昨日，諾貝爾物理學獎揭曉。

衆所周知，每年的十一不僅是黃金週，也是一年一度的諾獎周。繼醫學獎頒佈之後，昨日公佈了諾貝爾物理學獎的獲得者。

三位獲獎者的研究涵蓋了統計物理和複雜系統領域，其中，美籍日裔科學家真鍋淑郎和德國科學家克勞斯·哈塞爾曼作爲一個整體獲得了一半的榮譽，主要因爲“對地球氣候的物理建模，量化變異性並可靠地預測全球變暖”。另一半的榮譽則屬於意大利羅馬大學喬治·帕裏西，理由是“發現從原子到行星尺度的物理系統的無序和波動的相互作用”。

兩個氣象學家和一個物理學家，共同對複雜物理系統理論做出了開創性貢獻。這個令人意外又神奇的組合，不僅讓我們再次關注到了物理，也再次聚焦在了氣候變暖的問題上。

01 溫室效應不是騙局

其實溫室效應已經被人們所熟知，現在幾乎所有人都對氣候變化和二氧化碳危害等方面有了一個基礎的瞭解，然而這都是基於100多年前，這些科學家們建立的模型。

真鍋淑郎今年已經90歲了。1960年代，真鍋淑郎就開始了對大氣中二氧化碳濃度的增加如何導致地球表面溫度升高的研究。

（美籍日裔氣象學家真鍋淑郎）

面對複雜的氣候模型，真鍋淑郎選擇了將模型縮減爲一維，成爲第一個探索輻射平衡與氣團垂直輸送之間相互作用的人。他的工作爲氣候模型的發展奠定了基礎。

衆所周知，溫室氣體實際上僅僅佔據乾燥空氣的很少一部分，因爲空氣的主要成分是氮氣與氧氣，它們加起來佔據了99%的體積，而二氧化碳僅僅佔據0.04%。

而在溫室效應最強的氣體是水蒸氣，雖然我們不能控制大氣中的水蒸氣的濃度，但我們可以影響空氣中的二氧化碳濃度。

真鍋淑郎通過研究發現，當二氧化碳水平翻倍時，全球溫度會上升超過2度。也就是說二氧化碳直接影響了全球氣候變暖。

而後，他建立了垂直模型，化繁爲簡。直接證實了我們高中課本上所學的，隨着靠近地面，溫度會升高，而遠離地面，即在高層的大氣層溫度則會將降低。

就是這樣一個直觀的模型，準確幫我們梳理了氣候的規律，打開了氣候研究的新旅程。

在大約十年後，克勞斯·哈塞爾曼在此基礎上，繼續了氣候的研究，不過放在了一個更龐大的緯度和時間上探索。

（德國氣象學家克勞斯·哈塞爾曼）

還記得我們高中學的布朗運動嗎？它是指懸浮在液體或氣體中的微粒所做的永不停息的無規則運動。

但是當下看似都是沒有規則的，但其實都是帶着某種趨勢前進。

所以哈塞爾曼不侷限於單純的天氣變化，也不侷限於一天或者一個月，而是更爲宏觀的氣候變化。

因此他創建了一個包含隨機性的氣候模型，統計下來發現在長時間無序天氣變化中，氣候自然的變化影響非常小，反而是人類活動會影響氣候的激烈變化。

而後他將雜亂而快速的天氣變化作爲噪聲納入計算中，如風力、氣溫、冰蓋融化、海洋變暖等，並展示了這種噪聲如何影響氣候。

此外，他還發展了用於識別自然現象和人類活動影響氣候的特異性信號、指紋的方法，也就是把太陽輻射、火山灰顆粒、溫室氣體濃度等留下獨特的信號分離出來，就像指紋一樣。而他的方法最終被用來證明瞭，大氣中溫度的升高確實是由於人類排放的二氧化碳所造成的。

溫室效應是騙局的說法也就不攻自破了。

02 複雜無序系統

如果說以上兩個氣候學家是對溫室效應的模型和研究做出了直接貢獻，那麼物理學家喬治·帕裏西則爲研究這種複雜隨即而無序的系統提供瞭解決方案。

那麼什麼是複雜無序系統呢？

還記得美國氣象學家愛德華·洛倫茲用“蝴蝶效應”解釋了大氣中的混沌現象：一隻南美洲亞馬遜河流域熱帶雨林中的蝴蝶，偶爾扇動幾下翅膀，可以在兩週以後引起美國得克薩斯州的一場龍捲風。

