物理学是一个非常广阔的领域

作者:苗千

物理学是一个非常广阔的领域0三联生活周刊:你如何简要介绍今年三位诺贝尔物理学奖得主的研究工作及价值?

英格尔曼:他们在一个非常困难的领域做出了真正突破性的成果,因为他们必须研究非常复杂的系统——在这些系统中存在波动,甚至是混乱的现象。在这种情况下进行科学计算,或是预测这些系统将会如何发展,都是非常困难的。真锅淑郎最初在20世纪60年代根据地球大气运动情况和接受太阳的辐射情况,建立了关于全球的气候模型。根据这个模型,人们就可以对全球的气候变化,比如全球的温度变化进行科学预测。考虑到当时的时代背景和计算机能够进行的工作,可以说他出色的研究成果令人吃惊。

随后哈塞尔曼也加入到这项研究中,并且提供了更精确也更先进的研究方法。科学家可以通过这种方法处理混乱系统,并且对这些系统进行科学描述。这样人们就可以对这样的系统得出更“安全”的计算结果,也就是说计算结果的不确定性被降低了。哈塞尔曼还在科学研究中发明了一种“指纹概念”——也就是说人们可以通过这种方法研究某个观测对象的某种特殊的方面,比如我们可以直接研究人类活动对大气中二氧化碳含量的影响。这是通过科学的方式,让人类理解了人类活动确实影响了大气中二氧化碳的含量。

帕里西虽然也研究过气候问题——比如冰川时代的地球气候,但他的研究更侧重于从更基础的物理学系统出发,研究更为基础的复杂系统,比如自旋玻璃(Spin glass)及其他一些问题。而他天才地发明了一些科学方法,帮助人们理解这样的系统,并且建立这些系统的理论模型。可以说这三个人的研究是彼此联系的,又都是关于如何理解和处理复杂系统的,并且发展出处理这些复杂系统的科学方法。他们的研究可以被应用到很多领域,比如研究气候变化。

三联生活周刊:是否可以说真锅淑郎和哈塞尔曼的研究更加关注实际应用层面,而帕里西的研究更加偏重理论?

英格尔曼:可以这么说。因为真锅淑郎和哈塞尔曼的研究都是主要关注复杂系统与气候之间的关系,也就是说他们的研究目标从一开始就非常明确,就是理解气候变化。这样的研究对于全人类都非常重要。而帕里西的研究可以说更多是从科学家的好奇心出发,比如研究各种各样的复杂系统究竟会发生什么变化,科学家又能对这些系统理解到什么程度。这样的研究方式往往会涌现出天才的想法,并且开启一个全新的科学研究领域。

三联生活周刊:这三位科学家都是在几十年前就做出了重要的贡献。那么在他们的研究基础上,现在有了哪些发展?

英格尔曼:人们需要花一些时间才能判断这些科学家的研究工作是否正确,并且理解这些研究的重要性。人们需要验证科学家做出的预测是否准确,随后人们发现他们的理论预测与真实情况吻合。

这些研究在气候研究领域的发展非常明显。现在研究全球气候变化对全人类来说已经是一个非常重要的课题。帕里西的研究工作也是一样的。他对复杂系统做出的很多预测最近在很多实验室里都得到了证实——所以我们才知道,这些结果并不只是预测,而是被证实的科学理论。

三联生活周刊:这一次诺贝尔物理学奖主要关注气候变暖问题。这也是目前的一个世界性难题,需要所有国家共同合作。你认为各个国家的领导人能够从这次诺贝尔物理学奖中得到哪些启示?

英格尔曼:我想最重要的事情就是他们需要真正认识到,根据目前我们用来理解全球气候、预测气候变化的气候模型能够得出什么样的预测结果,而想要避免灾难性的后果,现在我们又有哪些机会。所有这些结论都是基于非常坚实的科学事实,这并不是科学家的异想天开,而是根据最基本的物理定律得出的被一致认可的科学结论。这也就意味着人们需要非常认真地对待这些结论,并且利用气候模型,考虑我们可以采用的各种方法,取得最好的结果。

三联生活周刊:世界上仍然有一些人不承认全球气候变暖是一个科学事实,这几位科学家的贡献可以让更多的人认识到这个紧迫的局面吗?

英格尔曼:(这些仍然不相信全球气候变暖的人)需要真正花时间去阅读科学文献,理解这些研究。实际上他们可以花一些时间去阅读诺贝尔奖网站上关于这几位科学家的贡献的科普内容,只有几页,而且很容易理解。我们也有更详细的介绍,关于究竟如何理解复杂系统、理解全球气候模型,以及介绍这些研究的科学背景。如果这些人想要得出其他结论,那么他们必须通过科学方法证明另外一种理论比我们现有的气候模型更好——这是非常困难的。我想,否认全球气候变暖的人并不想真正去理解这些科学事实。

三联生活周刊:诺贝尔奖通常都会等很长的时间去验证一项科学理论。不过今年的两位诺贝尔物理学奖得主都已经90岁了,最年轻的另一位也已经70多岁。从数字来看,诺贝尔奖得主的平均年龄越来越大——为什么诺贝尔奖得主越来越老?

英格尔曼:我并不认为诺贝尔奖得主越来越老。在一些情况下,科学家们的主要成果是在几十年前完成的,但是我们需要花时间来评价这些科学成果的重要性。有些科学成果的重要性马上就得到了认可——比如发光二极管的发明。而今年的诺贝尔物理学奖是关于气候变化的,人们当然需要花很长的时间来验证这些气候模型的有效性,观察气候的变化。

三联生活周刊:近几年来,诺贝尔物理学奖的授奖范围越来越大,2019年首次授予了两位行星科学家,2020年授予了一位数学家罗杰·彭罗斯,今年则授予了研究气象的科学家。请问究竟该如何理解物理学所涉及的范围,如何理解物理学的本质?

英格尔曼:我同意你的观点,物理学是一个非常广阔的领域,物理学的范围也在一直扩大。实际上其他的学科,比如化学也是一样的,因为你总是会发现新的研究领域。今年的诺贝尔物理学奖就是一个例子,人们之前对于复杂系统的理解并不多,这需要很多年的发展。 科学科普物理诺贝尔英格尔