律
喬治·帕里西摘得諾獎(jiǎng)并不意外。實(shí)際上這位科學(xué)家學(xué)術(shù)主頁現(xiàn)實(shí)的引用次數(shù)已經(jīng)超過9萬，此前他斬獲了除諾獎(jiǎng)之外的幾乎所有科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)中的物理學(xué)獎(jiǎng)?！芭晾镂魇欠浅Ｓ杏绊懥Φ睦碚撐锢韺W(xué)家，他通過統(tǒng)計(jì)物理和復(fù)雜系統(tǒng)的方法開展研究”，上海交通大學(xué)自然科學(xué)研究院和物理與天文學(xué)院教授張何朋解釋，“一般晶體中的原子按照周期性結(jié)構(gòu)排列，但很多復(fù)雜系統(tǒng)沒有這種晶體中的空間序、且處在隨機(jī)性很強(qiáng)的熱力學(xué)非平衡態(tài)，這使得一些傳統(tǒng)的物理研究方法難以在復(fù)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(jī)的復(fù)雜系統(tǒng)?！?/p>
今年帕里西還獲得沃爾夫獎(jiǎng)，頒獎(jiǎng)詞這樣評(píng)價(jià)：“他的工作對(duì)物理學(xué)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(xué)物理?！?張何朋認(rèn)為，復(fù)雜系統(tǒng)的研究進(jìn)展需要多學(xué)科的融合和交叉；隨著大數(shù)據(jù)、計(jì)算能力等方面的發(fā)展，這一領(lǐng)域也將迎來快速推進(jìn)，幫助科學(xué)家探索出更好地探究真實(shí)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(xué)和材料學(xué)的問題至今還未有完整的解答，物理學(xué)家積極介入這些交叉研究，試圖為復(fù)雜問題尋找到最簡單、最普適的模型和機(jī)制，幫助人類更好地認(rèn)識(shí)世界”，張何朋說，而目前，這些領(lǐng)域也有中國科研團(tuán)隊(duì)在努力。
關(guān)于諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)
諾貝爾物理學(xué)每年評(píng)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(xué)獎(jiǎng)共頒發(fā)114次，共有215人獲得該獎(jiǎng)。美國物理學(xué)家約翰·巴丁，因晶體管效應(yīng)和超導(dǎo)的BCS理論在1956年和1972年兩度獲獎(jiǎng)，是唯一一位“梅開二度”的科學(xué)家。
2020年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)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(xué)家因發(fā)現(xiàn)了銀河系中心的超大質(zhì)量致密天體而獲獎(jiǎng)?？Х葞熞矎氖澜珥敿饪茖W(xué)家論壇（WLF）獲悉，萊因哈德·根澤爾已經(jīng)應(yīng)邀出席11月初召開的第四屆世界頂尖科學(xué)家論壇，并在大師講堂上分享自己的黑洞研究。
數(shù)據(jù)顯示：諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)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(jiǎng)的頻率大大增加，上一次獨(dú)享諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的物理學(xué)家還要追溯到1992年獲獎(jiǎng)的喬治·夏帕克。
迄今為止，最年輕的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者是威廉·勞倫斯·布拉格，獲獎(jiǎng)時(shí)是25歲。1915年，他和他的父親威廉·亨利·布拉格同時(shí)獲獎(jiǎng)；2018年，亞瑟·阿斯金以96歲高齡獲獎(jiǎng)，是諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主中的最年長者。
統(tǒng)計(jì)表明：諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主中，20-29歲的僅1人；30-39歲的有23人；40-49歲的獲獎(jiǎng)人數(shù)最多，達(dá)到了55人；50-59歲也是獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)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(jiǎng)?wù)?；?0-99歲同樣僅1人。
歷史上曾有4名女性獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，分別是我們熟知的“居里夫人”瑪麗·居里、德裔美國物理學(xué)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(jiǎng)。1903年，居里夫婦和貝克勒爾由于對(duì)放射性的研究而共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。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(xué)獎(jiǎng)，成為世界上第一個(gè)兩獲諾貝爾獎(jiǎng)的人。
有學(xué)者表示，相較其它自然科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的規(guī)律性較為明顯：宇宙天體物理學(xué)、粒子物理學(xué)、原子分子及光物理學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)這四大領(lǐng)域輪番登場。不過近幾年，天體物理登臺(tái)頻率較高——2015年是粒子物理成果獲獎(jiǎng)；
2016年是凝聚態(tài)物理成果獲獎(jiǎng)；
2017年是宇宙天體物理成果獲獎(jiǎng)；
2018年獲獎(jiǎng)的是原子分子及光物理學(xué)范疇；
2019年是宇宙天體物理學(xué)范疇；
2020年的獲獎(jiǎng)成果又落在了宇宙天體物理學(xué)領(lǐng)域。
“照亮世界的新光”
身邊的這些諾獎(jiǎng)成果，你知道多少？
不止于仰望頭頂星空，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主們的研究成果，也深刻影響著每個(gè)人的生活。
新冠疫情期間，當(dāng)你與千里之外的親友通話報(bào)平安，又或上網(wǎng)查找防控措施資料時(shí)，可曾想到，這些習(xí)以為常的便捷，其實(shí)都與2009年諾獎(jiǎng)得主高錕有關(guān)。
素有“光纖之父”之稱的他，早在1966年，就取得了光纖物理學(xué)上的突破性成果，計(jì)算出如何使光在光導(dǎo)纖維中進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，最終促使光纖通信系統(tǒng)問世，為互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展鋪平道路。
資料圖：諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主、“光纖之父”高錕。香港中大供圖
而法國科學(xué)家熱拉爾?穆魯和加拿大科學(xué)家唐娜?斯特里克蘭，則通過“駕馭”光，在激光物理學(xué)領(lǐng)域取得突破性貢獻(xiàn)，由此獲得2018年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
他們研究的新技術(shù)被稱為“啁啾脈沖放大”(CPA)，被應(yīng)用于物理、化學(xué)以及醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域，例如需要分毫不差地在眼球上進(jìn)行操作的激光視力矯正手術(shù)。
日本科學(xué)家赤崎勇、日裔美國科學(xué)家中村修二及日本科學(xué)家天野浩開發(fā)了藍(lán)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(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)認(rèn)為，全球數(shù)億人無法接入電網(wǎng)，LED燈為解決這些問題“提供了極其光明的前景?！逼溲芯砍删?，也因此被形容為“照亮世界的新光”。
資料圖：瑞典斯德哥爾摩，2018諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主唐娜·斯特里克蘭(Donna Strickland)展示其簽名的椅子。
數(shù)說諾獎(jiǎng)
6位華人科學(xué)家斬獲殊榮
自1901年至2020年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)了114次，共216人獲獎(jiǎng)，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(jiǎng)時(shí)僅25歲。最年長的為2018年諾獎(jiǎng)得主阿瑟?阿什金，他獲獎(jiǎng)時(shí)已96歲。
一對(duì)夫婦檔：1903年，廣為人們熟知的居里夫婦因?qū)Ψ派湫袁F(xiàn)象的研究獲獎(jiǎng)。
6位華人科學(xué)家：包括李政道、楊振寧、丁肇中、朱棣文、崔琦和高琨。
