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美國生理學家戴維·朱利葉斯（David Julius）和美國分子生物學家阿爾代姆·帕塔普蒂安（Ardem Patapoutian）因發現溫度和觸覺感受器獲得2021年諾貝爾生理學或醫學獎。這也是今年首個諾獎。 據悉，戴維·朱利葉斯是美國加州大學舊金山分校教授。阿德姆·帕塔博蒂安是美國斯克里普斯研究所教授。兩位獲獎者將分享1000萬瑞典克朗獎金（約合人民幣736.6萬元）。 據報導，實際上，諾貝爾的遺產最初只有約3100萬瑞典克朗。但從1901年頒布諾貝爾獎開始（至今已經120年），獎金不但沒有發完反而越發越多，這是為什麼呢？ 根據諾貝爾遺囑，其留下的3100萬克朗其實並不直接用於獎金，而是用於投資理財，其中每年90%的收益會用於評獎事宜。在諾貝爾基金會成立初期，為避免有風險的投資，基金會將資金完全投資於銀行存款和公債上，但是由於通貨膨脹和貨幣貶值，50多年後基金會資產流失了將近60%。 1953年，諾貝爾基金會開始投資股市和不動產，股票牛市盛行以及房地產的大熱，使得諾貝爾基金快速增值。截至2019年，諾貝爾基金會投資市值已超過49億瑞典克朗，獎金數額也隨著基金會的投資收益不斷變化。 1901年，諾貝爾獎最初的獎金數額約為15萬瑞典克朗，到了2020年，其數額已達到1000萬克朗。 按照諾貝爾的意願，諾貝爾獎的獎金金額應保證一位教授20年不拿薪水仍能繼續從事研究。 來源：遊民星空

諾貝爾化學獎向來「慷慨大方」，常常把獎發給跟生物或者物理沾邊的成果，各國化學家苦「秦」久矣，然而諾獎委員會仍然是「我行我素」。不過，這種趨勢倒是很好地說明了化學家們都是萬金油，在各行各業都能發光發熱。今年諾貝爾化學獎會花落誰家？ 我們今天就來大膽做一波預測，看看下面這些研究能否在今年斬獲桂冠，雖然其中仍然有個別成果，算不上那麼的「化學」。 Part.1 「老樹發新芽」的可控自由基聚合 「可控自由基聚合」是真正意義上的化學研究，它解決了一個困擾化學界上百年的問題：如何讓狂放不羈的自由基聚合反應成為溫順的「小綿羊」？ 自由基，是化合物分子在光熱等外界條件下，內部的共價鍵發生均裂，從而形成具有不成對電子的原子或者基團，它具有極高的反應活性。所謂自由基聚合，是指利用自由基實現有機物聚合的化學反應，同時也是生產高分子聚合物材料最為常見的形式。人類合成的所有高分子聚合物中，利用自由基聚合方式生產的產品超過三分之一。 為什麼自由基聚合最常見？ 道理很簡單，自由基聚合起來特別容易，在水中就能夠進行，反應成本低，並且產率還高。 我們以最常見的自由基聚合單體——乙烯為例來對自由基聚合反應的原理進行簡要的說明。 乙烯的分子結構非常簡單，兩個碳原子間形成雙鍵，再各自拖著兩個氫原子。正常情況下乙烯比較穩定，不會自行分解，碳碳雙鍵更是不會自行斷開。不過，一旦有自由基出現在整個體系中，碳碳雙鍵就可能受到自由基的「進攻」，從而發生斷裂。 當然，斷裂的結果並不是雙鍵同時斷開，而是其中一條保留成碳碳單鍵，另一條則斷開，最後在兩個碳原子上各自形成一條半鍵。而這兩個半鍵，正好又形成了新的自由基。 新的自由基又會跑去進攻其它雙鍵，最後的結果就是大家的雙鍵統統斷裂，然後以單鍵的形式連接起來，形成很長的鏈式分子。 不過，自由基在體系內最初是不存在的，因此我們需要「製造」一點自由基，以便讓它作為「引線」，引爆之後的聚合反應。 <br乙烯分子、聚乙烯單體和帶有支鏈的聚乙烯分子（圖片來源：作者自製） 生產聚乙烯時，常見的引物是碘單質。碘單質有個特點，因為它自身是雙原子分子，單個原子半徑又很大，因此兩個原子中間的共價鍵連接不是非常緊密。好比是兩個大胖子面對面手拉手，結果肚子太大，做不到非常「緊密」。 