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manbet手机版三位诺贝尔物理学奖得主因他们对复杂现象的研究而分享了今年的诺贝尔物理学奖。manbet手机版Syukuro Manabemanbet手机版而且manbet手机版克劳斯Hasselmannmanbet手机版为我们了解地球气候以及人类如何影响气候奠定了基础。manbet手机版乔治•帕里manbet手机版因其对无序和随机现象理论的革命性贡献而获奖。

manbet手机版所有复杂的系统都由许多相互作用的不同部分组成。manbet手机版物理学家已经对它们进行了几个世纪的研究，它们很难用数学来描述——它们可能有大量的成分，也可能是偶然的。manbet手机版它们也可能是混乱的，就像天气一样，初始值的微小偏差会导致后期的巨大差异。manbet手机版今年的获奖者都为我们获得更多关于此类系统及其长期发展的知识做出了贡献。

manbet手机版地球气候是众多复杂系统的例子之一。manbet手机版Manabe和Hasselmann因其在发展气候模型方面的开创性工作狗万世界杯而被授予诺贝尔奖。manbet手机版帕里西因其对复杂系统理论中大量问题的理论解决方案而获奖。

manbet手机版Syukuro Manabemanbet手机版展示了大气中二氧化碳浓度的增加如何导致地球表面温度的升高。manbet手机版在20世纪60年代，他领导了地球气候物理模型的发展，是第一个探索辐射平衡和气团垂直输送之间相互作用的人。manbet手机版他的工作为气候模型的发展奠定了基础。

manbet手机版大约十年后，manbet手机版克劳斯Hasselmannmanbet手机版创建了一个将天气和气候联系在一起的模型，从而回答了为什么气候模型可以在天气多变和混乱的情况下仍然可靠的问题。manbet手机版他还开发了识别特定信号、指纹的方法，即自然现象和人类活动在气候中留下的印记。manbet手机版他的方法已经被用来证明大气温度的升高是由于人类排放二氧化碳造成的。

manbet手机版1980年左右,manbet手机版乔治•帕里manbet手机版在无序的复杂材料中发现隐藏的模式。manbet手机版他的发现是对复杂系统理论最重要的贡献之一。manbet手机版它们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，不仅在物理领域，而且在其他非常不同的领域，如数学、生物学、神经科学和机器学习。

manbet手机版温室效应对生命至关重要

manbet手机版两百年前，法国物理学家约瑟夫·傅立叶研究了太阳对地辐射和地面辐射之间的能量平衡。manbet手机版他明白大气在这种平衡中的作用;manbet手机版在地球表面，入射的太阳辐射转化为出射的辐射——“暗热”——被大气吸收，从而使其加热。manbet手机版大气的保护作用现在被称为温室效应。manbet手机版这个名字来自于它与温室的玻璃窗格的相似，它允许太阳的热量射线通过，但把热量困在里面。manbet手机版然而，大气中的辐射过程要复杂得多。

manbet手机版这项任务与傅里叶所承担的任务相同——研究射向地球的短波太阳辐射与地球发出的长波红外辐射之间的平衡。manbet手机版在接下来的两个世纪里，许多气候科学家添加了这些细节。manbet手机版当代气候模型是非常强大的工具，不仅可以用来理解气候，还可以用来理解人类造成的全球变暖。

manbet手机版这些模型是基于物理定律，是从用来预测天气的模型发展而来的。manbet手机版天气是用诸如温度、降水、风或云等气象量来描述的，并受到海洋和陆地上发生的情况的影响。manbet手机版气候模型是基于计算出的天气统计特性，如平均值、标准差、最高和最低测量值等。manbet手机版他们不能告诉我们明年12月10日斯德哥尔摩的天气如何，但我们可以知道12月斯德哥尔摩的平均气温和降雨量。

manbet手机版确定二氧化碳的作用

manbet手机版温室效应对地球上的生命至关重要。manbet手机版它控制着温度，因为大气中的温室气体——二氧化碳、甲烷、水蒸气和其他气体——首先吸收了地球的红外辐射，然后释放出吸收的能量，使周围的空气和下面的地面升温。

