点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:他们揭开复杂系统内隐藏的秘密
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

他们揭开复杂系统内隐藏的秘密

来源:科技日报2021-10-08 09:56

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  左:真锅淑郎,1931年出生于日本新宫,现在为美国普林斯顿大学资深气象学家。

  中:克劳斯·哈塞尔曼,1931年生于德国汉堡,现为德国马克斯·普朗克气象研究所教授。

  右:乔治·帕里西,1948年生于意大利罗马,现为意大利罗马大学教授。

  所有复杂系统都由许多不同且相互作用的部分组成,物理学家已经对它们展开了几个世纪的研究,但很难用数学方法来描述它们——它们可能包含很多部分,也可能由偶然因素决定。这些复杂系统随机、无序而混沌,比如天气,初始值的微小偏差会导致结果迥然不同。

  今年的诺贝尔物理学奖颁给了美国科学家真锅淑郎、德国科学家克劳斯·哈塞尔曼和意大利科学家乔治·帕里西,以表彰他们为我们理解复杂物理系统所作出的开创性贡献。

  其中一半奖金授予真锅淑郎和哈塞尔曼,以表彰他们“为地球的气候进行物理建模,量化其可变性并可靠地预测全球变暖”;另外一半奖金授予帕里西,以表彰他“发现从原子到行星尺度的物理系统内的无序和波动的相互作用”。

  这3位科学家迎难而上,创造性地提出了很多描述和预测它们长期行为的新方法,揭示了这些复杂系统背后隐藏的秘密,有助于人们更好地理解此类系统及其长期发展趋势。

  揪出全球变暖背后的“真凶”

  一个对人类至关重要的复杂系统是地球气候,真锅淑郎揭示了地球大气中二氧化碳含量的增加如何导致地球表面温度升高。

  真锅淑郎介绍:“在20世纪60年代初,我们开发了一个大气辐射对流模型,并探索了水蒸气、二氧化碳和臭氧等温室气体在维持和改变大气热结构中的作用,这是科学家们对全球变暖长期研究的开始。随后的20世纪60年代末,我和同事开始开发一个大气—海洋—陆地耦合系统的大气环流模型,该模型最终成为模拟全球变暖的一个非常强大的工具,而我也一直在从事这一方面的研究。”

  对一维模型的分析催生了三维气候模型,该模型于1975年面世,成为理解气候秘密道路上的又一个里程碑。

  哈塞尔曼创建了一个将天气和气候联系起来的模型,还开发出了新方法来鉴别自然现象和人类活动在气候变化中留下的“蛛丝马迹”。他发现,太阳辐射、火山颗粒或温室气体浓度的变化会在气候系统中留下独特的信号,这些信号可以鉴别出来,而这种识别“指纹”的方法也可以应用于人类对气候系统的影响。他的方法被用来证明大气温度的升高是由于人类排放的二氧化碳。

  在这两位科学家研究的基础上,气候模型越来越精准。这些模型清楚地显示了温室效应在加速——自19世纪中叶以来,大气中二氧化碳的浓度增加了40%。几十万年来,地球大气中都没有这么多二氧化碳。而且,温度测量表明,过去150年全球变暖1℃。

  自旋玻璃为复杂系统提供模型

  到了1980年左右,人们对复杂系统的理解愈发深入。帕里西提出了他关于随机现象如何受隐藏规则支配的发现,这被认为是对复杂系统理论最重要的贡献之一。

  他对自旋玻璃开展了深入研究。自旋玻璃是一种特殊类型的金属合金,其中铁原子随机混合进铜原子网格。每一个铁原子的行为都像一个小磁铁(或者说自旋),受到靠近它的其他铁原子的影响。在普通磁铁中,所有自旋都指向同一方向,但在自旋玻璃中,一些自旋对想要指向同一方向,而另一些自旋对想要指向相反方向——那么它们如何找到最佳方向呢?

  自旋玻璃的奇特性质为复杂系统提供了一个模型,在这些系统中,各个部分必须在各种反作用力间达到平衡。帕里西对自旋玻璃结构的基本发现非常深刻,使人们能够理解和描述许多不同的、显然完全随机的材料和现象,不仅可用于物理学领域,而且在数学、生物学、神经科学和机器学习等领域也“大显身手”。

  诺贝尔物理学奖委员会主席、瑞典皇家科学院院士托尔斯·汉斯·汉森强调说:“这3位科学家的发现获得了诺贝尔奖的认可,表明我们对气候的认识建立在坚实的科学基础上,而且基于对观测的严谨分析。他们的发现有助于我们更深入地了解复杂物理系统的性质和演化。”(记者 刘 霞)

[ 责编:赵宇豪 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 我国科学家在太阳能电池研究领域取得新突破

