諾貝爾物理學獎這次由真鍋淑郎（Syukuro Manabe）、哈斯曼（Klaus Hasselmann）、帕里西（Giorgio Parisi）三位科學家拿下。本屆物理學獎的核心概念「複雜物理系統」，背後還證實了氣候變遷的意義，也鼓勵年輕學者放膽去做氣象學研究！
得獎者帕里西用統計力學中的「副本方法（Replica method）」破解出複雜材料中的規律，進而了解「複雜系統」。而同樣為「複雜系統」的氣候，則由真鍋和哈斯曼教授各自開創出的氣候模型，讓我們從中「了解地球氣候」和知道「地球氣候如何被人類影響」。
泛泛泛科學邀請投身在氣象學和物理學多年的許晃雄老師和林秀豪老師，除了解釋三位得獎者的研究、「複雜系統」和「混沌」的定義與差異，更是說出了他們在做跨領域研究時遇到的困難、分享他們對跨領域的想法！
本次專訪感謝 台灣科技媒體中心 的協助。
- 01:42 真鍋淑郎、哈斯曼、帕里西研究簡介
本屆諾貝爾物理學獎得獎者分別是真鍋淑郎（Syukuro Manabe）、哈斯曼（Klaus Hasselmann）、帕里西（Giorgio Parisi）。
真鍋和哈斯曼都是氣候科學家，他們創造了氣候模型來模擬全球暖化。透過真鍋淑郎的模型，讓我們可以了解全球溫度升高，和大氣中的二氧化碳的含量有關；從哈斯曼創建的模型則證實了二氧化碳，都是源自於人類活動，因此了解人類是如何影響氣候和複雜的地球系統。帕里西則是研究「複雜系統」的物理學家，他從無序的複雜材料中，發現了複雜系統中隱藏的模式，而這個理論後續也被許多的科學領域所應用。
延伸閱讀：
The Nobel Prize in Physics 2021
【2021諾貝爾物理學獎】如何觀測地球暖化？有「氣候模型」及「複雜物理系統」就搞定！
2021諾貝爾物理獎記者會會後新聞稿
2021諾貝爾物理獎官方新聞稿全文翻譯
- 02:36 什麼是「複雜系統」？
複雜系統是「隨機、無序、難以理解」的系統，在自然界中最常被提及的複雜系統即為「椋鳥群飛」。「椋鳥群飛」是指雖然每一隻鳥的飛行路徑都無法預測，甚至會隨時調整，但當尺度放大到一整群後，卻變成可以預測。
自然界中到處都可見許多複雜系統，若要以我們的生活來舉例，這個社會也可以算是一個複雜系統。
- 05:24 地球科學領域也有很多複雜系統的現象
地球科學領域中也有許多複雜系統，例如波浪原本是雜亂，但逐漸匯集變湧浪；或是海面上的小對流原本是雜亂的，但在匯集後則成為颱風。
天氣是一個雜亂的現象，想要預測非常困難，但若將「天氣」視為「天候」來看時，我們就能找出背後的系統，因此氣候變遷也算是一種複雜系統的現象。
- 07:06 真鍋創造簡單的氣候模型，計算結果近乎超級電腦
真鍋淑郎是第一個地表模型開發者，而他所發展的模型，也讓大眾了解大氣中增加的二氧化碳含量，是如何讓地球表面溫度增高。
在 1960 年代，真鍋淑郎提出的氣候模型在考量溫室氣體時，他發現二氧化碳濃度變兩倍時，會讓地球溫度上升兩度，因此他的模型證實了全球溫度的升高，是和大氣中二氧化碳的含量有關。
真鍋淑郎所研究出的模型，除了可以去了解古氣候，也能去推測未來氣候，而這些結果和超級電腦所運算的結果是很接近的。真鍋淑郎的模型，提供屬於複雜系統的「氣候」一個可以模擬的系統，這個重要貢獻後來還供美國國家海洋暨大氣總署（NOAA）的 Geophysical Fluid Dynamics Laboratory 的全球大氣模型使用。
延伸閱讀：2021 諾貝爾物理獎得主真鍋淑郎——地表模型開山始祖，研究地表模式都要引用他的論文、【2021諾貝爾物理獎】複雜系統
- 18:00 真鍋的氣候模型無法模擬極端氣候
雖然說真鍋淑郎的模型能夠預測氣候，但是對於極端氣候或是尺度小的氣候，如：午後雷陣雨，則還無法做到。
- 19:13 哈斯曼證明「氣候模型」可靠性、人類是加劇溫室效應的兇手
哈斯曼提出了一個把天氣和氣候連結在一起的模型。他以「隨機氣候模式」證實了天氣雖然混亂多變，但若把尺度拉大來看天氣現象，就能預測出氣候。他所提出的模型同時也解釋「氣候模型」在預測氣象上，仍是可靠的預測方式。
