2021年諾貝爾物理學(xué)獎的復(fù)雜物理系統(tǒng)是什么？

2021年諾貝爾物理學(xué)獎已經(jīng)公布了，一半給了真鍋淑郎與克勞斯·哈塞爾曼以表彰他們地球氣候的物理建模，量化可變性并預(yù)測全球變暖。另一半頒給了喬治·帕里西表彰他發(fā)現(xiàn)了從原子到行星尺度的物理系統(tǒng)中無序和波動的相互作用。

這次給的獎項(xiàng)是有關(guān)復(fù)雜物理系統(tǒng)，物理學(xué)家通常采用統(tǒng)計學(xué)的方法來解決，也叫混沌系統(tǒng)。物理學(xué)有重要的四大力學(xué)，理論力學(xué)，電動力學(xué)，量子力學(xué)和熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)。統(tǒng)計物理學(xué)是與其他三大力學(xué)區(qū)別最大的，其他的力學(xué)都是以具體某個粒子作為研究對象，用場或力來描述物體的運(yùn)動規(guī)律。但是統(tǒng)計物理采用了一套新的方法學(xué)，只關(guān)注整個系統(tǒng)宏觀變化，不關(guān)心內(nèi)部粒子的個體變化，事實(shí)上我們也并沒有辦法獲取一個系統(tǒng)中每個粒子的物理量。比如在加熱一杯水時，我們只能從宏觀上確定所有水分子的平均動能是增加的，但沒有辦法研究具體某個分子的運(yùn)動規(guī)律，因?yàn)樗菬o序的。通常采用統(tǒng)計的方法來描述系統(tǒng)的變化特征，以預(yù)測系統(tǒng)的變化趨勢。

著名的蝴蝶效應(yīng)是氣象物理理論的現(xiàn)象，很多人只是聽說過這個效應(yīng)，也知道蝴蝶效應(yīng)的含義。但是很多人不知道為什么叫蝴蝶效應(yīng)，為什么不叫昆蟲效應(yīng)？其實(shí)原因是洛倫茲提出的理論，他的微分方程的數(shù)值解圖像是蝴蝶形狀，因此形象地稱為蝴蝶效應(yīng)。理論上講對于任何經(jīng)典物理學(xué)適用的場景，我們都可以給出微分方程來求解，但是由于周圍環(huán)境復(fù)雜，初始狀態(tài)受到隨機(jī)化條件的影響，我們不可能精確預(yù)測真實(shí)世界中的變化。

通俗的講，復(fù)雜物理系統(tǒng)是采用統(tǒng)計物理描述的系統(tǒng)，這個系統(tǒng)中的每一個小部分都具有隨機(jī)性，但整個系統(tǒng)具有明顯可觀測的變化特征。