【諾貝爾物理學獎・闡釋】預測隨機、理解無序 — 科學家如何研究氣候變化?

複雜系統的特點是隨機性和無序性,但並非完全無法理解和預測。2021 年諾貝爾物理學獎由美籍日裔氣象學家真鍋淑郎、德國海洋學家 Klaus Hasselmann 與意大利理論物理學家 Giorgio Parisi 獲得,三人就是用嶄新方法描述不同複雜系統,和預測這些系統的長期行為,例如是預測全球暖化。

(另見:研究氣候變化物理模型等題目 日德意學者奪諾貝爾物理學獎

地球氣候是對人類極為重要的一個複雜系統。真鍋淑郎展示了大氣二氧化碳含量的增加,如何導致地球表面溫度升高。在 1960 年代,他領導開發地球氣候物理模型,並且是第一個學者探索輻射平衡與不同空氣質量垂直傳輸之間互動。他的工作為現今氣候模型的發展奠定基礎。

大約 10 年後的 1970 年代, Klaus Hasselmann 創造了一個將天氣和氣候聯繫在一起的模型,解答為何氣候模型在天氣多變混亂的情況下仍然可靠。他還開發了識別特定訊號、指紋的方法,自然現象和人類活動都在氣候中留下印記。他的方法已被用來證明大氣升溫是由人類排放的二氧化碳造成。

1980 年左右, Giorgio Parisi 在無序的複雜材料中發現了隱藏模式,成為其中一個對複雜系統理論最重要的貢獻。發現使理解和描述許多不同、顯然完全隨機的材料和現象成為可能,這不僅在物理學中,而且在其他領域如數學、生物學、神經科學和機器學習也可被應用。

諾貝爾物理學委員會主席 Thors Hans Hansson 在聲明中表明,今年諾貝爾物理學獎得主都為人類更深入地了解複雜物理系統的特性和演化做出了貢獻。

來源:The Nobel Prize in Physics 2021

文/Alan Chiu

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