催化剂|2021年诺贝尔自然科学奖解读( 二 )

诺奖委员会给出这样的评价：今年诺贝尔生理学或医学奖获得者的突破性发现，让人们理解了冷、热、机械作用力如何触发神经冲动，以及人类感知并适应外界刺激的机制。当然，基于该发现的众多研究，还正在进行之中，研究者正致力于阐明它们在各种生理过程中的功能，这些有望大范围应用在众多疾病的治疗之中。
2021年诺贝尔物理学奖——
全球变暖能够可靠预测
中青报·中青网见习采访人员杨洁
地球气候是一个对人类至关重要的复杂系统。
大气中二氧化碳含量的增加，如何导致地球表面温度升高？地球气候要如何变化？人类又会如何影响它？
这一切与“天注定”的事情找到了科学的预测方案。
北京时间10月5日17时45分许， 2021年诺贝尔物理学奖揭晓，授予美国普林斯顿大学高级气象学家真锅秀郎（Syukuro Manabe）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（Klaus Hasselmann），以表彰他们“用于地球气候的物理建模，量化可变性并可靠地预测全球变暖” ，另外一半由意大利罗马大学教授乔治·帕里西（Giorgio Parisi）共享， “发现了从原子到行星尺度的物理系统中无序和波动之间的相互作用。 ”
来自诺贝尔奖委员会的说法是：3位获奖者因对混沌和明显随机现象的研究而分享了今年的诺贝尔物理学奖。真锅秀郎和克劳斯·哈塞尔曼为我们了解地球气候以及人类如何影响它奠定了基础。乔治·帕里西因其对无序材料和随机过程理论的革命性贡献而获奖。
1903年诺贝尔化学奖得主阿伦利乌斯（Svante Arrhenius）揭开了关于二氧化碳影响的重要谜题。他得出的结论是，如果大气中的二氧化碳水平减半，这足以让地球进入一个新的冰河时代。反之亦然——二氧化碳量增加一倍会使温度升高5-6摄氏度，这个结果在某种程度上与目前的估计值惊人地接近。
到了1960年，真锅秀郎领导了地球气候物理模型的开发，成为第一个探索辐射平衡与气团垂直输送之间相互作用的人。他的工作为当前气候模型的发展奠定了基础。
为了使计算易于管理，真锅秀郎选择将模型缩小到一维，即一个垂直的柱子，距离大气层40公里。模型发现氧气和氮气对地表温度的影响可以忽略不计，而二氧化碳则有明显的影响：当二氧化碳水平翻倍时，全球温度升高了两摄氏度以上。
真锅秀郎获得了解二氧化碳影响的开创性模型， 1975年，该模型发表，成为了解气候秘密道路上的又一个里程碑。 1950年，德国汉堡的一位年轻的物理学博士生克劳斯·哈塞尔曼正在从事流体动力学研究，开发海浪和洋流的观测和理论模型。
之后，克劳斯·哈塞尔曼搬到加利福尼亚继续从事海洋学研究，见到了查尔斯·大卫·基林等同事，还和他们一起创办了一个牧歌合唱团。克劳斯·哈塞尔曼不知道，在他后来的工作中，他会经常使用基林曲线，该曲线显示二氧化碳水平的变化。
研究中，克劳斯·哈塞尔曼创建了将天气和气候联系在一起的模型，解决了为什么气候模型在天气多变且混乱的情况下仍然可靠的问题。
该模型清楚地显示了加速的温室效应：自19世纪中叶以来，大气中的二氧化碳含量增加了40% 。温度测量表明，在过去的150年中，全球温度升高了1摄氏度。
他的方法已被用来证明大气温度升高是由于人类排放的二氧化碳。
又过了10年，大约在1980年，乔治·帕里西( Giorgio Parisi)在无序的复杂材料中发现了隐藏的模式，使理解和描述许多不同的、显然完全随机的材料和现象成为可能。这可应用在物理学、数学、生物学、神经科学和机器学习等领域。他的发现是对复杂系统理论最重要的贡献之一。