因可靠预测全球变暖,两位气候学家获得2021诺贝尔物理学奖

· 10月6日

诺贝尔物理学奖首次颁发给气候物理学家。

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因可靠预测全球变暖,两位气候学家获得2021诺贝尔物理学奖

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三位科学家共享2021年诺贝尔物理学奖

云顶国际登录官网手机版-APP新版本三位科学家共享2021年诺贝尔物理学奖

云顶国际登录官网手机版-APP新版本全球变暖,和我们的生活息息相关,也因此一直备受关注。但全球变暖是如何发生的?人类在这个过程中又产生了多大的影响?这届诺奖得主给出了答案。

北京时间10月5日下午,2021年度诺贝尔奖第二项大奖——物理学奖揭开面纱,美籍日裔科学家真锅淑郎(Syukuro Manabe)、德国科学家克劳斯·哈塞尔曼( Klaus Hasselmann)和意大利科学家乔治·帕里西(Giorgio Parisi )共同斩获这一荣誉,以表彰他们“对我们理解复杂物理系统的开创性贡献”。

其中,真锅淑郎和克劳斯·哈塞尔曼因“建立地球气候的物理模型、量化其可变性并可靠地预测全球变暖”的相关研究,而共享一半奖项。虽然此前也有气候学家获得过其他诺贝尔奖项,但此次是诺贝尔物理学奖首次颁发给气候物理学家。

资料显示,真锅淑郎1931年出生于日本新宫,1957年毕业于日本东京大学,现任美国普林斯顿大学高级气象学家;哈塞尔曼1931年出生于德国汉堡,1957年毕业于德国哥廷根大学,现任德国汉堡马克斯普朗克气象研究所教授。两人是全球变暖的科学基础的主要奠定人。

云顶国际登录官网手机版-APP新版本1820年,法国数学家约瑟夫·傅里叶(Joseph Fourier)最早提出温室效应的概念,1859年,爱尔兰物理学家约翰·丁达尔(John Tyndall)测量了温室气体对红外辐射的吸收能力,但关于全球变暖和温室气体之间关系,主要在定性意义上讨论,缺乏明确的定量分析。

美籍日裔学者 真锅淑郎

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上世纪50年代开始,真锅淑郎开始研究二氧化碳水平的增加如何导致温度升高。他基于物理原理建立数值模式,证明了氧气和氮气对于地表温度的影响可忽略不计,而二氧化碳则有明显影响,当二氧化碳水平翻倍时,全球温度升高了2摄氏度以上。

据诺奖委员会介绍,真锅淑郎的成果大约在上世纪60年代完成,当时的计算机速度比现在慢了几十万倍,而他却通过构建一个简单有效的模式,解答了二氧化碳和气候变暖之间的关系,并于1975年发表了该成果,被认为是“解密气候变化的里程碑之一”。

值得一提的是,真锅淑郎首次估算了未来的全球变暖幅度。他估计,从70年代到2000年,全球温度将增加约0.57℃,实际全球温度增加了0.54℃;他还评估了20世纪的可能增暖,估算从1900到2000的100年里,全球温度增加幅度为0.8℃,这与实际值(0.72℃)非常接近。

真锅淑郎的研究展示了大气中二氧化碳含量的增加是如何导致地球表面温度升高;而哈塞尔曼的部分研究,则被用于证明大气温度升高,是由于人类排放的二氧化碳引起的。

在真锅淑郎的模型问世约10年后,哈塞尔曼在快速而混乱的天气变化中找到了气候变化的规律,他也创建了一个随机模型,将天气和气候联系起来,从而回答了为什么虽然天气混沌多变,但气候模型能可靠模拟气候变化的问题。
德国学者 哈塞尔曼

德国学者 哈塞尔曼

同时,哈塞尔曼还发现,太阳辐射、火山颗粒或温室气体水平的变化在大气变化中留下的独特信号可以分离出来,并且,他的这些方法已被用来证明大气温度升高和人类排放的二氧化碳息息相关。同时,他还创建了一个随机气候模型,证明快速变化的大气实际上会导致海洋的缓慢变化。