  • 南海影像日志

独家策划

推荐阅读
国家气候中心预测,今年主汛期我国气候状况总体偏差,极端天气气候事件偏多,东部地区涝重于旱,有南北两条多雨带,其中北方多雨带位于东北地区、内蒙古东北部、华北、华东北部等地。
2026-07-14 10:27
当前,我国传统产业正向着智能化、绿色化、融合化方向转型,这一过程迫切需要青年技能人才的加入。
2026-07-14 10:23
以生态环境高水平保护支撑经济社会高质量发展,须以绿色化引领数字化,以数字化赋能绿色化。
2026-07-14 10:20
据中国载人航天工程办公室消息,13日,将执行嫦娥七号任务的长征五号遥十四运载火箭安全运抵文昌航天发射场。后续,该火箭将与先期运抵的嫦娥七号探测器一起开展发射场区总装和测试工作。
2026-07-14 09:23
2025年,中国汽车取得了三个“全球第一”:汽车产销全球第一,新能源汽车产销全球第一,汽车出口全球第一——中国汽车,已然领跑全球。
2026-07-14 09:22
“数”“绿”深度融合,推动形成具有良好辐射效应的绿色数字产业集群,实现规模效率变革。“数”“绿”深度融合,提高各创新要素和资源的投入产出比,实现全要素生产率变革。
2026-07-14 09:22
正午时分,天山北坡日头正烈。新疆维吾尔自治区昌吉回族自治州奇台县老奇台镇二畦村,种植户张国安又下地了。
2026-07-13 10:02
“始终坚持生态优先、绿色发展”,是青海发展的根本遵循。
2026-07-13 10:02
时隔9年,中国超算重返世界第一!不久前举行的国际超算大会上,国家超级计算深圳中心发布新一代“灵晟”超算系统,实测持续性能达到2.19EFLOPS(百亿亿次/秒),成为世界首台持续性能超2EFLOPS的超算系统。
2026-07-13 10:01
广东深圳海滨中学篮球场上,一名青年在运动中突然倒地昏迷,出现心脏骤停,在场的师生迅速使用AED(自动体外除颤器)对青年实施心肺复苏,挽救了青年的生命。
2026-07-13 10:01
习近平总书记在全国生态环境保护大会上指出,“要站在人与自然和谐共生的高度谋划发展”。生态环境法典将“人与自然和谐共生”从政治宣示转化为法律语言,从价值理念转化为制度规范。
2026-07-13 09:43
习近平总书记在国家科学技术奖励大会、两院院士大会、中国科协第十一次全国代表大会上强调,“十五五”时期是科技强国建设的关键攻坚期。必须抓住历史机遇,迎接时代挑战,加快推进高水平科技自立自强,向着到2035年建成科技强国的目标坚定迈进,扎扎实实以科技创新支撑和引领中国式现代化。
2026-07-10 09:45
围棋长期被视为高度依赖经验、直觉和审美判断的领域,棋手通过棋谱、布局、定式、手筋和长期对局积累对“好棋”的理解。这类进展的意义,不只是“提高实验效率”,更深层的变化在于,它改变了科学发现中“候选对象”生成的方式。
2026-07-10 09:43
丁烈云认为,面向工程难题,要用工程理论支撑技术突破,打通“工程科学—工程技术—产业应用”完整链条,让前沿科技真正服务于社会。针对高端装备制造转型升级痛点,中国工程院院士郭东明系统阐释了高性能制造的全新发展理念。
2026-07-10 09:41
在9日举行的两院院士大会上,我国石油地质与勘探专家邱中建院士荣获第十六届光华工程科技奖成就奖,高性能精密制造专家郭东明院士等39人荣获光华工程科技奖。
2026-07-10 09:40
人民大会堂万人大礼堂的巨大天幕上,灯光璀璨,熠熠生辉;礼堂内,中国科技界的杰出代表们,肩负全国科技工作者的重托,济济一堂、共襄盛会。
2026-07-10 09:39
水的氢键强度及动力学过程全量子效应研究:在一滴水中探寻物理之美 在王恩哥看来,物理学研究有一个很大的特点,就是它能把复杂的事情简单化,并且抓住其中最本质的问题——这就是物理学的魅力所在。
2026-07-09 09:51
而这一切的起点,要回到半个世纪前——在中国科学院物理研究所那间废弃的鸡舍里,陈立泉铺开了这张后来冠绝全球的“电动”蓝图。自1981年起,在中国科学院的持续支持下,实验室瞄准真正实用的锂电池,牵头组织并承担了一系列国家重大项目。
2026-07-09 09:51
谈及荣获国家最高科学技术奖,贲德谦虚地说:“这不是我个人的奖,而是所有‘雷达人’的荣誉。从原理探索到技术攻关再到雷达建造,10余载春秋,为了研制代号“7010”的远程相控阵雷达,贲德与团队闯过了一个又一个难关。
2026-07-09 09:50
发展数智经济,通过促进科技创新和产业创新深度融合培育新质生产力。为此,笔者建议,应从要素供给、产业融合、创新转化和制度保障四个方面发力,把数智经济的技术势能转化为新质生产力的发展动能。
2026-07-09 09:50
加载更多