光照下的碘單質特別容易分解出自由基，而乙烯並不挑肥揀瘦，不論自由基是來自碘還是來自其它乙烯分子，它統統能收入囊中。 聚合反應隨即啟動，乙烯分子們的雙鍵不停斷裂，又不停地和其它斷裂後的自由基相連，最後大家就聚合成了一個大分子。乙烯的聚合反應發生速度非常快，只要一秒鍾的時間，就能讓成千上萬個分子聚合在一起。 最後，開始作為引物的碘單質雖然也連接進了聚乙烯分子，但是畢竟只是起到催化劑作用，相比乙烯分子數量很少，不會影響產物純度。 自由基聚合的典型反應示例  看到這里，你可能會覺得，聚合反應這麼簡單，過程酣暢淋漓，簡直就是完美反應。 然而，自由基聚合反應的缺點就在於它進行得實在太快，而且中間的細微過程完全不受控制。 首先，各種聚合物到最後並非形成一個大分子，而是很多個鏈狀分子形成的網絡。每個鏈中，包含的平均單體分子數目叫做平均聚合度。普通的聚合反應中，各鏈之間，聚合度變化很大，有些鏈特別長，有些鏈則沒幾個單體就斷開了。 其次，更讓人撓頭的是，由於瞬間產生的自由基太多，有些單體帶著自由基瞎跑亂竄，結果可能會把本來連得好好的直連結的亂七八糟，縱橫交錯。 聚合物在結構上有個特點，單體排列越規整，各鏈間分子量差距越小，密度就越大，強度也就越高。 還是以聚乙烯為例，日常生活中低密度的聚乙烯呈現透明狀，質輕而成本低，常常作為超市食品稱重前的包裝。而高密度聚乙烯則呈現乳白色，成本跟強度相對高一些，常常作為購物袋使用。 也就是說，如果能夠把自由基聚合的過程控制好，讓反應順著人們的意志和設計進行，我們就能夠得到各種各樣符合期望的產品，高分子聚合物的種類也可能大大增加。這一願望是美好的，但是它實在是簡約而不簡單，人類一直到90年代中期才實現這一美好的願望。 1995年，克日什托夫·馬蒂亞謝夫斯基提出了原子轉移自由基聚合（ATRP）。同期日本京都大學的澤本光男也獨立提出了類似的反應概念。此後，埃齊奧·里扎多也提出了可逆加成斷裂鏈轉移（RAFT）和氮氧化物介導自由基聚合（NMP）。 這些反應的具體機理當然都比較復雜，但是他們的出發點都是降低自由基聚合反應的速率，讓其處於可控狀態。 原理上來說，可控自由基聚合反應中，往往要在聚合物體系中額外添加一些特殊的化合物，它能與活性種鏈自由基進行可逆的鏈終止或鏈轉移反應。說白了就是，自由基被這種特殊的化合物給纏上了，沒法像以前一樣自由地到處亂扎，但是它並非完全失去自由，而是在這種化合物的引導和安排下進行反應。 普通自由基聚合形成的支鏈結構（左）和可控自由基聚合形成的規整結構（右）  最終的結果就是，可控自由基聚合反應可以根據人的意志生成各種不同聚合度的分子，同時還可以調控分子結構，避免形成雜亂的支鏈，而是形成彼此長度接近的直鏈。 此外，它還給新型分子結構的設計帶來了極大的自由。例如，我們可以以某個球形結構為中心，讓長度高度一致的長線狀的分子像刺蝟一樣從球面上長出來。 聚合反應不可控的時代，這類分子很難製作，因為分子的長度不一，朝向也歪七扭八，想做個刺蝟結果卻成了隨機線團。 可控自由基聚合的技術路徑一經提出，立刻吸引了全球實驗室和各大化工廠商的關注，目前它的發展潛力還完全看不到邊界。如果可控自由基聚合研究獲得諾獎的話，也算是眾望所歸。 各種「刺蝟」分子示意圖  Part.2 都聽說過光刻機，你知道光刻膠嗎？ 光刻機恐怕是每一個國人心中的痛，這種機器讓我們吃盡了技術封鎖的苦頭。可以說，光刻機是整個半導體工業中的核心設備之一。正是隨著光刻機技術的不斷改良，半導體工業才能在幾十年間延續摩爾定律的發展勢頭。 不過，你可能不知道的是，在光刻相關技術的發展過程中，曾經因為材料無法及時改良而差點陷入瓶頸。這一關鍵材料，就是化學放大光刻膠。 了解光刻膠之前，我們先來說說光刻工藝。在集成電路的製造過程中，光刻是非常重要的步驟。晶片從晶圓上線到包裝出廠，中間要經歷多次光刻。