北京时间17时45分|天目Tech+2021年诺贝尔物理学奖揭晓，一半授予了气象学家北京时间17时45分

北京时间17时45分， 2021年诺贝尔物理学奖揭晓，聚焦复杂系统。
奖项一半授予美国普林斯顿大学高级气象学家真锅淑郎（SyukuroManabe）和德国汉堡马克斯·普朗克气象研究所教授克劳斯·哈塞尔曼（KlausHasselmann），另一半授予罗马大学教授乔治·帕里西（GiorgioParisi），以表彰他们“对我们对复杂系统的理解所作的开创性贡献” 。
其中，真锅淑郎和克劳斯·哈塞尔曼在开发气候模型方面做出开创性工作，乔治·帕里西则对无序和随机现象理论做出了革命性贡献。
看起来不相及，其实他们的研究对象都是存在于世界上的“复杂的系统” ，而对“复杂系统”的认知，可以帮助人类更好认识世界、预测未来。
来，我们一个一个说。

文章图片
2021年诺贝尔物理学奖得主画像图片来自诺贝尔奖
过去两百年
科学家们都在研究气候这个复杂系统
世界上存在着许多复杂系统，地球的气候就是其中之一。科学家们一直致力于研究它。
两百年前，法国物理学家约瑟夫·傅里叶（JosephFourier）就研究了太阳辐射和地面辐射之间的能量平衡，认为大气在其中发挥了重要的作用。
傅里叶首次提出了温室效应理论，认为在地球表面，入射的太阳辐射会被转化为向外辐射（即所谓的“暗热量”），被大气吸收，从而对大气起到加温作用。
不过，真实的大气辐射过程要复杂得多。在接下来的200年里，多位气候科学家贡献了细节，尤其是研究了大气中温室气体对气候的影响。
他们发现，最强大的温室气体其实是水蒸气，我们无法控制大气中水蒸气的浓度，二氧化碳的浓度则是可以控制的。
不过，大气中的水蒸气含量，高度依赖于温度。大气中的二氧化碳越多，温度越高，空气中的水蒸气含量也就越高，从而增加温室效应，导致温度进一步升高。如果二氧化碳含量水平下降，部分水蒸气会凝结，温度也随之下降。
其中， 19世纪末，瑞典科研人员SvanteArrhenius理解了造成温室效应背后的物理原理——向外辐射与辐射体的绝对温度的四次方成正比，辐射源越热，射线的波长越短。太阳的表面温度为6000°C ，主要发射可见光谱中的射线。地球表面温度仅为15°C ，会再次辐射看不见的红外辐射。如果大气不吸收太阳辐射，地表温度几乎不会超过–18°C 。
由于其杰出贡献， SvanteArrhenius曾在1903年被授予诺贝尔化学奖。

文章图片
真锅淑郎的气候模型图片来自诺贝尔奖
60年前建立三维气候模型
证实温度变化由二氧化碳水平上升导致
接下来，我们的主角登场了。
真锅淑郎原来是日本大气物理学家， 20世纪50年代前往美国继续职业生涯。
他的研究目的和SvanteArrhenius一样，都是为了理解二氧化碳增加如何导致气温上升。
20世纪60年代，他领导了一项物理模型的研究工作，将对流引起的气团垂直输送以及水蒸气的潜热纳入模型之中。
为了使计算变得简单，他将模型简化为一维——即一根垂直的圆柱，直达大气层40公里。
在该模型中，他发现，氧和氮对地球表面的温度影响可以忽略不计，但二氧化碳对温度却有明显的影响：当大气二氧化碳水平翻倍时，全球温度升高2°C以上。超过该阈值，气候变化风险将变得不可接受。
这一数值后来被国际社会普遍接受，并由《巴黎协定》明确为全球温度上升的控制目标——到本世纪末，全球平均气温保持在相对工业化前水平高2℃的范围内。