manbet手机版温室气体实际上只占地球干燥大气的很小一部分，主要是氮和氧——按体积计算，它们占99%。manbet手机版二氧化碳的体积仅为0.04%。manbet手机版最强大的温室气体是水蒸气，但我们无法控制大气中水蒸气的浓度，但我们可以控制二氧化碳的浓度。

manbet手机版大气中水蒸气的数量高度依赖于温度，导致了一个反馈机制。manbet手机版大气中更多的二氧化碳使气温升高，使更多的水蒸气滞留在空气中，这增加了温室效应，使气温进一步上升。manbet手机版如果二氧化碳浓度下降，一些水蒸气就会凝结，温度就会下降。

manbet手机版关于二氧化碳影响的第一块重要拼图来自瑞典研究人员和诺贝尔奖得主manbet手机版Svante Arrheniusmanbet手机版．manbet手机版顺便提一句，正是他的同事，气象学家尼尔斯·埃克霍尔姆，在1901年第一个使用温室这个词来描述大气中热量的储存和再辐射。

manbet手机版阿伦尼乌斯在19世纪末就理解了造成温室效应的物理学原理——发出的辐射与辐射体的绝对温度(T)的四次方(T)成正比。manbet手机版辐射源越热，射线的波长越短。manbet手机版太阳的表面温度为6000°C，主要发射可见光谱的射线。manbet手机版地球的表面温度只有15°C，它会重新辐射我们看不见的红外辐射。manbet手机版如果大气不吸收这种辐射，地表温度将勉强超过-18°C。

manbet手机版阿伦尼乌斯实际上是在试图找出最近发现的冰河时代现象的原因。manbet手机版他得出的结论是，如果大气中的二氧化碳含量减半，这将足以使地球进入一个新的冰河世纪。manbet手机版反之亦然——二氧化碳含量翻倍将使温度升高5-6°C，这一结果，多少有些偶然，惊人地接近目前的估计。

manbet手机版二氧化碳效应的先驱模型

manbet手机版20世纪50年代，日本大气物理学家manbet手机版Syukuro Manabemanbet手机版是东京年轻而有才华的研究人员之一，他离开了饱受战争摧残的日本，在美国继续他们的职业生涯。manbet手机版与70年前阿伦尼乌斯的研究一样，马纳贝斯的研究目的是了解二氧化碳水平的增加是如何导致温度升高的。manbet手机版然而，当Arrhenius专注于辐射平衡时，Manabe在20世纪60年代领导了物理模型的开发工作，将对流引起的气团的垂直输送和水蒸气的潜热结合起来。

manbet手机版为了使这些计算易于管理，他选择将模型简化为一维——在大气中40公里处的一个垂直柱。manbet手机版即便如此，通过改变大气中气体的水平来测试这个模型还是花费了数百个宝贵的计算小时。manbet手机版氧和氮对地表温度的影响可以忽略不计，而二氧化碳的影响却很明显:当二氧化碳浓度翻倍时，全球温度就会升高2摄氏度以上。

manbet手机版该模型证实了这种升温确实是由于二氧化碳的增加，因为它预测了接近地面的温度上升，而上层大气变冷。manbet手机版如果是太阳辐射的变化导致了温度的升高，那么整个大气应该同时升温。

manbet手机版60年前，计算机的速度要比现在慢几十万倍，所以这个模型相对简单，但Manabe的关键特性是正确的。manbet手机版你必须总是简化，他说。manbet手机版你无法与自然界的复杂性竞争——每一颗雨滴都包含如此多的物理知识，根本不可能计算出所有的东西。manbet手机版一维模型的洞见导致了三维气候模型的诞生，Manabe在1975年发表了该模型;manbet手机版这是了解气候秘密的道路上的又一个里程碑。

manbet手机版天气是混乱的

manbet手机版大约在Manabe十年后，manbet手机版克劳斯Hasselmannmanbet手机版成功地将天气和气候联系在一起，找到了一种方法来战胜快速和混乱的天气变化，这对计算来说是非常麻烦的。manbet手机版由于太阳辐射在地理和时间上的分布极不均匀，我们这个星球的天气发生了巨大的变化。manbet手机版地球是圆的，所以到达高纬度地区的阳光比到达赤道附近低纬度地区的阳光少。manbet手机版不仅如此，地轴是倾斜的，产生了入射辐射的季节性差异。manbet手机版温暖空气和寒冷空气之间的密度差异导致了不同纬度之间、海洋和陆地之间、高气团和低气团之间的巨大热量传输，从而驱动了我们星球上的天气。

