2021 年諾貝爾物理獎於5日下午揭曉！本次獎項由美籍日裔學者真鍋淑郎（Syukuro Manabe）、德國學者哈斯曼（Klaus Hasselmann）及義大利學者帕里西（Giorgio Parisi）等 3 位學者共同獲獎。
真鍋淑郎與哈斯曼，因為地球暖化的研究建立了可預測的物理模型，幫助人類「了解地球氣候」及「地球氣候如何被人類影響」而獲獎；帕里西則是成功用物理系統，描述從原子到行星尺度下的各種無序的（disorder）「相互作用」和「波動」（fluctuations）而獲獎。
氣候，是一個對人類至關重要的複雜系統，而真鍋淑郎的研究為當前氣候模型的發展奠定了基礎。在 1960 年代， 真鍋淑郎領導了地球氣候物理模型的開發，他也是第一個探討輻射平衡和氣團垂直運運輸之間交互作用的科學家，在那個電腦運算能力比現在慢上幾十萬倍的年代，他建立的模型證實了全球溫度的升高，與大氣中二氧化碳的含量有關。
大約十年後，哈斯曼創建了一個將天氣和氣候聯繫在一起的模型，證實了雖氣候多變且混亂，但氣候模型仍然可靠。自然現象和人類活動都會在氣候中留下痕跡，他開發的模型可以辨識這些活動的特定信號和指紋圖譜，因此可以進一步地觀測人類對於氣候系統的影響。
哈斯曼創建的模型證實了人類活動加劇了溫室效應；自 19 世紀中葉以來，大氣中的二氧化碳含量增加了 40%。在這數十萬年來，地球的大氣層從未包含如此多的二氧化碳，溫度測量也顯示，在過去的 150 年中，全球溫度升高了 1°C。這證明了大氣溫度的升高，是由於人類活動產生的二氧化碳所導致的。
這兩位得獎者的研究，讓我們清楚的知道，地球溫度的確在上升，原因是因為大氣中的溫室氣體含量增加，而造成這個現象的原因，並不是因為自然因素，很明顯的，人類就是始作俑者。
1980 年左右，帕里西在無序的複雜材料中，發現了隱藏的規律。 這個發現不只是能成功解釋複雜材料，更是對複雜系統理論中最重要的貢獻之一。帕里西提出的規律，讓理解或描述各式不同的複雜材料和現象成為可能，不僅在物理學中，也在其他如數學、生物學、神經科學和機器學習等領域中被運用。
A 編按：已努力修復，如果有錯或需要補充隨時在線。（20211007）
從物理來談複雜系統，就必須先從統計力學說起。
微觀下的粒子運動具有隨機性，導致無法精確算出每個粒子確切的運動，為了解決這個問題，統計力學不再看「一個粒子」，而是「一整群粒子」的運動，用統計的方式算出每個粒子的平均效果，這樣算出來的結果也能解釋巨觀現象。最接近生活的例子就是「溫度」，在微觀尺度下，溫度被描述為系統內粒子的平均動能，而在巨觀現象上，溫度這個指標也能解釋固液氣三態變化的原因。
但還有一些狀況是過去統計力學較難解釋的，以下圖為例，下圖的藍色球體是一種微小的氣體粒子，當你不斷對這群氣體粒子降溫或加壓，會讓氣體變成液體，最後結晶成固體。
降溫或加壓後形成的固體結晶，一般情況下會有固定的晶體結構，但如果溫度或壓力快速改變，就會擠壓出不規則的晶體結構，且就算用同樣的方式改變溫度或壓力，也不會出現相同的結構（下圖 a 與 b 所示）。
說這是隨機造成的也沒錯，但這結晶問題的背後，難道真的沒有規律可言嗎？
帕里西最初是研究稱為「自旋玻璃（Spin glass）」的材料，自旋玻璃並不是玻璃，是在非磁性金屬中摻入少量磁性金屬的合金，例如在銅裡面摻入少量的鐵，這時，摻入的少量鐵原子會隨機進入銅的結構中，而這些鐵原子的排列方式，卻令物理學家頭疼。
我們可以把一顆鐵原子當作一塊小磁鐵，而一般常見的磁鐵，是裡頭的鐵原子都往同一個方向排列（自旋方向相同）。但自旋玻璃中的鐵原子，有些會跟旁邊的鐵原子指向同一個方向，有些則相反，這時若有第三顆鐵原子在系統中，第三顆鐵原子就會面臨兩難的局面，不知道要往哪個方向才對，形成所謂「受挫（frustration，如下圖所示）」的狀態。