具體來說，光刻就是用特定波長的光照射需要加工的晶片晶圓，在照射之前晶圓表面會塗覆一層光刻膠，光刻膠會均勻地附著在晶圓表面，形成一層薄膜。 當光源照射時，光刻膠和光源中間還有掩膜的遮蓋。所謂掩膜就是一個刻有各種形狀圖案的擋板，鏤空部分光線可以穿過，然後照到光刻膠上。而非鏤空的部分光線不能穿過，被其擋住的部位光刻膠不會受到影響。 光刻膠是一種對光照敏感的物質，光照下內部的分子結構會發生改變。比如原來不溶於某種溶劑，經過光照後就可以很容易地溶解進同一種溶劑。這樣一來，經過這種顯影溶劑的清洗，掩膜的圖案就被轉印到了光刻膠上。這時我們再用其它工藝（例如蝕刻等）對晶圓進行處理時，光刻膠保護著的部分就不會受到影響。此外，光刻膠還分為很多種類型，有些是遇光分解，有些則是遇光固化，這兩種光刻膠最後轉印出的圖案正好相反（類似篆刻的陰文陽文）。 光刻工藝略圖（圖片來源：作者自製）  在半導體工業發展早期，人們已經開始使用光刻膠了。但到了80年代，工程師們卻忽然發現原來的光刻膠不好用了。 這是怎麼回事呢？原來，隨著半導體工業水平的發展，集成電路的集成水平不斷增加，加工極限越來越高，從毫米級到微米級，甚至到納米級。 根據摩爾定律，每24個月，半導體上集成的電晶體數目就將增大一倍，原有光刻工藝中最先讓摩爾定律遇到瓶頸的是光源。我們都知道，決定光學系統解析度極限的是光波的波長，波長越短這一體系的極限解析度就越高。好比用毛筆寫字總是比鋼筆要粗，極限解析度越高，自然就意味著能夠刻畫更加精細的圖案。 工程師們很快攻克了波長更短的光源，但當他們滿懷信心地嘗試進行光刻時，卻發現一個非常致命的問題，原來的光刻膠不好用了。原來光刻膠也存在自身的感應極限，當波長變短後，它們的光敏性變差了，沒法匹配上新光源帶來的高解析度。 於是，皮球又從機電工程師腳下被踢回了材料工程師這里。70年代後期，位於矽谷的IBM實驗室已經在著手開發高敏感性的光刻材料了，負責這一團隊的是格蘭特·威爾森，他的目標是開發出能夠匹配254納米波長深紫外光光源的光刻材料。 1979年和1980年，威爾森分別迎來了兩位得力幫手。來自加拿大渥太華大學的副教授讓·弗萊切特和當時在紐約州立大學研究多糖合成的日本科學家伊藤洋加入了他的團隊。 三人團隊在研發初期就敏銳地把握住了正確的研發方向，既然反應不夠靈敏，那麼能不能通過添加一些類似催化劑的材料讓反應變靈敏？ 在威爾森的領導下，弗萊切特和伊藤將開發重心放在了化學放大光刻膠材料上。所謂的化學放大，就是在原本的光刻膠體系中加上一些具有催化性質的引物，這樣當受到光照，引物就能引發鏈式反應，起到放大光敏特性的效果。 雖然同時期的很多學者擔心不受控制的化學放大反而會讓光刻膠的性能下降，三人組還是堅定了最初的方向。在幸運女神的眷顧下，它們很快發現了一個潛在的化學放大反應機理。當在它們開發的光刻膠系統中加入光照下能夠產生氫離子的材料，氫離子就會和光刻膠中的某些基團發生反應，而這些基團正是決定光刻膠是否有鹼溶液中溶解性質的關鍵。 反應發生時，氫離子和基團反應將其轉化為鹼中可溶，同時還會放出氫離子，這個氫離子又會繼續同其餘基團發生反應。這一反應平穩可控，不僅可以促成光敏性質的提升，還不至於破壞材料本身的穩定。1982年，三人組發表論文，正式公開了這一新技術。 化學放大光刻膠曝光過程示意圖  在隨後的幾十年中，各種性能的化學放大光刻膠如雨後春筍不斷涌現。如今，化學放大光刻膠已經廣泛應用於現行的深紫外光源和準分子雷射光刻中，在最先端的極紫外光刻（波長1~10納米）和電子光刻工藝中，化學放大光刻膠仍然能夠滿足應用需求。可以說這三位科學家的偉業讓人類成功渡過了半導體工業歷史上的一大劫難。 遺憾的是，在與癌症進行了長期鬥爭之後，伊藤洋還是在2009年6月離開了人世。威爾森和布萊切特能否在今年獲得諾獎，以告慰伊藤洋的在天之靈，我們拭目以待。 