manbet手机版众所周知，要对未来十天以上的天气做出可靠的预测是一项挑战。manbet手机版两百年前，著名的法国科学家皮埃尔-西蒙·德·拉普拉斯说，如果我们知道宇宙中所有粒子的位置和速度，就有可能计算出我们的世界中已经发生了什么以及将要发生什么。manbet手机版原则上，这应该是正确的;manbet手机版牛顿有三个世纪历史的运动定律，也描述了大气中的空气运输，完全是确定的——它们不受偶然的支配。

manbet手机版然而，当谈到天气时，没有比这更糟糕的了。manbet手机版这在一定程度上是因为，在实践中，不可能足够精确地描述大气中每一点的空气温度、压力、湿度或风力状况。manbet手机版此外，方程是非线性的;manbet手机版初值的微小偏差可以使天气系统以完全不同的方式演变。manbet手机版根据在巴西扇动翅膀的蝴蝶是否会在德克萨斯州引发龙卷风的问题，这种现象被命名为蝴蝶效应。manbet手机版在实践中，这意味着不可能做出长期的天气预报——天气是混乱的;manbet手机版这个发现是美国气象学家爱德华·洛伦兹在20世纪60年代发现的，他奠定了今天混沌理论的基础。

manbet手机版理解有噪声的数据

manbet手机版尽管天气是混沌系统的典型例子，但我们如何才能建立未来几十年或几百年的可靠气候模型呢?manbet手机版1980年前后，克劳斯·哈塞尔曼(Klaus Hasselmann)演示了如何用快速变化的噪声来描述混乱变化的天气现象，从而为长期气候预报奠定了坚实的科学基础。manbet手机版此外，他还开发了识别人类对观测到的全球温度的影响的方法。

manbet手机版20世纪50年代，作为德国汉堡的一名物理学年轻博士生，哈塞尔曼研究流体动力学，然后开始发展对海浪和洋流的观测和理论模型。manbet手机版他搬到加州，继续研究海洋学，遇到了查尔斯·大卫·基林(Charles David Keeling)等同事，哈塞尔曼夫妇与基林创办了一支牧歌合唱团。manbet手机版基林因1958年在夏威夷莫纳罗亚天文台开始了目前最长的一系列大气二氧化碳测量而闻名于世。manbet手机版哈塞尔曼不知道，在他后来的工作中，他会经常使用基林曲线，显示二氧化碳水平的变化。

manbet手机版从嘈杂的天气数据中获得一个气候模型可以通过遛狗来说明:狗在你的腿周围跑，前后跑，左右跑。manbet手机版你如何通过狗的足迹来判断你是在走还是在站着?manbet手机版或者你走得快还是慢?manbet手机版狗的足迹是天气的变化，而你的行走是经过计算的气候。manbet手机版利用混乱和嘈杂的天气数据，是否有可能得出关于气候长期趋势的结论?

manbet手机版另一个困难是，影响气候的波动随着时间的推移变化很大——它们可能很快，如风力或气温，也可能很慢，如冰盖融化和海洋变暖。manbet手机版例如，海洋平均升温1度可能需要上千年的时间，而大气只需要几周。manbet手机版决定性的技巧是将天气的快速变化作为噪声加入到计算中，并显示这些噪声如何影响气候。

manbet手机版Hasselmann创建了一个随机气候模型，这意味着模型中包含了可能性。manbet手机版他的灵感来自manbet手机版阿尔伯特·爱因斯坦manbet手机版布朗运动理论，也被称为随机游走。manbet手机版利用这一理论，Hasselmann证明了快速变化的大气实际上会导致海洋的缓慢变化。