1967年,这两位气象学家共同发布的论文《给定相对湿度分布的大气热平衡》终结了二氧化碳是否是导致全球变暖的元凶的讨论,同时建立了一个首次产生物理真实结果的气候模式,他们用人类或自然变化导致地球能量平衡变化的数值来解释了气候变化原因。

也就是说,虽然人们在21世纪才开始接触到全球变暖的概念,但在30年前,就已经有科学家证明了全球变暖和人类活动的相关性,为人们解决全球变暖的问题提供了一定的理论基础。
意大利物理学家 乔治·帕里西

意大利物理学家 乔治·帕里西

2021年诺贝尔物理学奖项的另一半,则颁给了乔治·帕里西,表彰他“发现了从原子到行星尺度的物理系统中无序和波动的相互作用”。

值得一提的是,和物理学奖颁给气象学家爆了小冷门不同,拿走了一半奖金的帕里西在奖项公布前就是外界预测的大热学者。云顶国际登录官网手机版-APP新版本此前,预测机构——科睿唯安公司(Clarivate Analytics)公布了其在生理学或医学、物理学、化学及经济学领域中评选出的热门获奖人选,帕里西就在其中。

云顶国际登录官网手机版-APP新版本资料显示,帕里西1948年出生于意大利罗马,1970年毕业于意大利罗马大学,现任意大利罗马 Sapienza 大学教授。1999年Dirac奖、2002年费米奖、2005年Heineman数学物理奖和2021年沃尔夫奖……帕里西获得荣誉无数。作为一个理论物理学家,他的工作对物理科学的各个分支产生了巨大影响,涵盖了粒子物理学、临界现象、无序系统以及优化理论和数学物理学等领域。

1980年左右,帕里西通过分析“自旋玻璃”来对复杂系统进行研究,发现了明显的随机现象如何受隐秘法则的支配,奠定了复杂系统理论的基石。

所谓“自旋玻璃”,是指磁性合金材料的一种亚稳定状态。如果我们观察一种“自旋玻璃”合金材料中的原子运动,就会发现当中的铁原子和铜原子随机混合。材料中占比很少的铁原子以一种令人迷惑的方式改变了整个材料的磁性,每个铁原子都相当于一个小磁铁,即一个“自旋”,同时受到身边其他铁原子影响。

在普通磁铁中,所有“自旋”都指向同一个方向,而在“自旋玻璃”中,它们会“受挫”,有些“自旋”试图指向同一个方向,而另一些则完全指向相反的方向。那么它们是如何找到最佳方向的?帕里西就在这些看似随机的变化中,找到了其中的规律。

“研究‘自旋玻璃’就好像观看莎士比亚所写的人类悲剧,”帕里西说,“如果你想和两个人同时交朋友,但他们彼此厌恶,这就令人受挫。”

帕里西的开创性发现使理解和描述许多不同的、显然完全随机的复杂材料和现象成为可能,不仅对物理学影响深远,也给数学、生物学、神经科学和机器学习等领域的研究带来启示。

云顶国际登录官网手机版-APP新版本从诺贝尔奖设立之初,物理学即被认为是推动科技、社会进步最重要的学科之一,诺贝尔物理学奖也被公认为“含金量十足”。“今年获得认可的发现表明,我们对气候的了解建立在坚实的科学基础之上,基于对观测的严格分析。今年的获奖者,都为我们更深入地了解复杂物理系统的特性和演化作出了贡献。”诺贝尔物理学委员会主席托尔斯·汉斯汉森(Thors Hans Hansson)表示。

此外,据诺贝尔奖官网消息,今年,其他奖项的揭晓时间预计为:10月6日公布化学奖获得者,10月7日公布文学奖获得者,10月8日公布和平奖获得者,10月11日揭晓经济学奖获得者。

(钛媒体App编辑刘萌萌综合自新华社、文汇客户端、爱范儿、腾讯网等)

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