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

  • 全球人工智能伦理论坛探讨伦理原则落地实施

  • 一箭9星 引力一号遥三运载火箭发射成功

独家策划

推荐阅读
今年入夏以来,西北太平洋与南海海域的台风仿佛开启了“流水线”模式,接连生成、登陆,引发社会广泛关注。
2026-09-15 09:35
气候变化可能进一步改变全球极端降雨、洪水和季风过程,短期水文事件对陆地塑料向河流和海洋输送的影响也可能随之变化。厘清这种“脉冲式”污染输送机制,有助于提高全球海洋塑料污染预测的准确性,并为更具针对性的塑料污染治理提供科学依据。
2026-09-15 09:27
错坚河冰崩发生点和下游传输侵蚀通道。研究指出,气候变暖背景下,喜马拉雅山地区的冰冻圈灾害正呈现频次增加与链式放大的复合态势。研究指出,此次冰崩与气候变暖影响下冰裂隙扩张、从冰面向冰内和冰床排水加剧直接相关。
2026-09-15 09:26
记者从国家药监局了解到,我国第三个脑机接口医疗器械标准于14日被批准发布。据悉,为了支持我国脑机接口医疗器械重大创新、满足产业发展急需,国家药监局采用快速程序立项和批准。
2026-09-15 09:23
工科学习与研究强调实践牵引、逻辑思维和科学方法,解决问题更是落脚点——学生可以借助AI,但不能被AI替代。工科学习,不仅是吸收知识的过程,更是应用理论、方法和工具提升学生解决工程实践问题的能力的过程。
2026-09-15 09:25
拍卖会是全国优质种公牛资源展示的舞台。与华西牛同台竞争的,不乏安格斯、西门塔尔等国内外优质牛,可近4届“标王”无一例外都花落华西牛。
2026-09-14 09:26
甲烷的“存在感”远不及二氧化碳,但增温效应不容小觑。有研究认为湖泊贡献了全球自然甲烷排放的75%,也有测算认为占比不足两成。但实际排放多少、国际模型是否适用于我国,长期缺乏本土实测验证。
2026-09-14 09:25
位于今青海省海西州格尔木市南部的布尔汗布达山山体,是当代地质学界、地理学界公认的东昆仑主干,也是青藏公路、青藏铁路的关键地标——昆仑山口所在地。
2026-09-14 09:14
近日,记者从吉林大学获悉,该校生物考古实验室在全球首次完成已灭绝古生物奥氏马的完整形态复原。
2026-09-14 09:15
2026年国家网络安全宣传周期间,光明网联合科普中国推出AI科技伦理系列科普视频,引导公众理性认知技术逻辑,秉持算法向善理念,共建网络安全生态。
2026-09-14 09:15
实现人的自由全面发展,是人工智能伦理治理的逻辑起点与价值原点。
2026-09-11 08:42
2019年,一场生态修复让一个古人类遗址——云南蝙蝠洞遗址浮出水面。之后,多支科研团队开展跨学科综合研究,让丹尼索瓦人在中国西南腹地缺失的关键地理拼图得以补充。
2026-09-11 08:51
在位于内蒙古自治区呼和浩特市和林格尔新区的人才创新谷,工作人员操作和林格尔数据中心集群多云算力资源监测与调度平台,实时监测、动态调度算力资源。
2026-09-11 09:10
人类全基因组约30亿个碱基对中,仅1%—2%编码蛋白质,其余包含不编码的“垃圾DNA”及控制基因表达时间、位置和强度的调控序列。
2026-09-11 09:07
8月也是非极地海域有记录以来最温暖的一个月。海表温度峰值达21.1℃,是有观测以来最高的海表温度。
2026-09-11 08:51
一般来说,人力资源社会保障部每年会征集一批新职业信息,对征集到的新职业建议,按照相关工作要求和程序进行筛选确定。”谷俊明说,兼具古法制香功底、香文化讲解与体验教学能力的复合型香艺人才不断成长,将推动古老香文化焕发生机。
2026-09-10 09:52
当今地球正处于冰室气候背景下,大气二氧化碳(CO2)浓度不断上升,全球气候变暖加剧。这意味着初始火山升温之后,天文轨道的胁迫作用增加了高纬度太阳辐射,进而加速了冰盖的融化和冻土层的解冻。
2026-09-10 09:47
灶台、吊柜、换鞋凳、智能床、坐式淋浴器……这个展区被布置成一个家一般的样板间。护理床边,一台人形照护机器人伸出机械臂,托起人体模型的腿,模拟辅助卧床老人活动肢体。
2026-09-10 09:39
实验结果显示,嫦娥五号月壤中不同矿物的弹性模量分布范围较广,不同矿物间的弹性模量差异显著,呈橄榄石>辉石>钛铁矿>尖晶石>斜长石的次序,其中斜长石的弹性模量明显偏低。进一步分析发现,无论矿物来自地球、月球还是陨石,不同来源的矿物在微观变形过程中的响应机制可能遵循某种共性的内在规律,相关机理仍有待进一步深入研究。
2026-09-10 09:35
再过10多天就是农历秋分,第九个中国农民丰收节也将如约而至。联欢活动庆丰收板块,将举办城乡群众庆祝丰收的联欢活动,打造农民唱主角、百姓共联欢的丰收文艺盛宴,呈现荆楚农民唱响赞歌、分享喜悦的丰收景象。
2026-09-10 09:30
加载更多