此外，哈斯曼還開發出可以辨識自然現象，或是人類活動時，在氣候中留下的痕跡。這個「指紋偵測模式」也證實了造成大氣中的溫度升高，並加劇溫室效應的源頭，都是來自於人類的活動。
- 23:29 尺度對了，「複雜系統」就看得出來了！
當觀察的尺度過小時，就會不容易看出各種事物中的秩序或趨勢。但若把觀察的時間或模式尺度放大來看，就能找出規律。如同「椋鳥群飛」中單看一隻「鳥」會不容易看出規律，但把尺度放大到「鳥群」，則可以看出彼此間的交互作用，進而做出預測。
- 28:12 帕里西找出複雜材料中的規律
要計算複雜系統是非常困難的一件事。有一種類似玻璃結構的複雜材料「自旋玻璃（spin glass）」，它是一種在非磁性金屬中摻入少量磁性金屬的合金的物質。但因為這些金屬排列方式隨機混亂，所以基本上無法預測。
但帕里西卻將要計算複雜系統時，需要使用的對數函數平均值，以副本對稱（replica symmetric）的概念映射到多項式平均值，最後成功解出了自旋玻璃的規律。帕里西的貢獻就是提供一個理論讓科學家能在複雜系統中找到規律，甚至有機會提出預測長期無序行為的方法，也能將這個理論運用在地球氣候變遷預測上。
- 31:08 本屆物理獎背後意義：氣候變遷是科學嚴謹地觀測分析結果
本屆物理獎的各個獲獎成就，皆是圍繞在「複雜系統」，讓我們能更了解這個系統的特性和演化。同時，諾貝爾物理獎會頒發給氣象學家，表示溫室效應的加劇也終於被全世界意識到。
諾貝爾物理學委員會主席 Thors Hans Hansson 表示，今年的物理獎也顯示出了我們對地球氣候變遷的理解，都是透過科學嚴格地觀測分析。而這些科學家研究了複雜系統中的長期效應，也讓未來能開創新的研究領域。
- 34:40 氣象學被物理學界肯定，可以鼓舞更多年輕學者
過去關於氣象學的研究，多半是不會受到諾貝爾獎的肯定。但透過這次的獲獎，表示氣象學也逐漸被物理學界看到，對於鼓勵年輕學者投入這個領域中，是很大的助力。
- 37:10 諾貝爾獎的肯定是幫重要氣候現象做背書
1995 年諾貝爾化學獎得主 Sherwood Rowland 以發現氟氯碳化合物會對地球臭氧層破壞而得獎。也因為受到諾貝爾獎的肯定，後續相關政策和研究的推動，都能獲得更好的資源。
本屆諾貝爾物理獎也強調氣候變遷的問題，表示全球暖化的問題受到認同，才會向對此有貢獻的科學家致意，並希望能透過研究的獲獎，為這些現象背書，不讓這些議題繼續被泛政治化。
延伸閱讀：諾貝爾化學獎得主羅蘭德與臭氧層破洞
- 39:02 有想做跟想解決的事，就放膽去跨領域
現今在美國與臺灣，學生們都是因為有想做跟想解決的問題，所以才會選擇自己想就讀的科系。
現在的研究與其去明確切分自己的領域，不如運用上自己所學，放膽去做研究自己想研究的現象。
- 45:50 想在臺灣跨領域該怎麼辦？
「跨領域參與」是未來很重要的方向，但目前臺灣的學術界仍是較傳統分界狀態，學者如果想要跨領域，通常還是跟隨有經驗的研究者入門，才會比較容易。
雖然跨領域是未來趨勢，但並非每個人都該往跨領域前進。如果說能夠讓學生在專業領域基礎紮穩，但是目光能放到更遠處，對於跨領域不會有排斥感，這樣就能多少替學生開啟跨領域的一扇門。
- 55:13 不用為了跨領域而跨領域，了解自己的想法最重要
學生除了把主領域知識做好，也應該要帶給他們跨領域的想法。但現在臺灣的教育行政體系仍很難做到，也是因為沒有太多的師資資源。
不過有時也能以合作方式去合作，不用強求每個人都具有跨領域的能力，了解自己最想做的事情才是最重要的。
- 01:01:20「複雜系統」和「混沌」完全不一樣
「複雜系統」就是因為各種成分之間有主線交互作用，所以最後會形成複雜的穩定系統，如矽和氧結合，可以形成非常多型態的玻璃；「混沌」則是指因為各種成分間以特殊非線性動力學運動，所以只要起始設定有差異，導致的結果可能就天差地遠，是比較偏動力系統的問題。