manbet手机版辨别人类影响的痕迹

manbet手机版一旦气候变化的模型完成，Hasselmann就开发出了识别人类对气候系统影响的方法。manbet手机版他发现，这些模型，连同观察结果和理论考虑，都包含了足够的关于噪声和信号特性的信息。manbet手机版例如，太阳辐射、火山颗粒或温室气体水平的变化会留下独特的信号、指纹，这些信号可以被分离出来。manbet手机版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。manbet手机版Hasselman因此为进一步研究气候变化扫清了道路，这些研究已经通过大量的独立观测证明了人类对气候影响的痕迹。

manbet手机版随着包括气候复杂相互作用的过程被更彻底地绘制出来，气候模型变得越来越精细，尤其是通过卫星测量和天气观测。manbet手机版这些模型清楚地显示了温室效应的加速;manbet手机版自19世纪中期以来，大气中的二氧化碳含量增加了40%。地球的大气已经有几十万年没有包含这么多的二氧化碳了。manbet手机版因此，温度测量显示，在过去150年里，世界温度上升了1摄氏度。

manbet手机版Manabe Syukuro和Klaus Hasselmann本着阿尔弗雷德·诺贝尔的精神，通过为我们对地球气候的了解提供坚实的物理基础，为人类做出了最大的贡献。万博体育安卓版appmanbet手机版我们不能再说我们不知道——气候模型是毫不含糊的。manbet手机版地球在变暖吗?manbet手机版是的。manbet手机版原因是大气中温室气体的增加吗?manbet手机版是的。manbet手机版这能完全用自然因素来解释吗?manbet手机版不。manbet手机版人类的排放是气温上升的原因吗?manbet手机版是的。

manbet手机版无序系统的方法

manbet手机版1980年左右,manbet手机版乔治•帕里manbet手机版介绍了他关于明显随机现象是如何被隐藏规则支配的发现。manbet手机版他的工作现在被认为是对复杂系统理论最重要的贡献之一。

manbet手机版复杂系统的现代研究源于19世纪下半叶由詹姆斯·c·麦克斯韦、路德维希·玻尔兹曼和j·威拉德·吉布斯发展起来的统计力学，他们在1884年为这个领域命名。manbet手机版统计力学的发展源于这样一种认识，即有必要采用一种新型方法来描述由大量粒子组成的系统，如气体或液体。manbet手机版这种方法必须考虑粒子的随机运动，所以基本思想是计算粒子的平均效应，而不是单独研究每个粒子。manbet手机版例如，气体中的温度是气体粒子能量平均值的量度。manbet手机版统计力学是一个巨大的成功，因为它为气体和液体的宏观性质，如温度和压力，提供了微观的解释。

manbet手机版气体中的粒子可以看作是小球，它们的飞行速度随着温度的升高而升高。manbet手机版当温度下降或压力增加时，这些球首先凝结成液体，然后变成固体。manbet手机版这种固体通常是晶体，其中的球按规则排列。manbet手机版然而，如果这种变化发生得很快，球可能会形成一个不规则的图案，即使液体进一步冷却或挤压在一起也不会改变。manbet手机版如果重复这个实验，这些球就会呈现出一种新的模式，尽管变化的方式完全相同。manbet手机版为什么结果不同?

manbet手机版理解的复杂性

manbet手机版这些压缩球是普通玻璃和颗粒材料(如沙子或砾石)的简单模型。manbet手机版然而，帕里西的原始作品的主题是另一种系统——旋转玻璃。manbet手机版这是一种特殊的金属合金，例如，铁原子被随机地混合到铜原子的网格中。manbet手机版尽管铁原子很少，但它们却以一种激进而令人费解的方式改变了材料的磁性。manbet手机版每个铁原子的行为就像一个小磁铁，或自旋，受其附近其他铁原子的影响。manbet手机版在一个普通的磁铁中，所有的自旋都指向同一个方向，但在一个自旋玻璃中，它们会受到阻碍;manbet手机版有些自旋对指向同一个方向，而另一些则指向相反的方向——那么它们如何找到最佳方向呢?