針對自旋玻璃的「受挫」狀態，帕里西的書中提到：「就像你想同時跟兩人交朋友，但這兩人卻互相討厭對方。」
1970 年代，許多物理學家都研究過自旋玻璃問題，他們想用統計力學中的「副本方法（Replica method）」來解釋，但最初計算的結果是失敗的，直到 1979 年，帕里西巧妙地運用副本方法解決了自旋玻璃問題，並花了多年時間證明這套方法在數學上的正確性。之後，這套巧妙的副本方法被用於許多無序系統，成為複雜系統的基石。
諾貝爾物理學委員會主席Thors Hans Hansson表示，今年獲獎的研究發現表明，我們對地球氣候變遷的理解建立在堅實的科學基礎上。3位獲獎者基於嚴謹的觀測分析，為我們更深入地了解「複雜物理系統」（complex physical systems）的特性和演化做出了貢獻。
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寫這篇文章的作者真的懂物理跟基本的統計力學嗎? 文章一堆有問題的陳述。
"「磁化率」是描述「容易被外部磁場磁化的物理量」，而正常來說，溫度越高，磁性材料的磁化率會越高 …"-> 這句話參考來源是? 用基本統計力學去思考單個電子在極高溫下且外加磁場狀況下，其自旋順著磁場方向跟逆磁場方向這兩個組態的波茲曼分布，在極高溫的極限下應為相等，意即電子在高溫下其自旋方向較不受磁場影響(Curie–Weiss law)，此結論跟文章所述恰好相反。
如果不知道Parisi在spin glass的貢獻、處理怎樣的問題，拜託不要硬塞一堆不明所以的敘述。
"帕里西以 Sherrington-Kirkpatrick 模型解決了自旋玻璃的問題，而他思路的起點，是下面這個三角形。"->請問參考來源為何?
首先據我個人所知，這個三角形只是在簡單說明電子frustration的現象，此例是由於幾何性質所造成的。但Parisi在處理的Sherrington-Kirkpatrick模型中，造成frustration的另一個因素是系統中存在quenched disorder(也稱作frozen disorder) — 模型中的電子i與電子j的spin coupling constants Jij (i跟j為系統中電子的標號)並非皆是同一值(例如皆是+1或-1)。而Parisi的貢獻在於提出此模型低溫下求解的方法
(replica symmetry breaking scheme and Parisi solution)。
段落標題下"揪出複雜材料中的規律"，請問是指啥規律?
整篇根本沒有提及quenched disorder，也沒有提及此類disorder常會造成localization的現象(例如spin frustration)，大方向的脈絡根本沒有抓到。
#3
我是這部分內容的作者，感謝您提供的意見，先為我才疏淺薄做道歉。
先讓我整理一下您所提供的內容，我會盡快整理並修正文章中的錯誤與脈絡。
#4 建議可以參考官方科普文章https://www.nobelprize.org/uploads/2021/10/sciback_fy_en_21.pdf，我覺得脈絡解釋的清楚。quenched disorder theory若沒有相關背景要入門會需要相當時間。也許我語氣比較兇一點，但我是真的蠻氣餒看到各種牛頭不對馬尾的新聞稿。若有冒犯還請見諒，也感謝作者即時回覆。
#5
只要是錯誤就該修正，與口吻無關，且當初撰稿時間有限，您提供的那份文件我沒有仔細看完也是我的問題。