大氣系統就是混沌系統，它是不確定性、不可重複、不可預測。它只能在宏觀上進行預測，而不能描述細節。其實，氣候變暖、天氣混沌、生態系統甚至整個宇宙都可以看做一個複雜理論系統，因此關於溫室效應等問題也都可以基於複雜無序系統去看待。

這麼看來，喬治·帕裏西的工作直到現在依舊被認爲是對複雜系統理論最重要的貢獻之一，也是無可厚非的。

（意大利物理學家喬治·帕裏西）

其實，複雜系統的現代研究植根於下19世紀下半葉發展起來的統計力學。

1980年左右，喬治·帕裏西在無序的複雜材料中發現了隱藏的模式，使得理解和描述許多不同的、表面上完全隨機的複雜材料和現象成爲可能，不僅在物理學領域，在數學、生物學、神經科學和機器學習等其他非常不同的領域也是如此。

而他的主要貢獻就是給出了自旋玻璃模型一個精確解，這是非平衡統計的一個奠基性的數學模型。

關於自旋玻璃理論，用帕裏西自己書中前言說，就是“彷彿是莎士比亞的四大悲劇。在一個空間內，你想同時和兩個人做朋友，而這兩個人恰好是敵人，彼此憎恨，這可能會讓人沮喪。怎樣才能把悲劇降到最低水平呢？”

再通俗點說，自旋玻璃並不是玻璃，是類似玻璃的一種狀態。我們都知道玻璃是固體中的非晶體，它本身就是沒有固定的凝固溫度的，而自旋的凍結也沒有一個固定的溫度。所以被稱爲自旋玻璃。

在自旋玻璃模型中，它可以用來描述各種無序材料，也可以描述各種複雜的系統。帕裏西發現所有無序副本粒子組合的背後，都有隱藏的結構，同時找到了用數學描述該結構的方案，所以成爲了後世複雜系統理論的基石。

在此基礎上，帕裏西還研究了許多其他現象，在這些現象中，隨機的過程在結構的創建和發展過程中起着決定性作用。

而他也基於此陸續解決了很多問題，包括冰河時代爲什麼會週期性的重複出現？是否有更一般的關於混沌和湍流系統的數學描述？成千上萬只椋鳥的喃喃聲中究竟有怎樣的規律？這些問題似乎與自旋玻璃相去甚遠。但是帕裏西說過，他的大部分研究都涉及簡單的行爲如何產生複雜的集體行爲，這對於自旋玻璃和椋鳥而言同樣適用。

可以看到，今年獲獎的3位科學家，都爲人類認知複雜系統及其長期變化和規律作出了貢獻，也解決了很多被人們懷疑的現象和定律，完美闡釋了頒佈諾貝爾獎對人類發展的意義。

03 能源危機vs全球變暖

今年的物理學獎讓我們知道，人類對氣候的瞭解是建立在堅實的科學基礎上的，全球變暖不再是騙局，接受、控制和解決纔是最好的方式。

而結合目前全球面對的能源危機的困境，碳中和的意義再次凸顯。

近月，歐洲天然氣期貨價格已同比上漲了超過6倍，歐洲到處都是“電荒”、“油荒”、“天然氣慌”。歐洲能源危機已經演化到，是否需要呼籲下調室內溫度、降低消費、節省能源的地步，此外工廠也面臨關閉，整個供應鏈受到威脅。

而能源危機不僅困擾着歐洲，也正在蔓延至全球，包括美國美國原油庫存顯著下降、印度電荒、巴西水力發電崩潰等。

在全球都陷入能源危機的焦慮中時，很多人都把這歸咎於強制減少化石能源使用，推廣可再生能源的問題上，認爲碳中和政策過於激進。

但是，今年諾貝爾物理學獎的頒佈，似乎爲這場全球能源危機提供了一個新的視角。溫室效應是一個不爭的事實，而減少化石燃料的使用是阻止全球變暖，維護地球環境的必行之路。從全人類發展的角度看，脫碳實在必行，而能源轉型上的陣痛無可避免。

因此，無論從溫室效應的危害看，還是全人類未來發展的角度看，各國對能源使用的強制手段和共識都是有前瞻性的。只能說，目前的節奏確實存在一定問題，能源危機亟待解決。而度過這一轉型期之後，未來地球環境的保護，則更要靠科學家乃至全人類的共同努力。

諾貝爾獎的頒佈，也爲人類需要注意保護世界環境再次敲響了警鐘。