manbet手机版在他关于旋转玻璃的书的前言中，帕里西写道，研究旋转玻璃就像观看莎士比亚戏剧中的人间悲剧。manbet手机版如果你想同时和两个人交朋友，但他们彼此讨厌，这可能会令人沮丧。manbet手机版在古典悲剧中更是如此，情感强烈的朋友和敌人在舞台上相遇。manbet手机版怎样才能把房间里的紧张气氛降到最低?

manbet手机版自旋玻璃及其奇异性质为复杂系统提供了一个模型。manbet手机版在20世纪70年代，许多物理学家，包括几位诺贝尔奖得主，都在寻找一种方法来描述神秘而令人沮丧的旋转眼镜。manbet手机版他们使用的一种方法是复制技巧，这是一种数学技术，可以同时处理系统的多个副本。manbet手机版然而，就物理学而言，原始计算的结果是不可行的。

manbet手机版1979年，帕里西取得了决定性的突破，他演示了如何巧妙地利用复制品来解决旋转玻璃的问题。manbet手机版他在复制品中发现了一个隐藏的结构，并找到了一种用数学方法描述它的方法。manbet手机版帕里西的解花了很多年才被证明是数学上正确的。manbet手机版此后，他的方法被应用于许多无序系统中，成为复杂系统理论的基石。

manbet手机版挫折的果实多种多样

manbet手机版自旋玻璃和颗粒材料都是受挫系统的例子，在这种系统中，各种成分必须以一种相互抵消力之间的折衷方式排列自己。manbet手机版问题是它们的行为和结果是什么。manbet手机版帕里西是为许多不同的材料和现象回答这些问题的大师。manbet手机版他对自旋眼镜结构的基础性发现非常深刻，不仅影响了物理学，还影响了数学、生物学、神经科学和机器学习，因为所有这些领域都包含了与挫折直接相关的问题。

manbet手机版帕里西还研究了许多其他现象，在这些现象中，随机过程在结构的形成和发展过程中起决定性作用，并处理了诸如:为什么我们会周期性地出现冰河期?manbet手机版对于混沌和紊流系统是否有更通用的数学描述?manbet手机版或者——成千上万只欧椋鸟的呢喃是如何产生模式的?manbet手机版这个问题似乎与旋转玻璃无关。manbet手机版然而，帕里西说，他的大部分研究都是关于简单的行为如何引发复杂的集体行为，这适用于旋转眼镜和椋鸟。

manbet手机版进一步的阅读

manbet手机版有关今年奖项的其他信息，包括英文的科学背景，可在瑞典皇家科学院网站www.kva.se和www.dokicam.com上查阅，在那里您可以观看新闻发布会、诺贝尔演讲等的视频片段。manbet手机版有关诺贝尔奖和经济学奖的展览和活动的信息，请访问www.nobelprizemuseum.se狗万世界杯

manbet手机版瑞典皇家科学院决定颁发2021年诺贝尔物理学奖狗万世界杯

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manbet手机版与其中一半联合到

manbet手机版SYUKURO MANABE
manbet手机版1931年生于日本新谷。
manbet手机版1958年获日本东京大学博士学位。
manbet手机版普林斯顿大学高级气象学家
manbet手机版美国大学。

manbet手机版克劳斯HASSELMANN
manbet手机版1931年生于德国汉堡。
manbet手机版1957年获得Göttingen大学博士学位。
manbet手机版德国。manbet手机版教授,马克斯·普朗克
manbet手机版德国汉堡气象研究所
manbet手机版德国。

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manbet手机版1948年生于罗马。manbet手机版意大利。manbet手机版1970年博士。
manbet手机版来自罗马萨皮恩扎大学，
manbet手机版意大利。manbet手机版Sapienza大学教授
manbet手机版罗马,意大利。

manbet手机版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。

manbet手机版科学编辑manbet手机版: Ulf Danielsson, Thors Hans Hansson, Gunnar Ingelman, Anders Irbäck, John Wettlaufer，诺贝尔物理学委员会
manbet手机版文本manbet手机版:乔安娜玫瑰
manbet手机版翻译manbet手机版克莱尔:巴
manbet手机版插图manbet手机版:©Johan Jarnestad/瑞典皇家科学院
manbet手机版编辑器manbet手机版:莎拉Gustavsson
manbet手机版©瑞典皇家科学院