Part.3 不太「化學」的候選者們 諾貝爾化學獎素有「諾貝爾理科綜合獎」之稱。這些不太「化學」的研究，也有可能問鼎諾貝爾獎。 這其中，包括萬年大熱門基因魔剪；還包括可能獲得物理學獎又可能獲得化學獎結果什麼獎也沒得上的千年遺珠——碳納米管；還包括跟生物沾點邊但是本質是化學研究的金屬蛋白以及DNA寡核苷酸合成；同時還有利用化學方法解決純粹生物問題的分子伴侶以及未折疊蛋白質反應等。 除此之外，有機發光二極體（OLED）、像差校正透射顯微學等研究成果同樣具有極高呼聲。 <br兩種金屬蛋白結構，圓球代表金屬原子 從這些研究中我們可以看到，化學作為工具被引入到生物和物理等領域，當代科學確實在向著更加交叉融合的方向發展。 只是可惜了各位「純粹」化學領域的研究者們，在通往斯德哥爾摩的征途上，不僅要跟同行競爭，還要和生物、物理領域的研究者競爭。 總之，今年的化學諾獎看點多多，值得前排占座圍觀。 來源：cnBeta

10月5日消息，2021年諾貝爾物理學獎授予Syukuro Manabe，Klaus Hasselmann和Giorgio Parisi，獲獎理由：對我們對復雜物理系統的理解做出了突破性貢獻。Syukuro Manabe與Klaus Hasselmann共同獲得了一半的諾貝爾物理學獎，獲獎理由：建立了地球氣候的物理模型，能夠量化變化情況、以及可靠預測全球變暖。 諾貝爾物理學獎另一半授予Giorgio Parisi，獲獎理由：發現從原子級到行星級尺度物理系統的無序性與波動之間的相互作用。 簡短解讀： 研究氣候和其他復雜現象的物理學 三位物理學家因為他們對混沌和隨機現象的研究而分享了今年的諾貝爾物理學獎。Syukuro Manabe和Klaus Hasselmann為我們了解地球氣候以及人類對氣候的影響奠定了基礎。Giorgio Parisi因其對無序物質和隨機過程理論的突破性貢獻而獲獎。 復雜系統具有隨機性和無序性，令人難以理解。今年的諾貝爾獎表彰了描述復雜系統及預測其長期行為的新方法。 地球氣候是一個對人類至關重要的復雜系統。Manabe Syukuro展示了大氣中二氧化碳含量增加如何導致地球表面溫度升高的過程。20世紀60年代，他領導開發了地球氣候的物理模型，成為第一個探索輻射平衡和氣團垂直輸送之間相互作用的人。他的工作為當前氣候模型的發展奠定了基礎。 大約十年後，Klaus Hasselmann創建了一個將天氣和氣候聯系在一起的模型，回答了在天氣多變和混亂的背景下，這些氣候模型依然可靠的原因。他還開發了識別自然現象和人類活動在氣候中留下特定印記信號，即「指紋」的方法。利用這些方法，眾多研究者已經證明了大氣溫度的升高是由於人類排放的二氧化碳。 大約在1980年，Giorgio Parisi在無序的復雜物質中發現了隱藏的模式。他的發現是對復雜系統理論最重要的貢獻之一，使理解和描述許多不同的、顯然完全隨機的物質和現象成為可能，並且不僅局限於物理領域。在其他非常不同的領域，如數學、生物學、神經科學和機器學習中，這些理論也發揮了重要作用。 諾貝爾物理學委員會主席Thors Hans Hansson說：「今年獲獎的這幾項發現表明，我們關於氣候的知識基於堅實的科學基礎，以及對觀測結果的嚴格分析。今年的獲獎者都為我們深入了解復雜物理系統的特性和演變做出了貢獻。」 深度解讀： 溫室效應對生命至關重要 200年前，法國物理學家約瑟夫·傅立葉對太陽向地表發出的輻射、以及從地表向外發出的輻射之間的能量平衡展開了研究，弄清了地球大氣在這一平衡中扮演的角色：在地球表面，地球接收的太陽輻射會轉化為向外發出的輻射（即所謂的「暗熱量」），這些輻射會被大氣吸收，從而對大氣起到加溫作用。大氣發揮的這種保護作用如今被稱作「溫室效應」。太陽的熱量可以透過大氣到達地表，但會被困在大氣層內部。不過，大氣中的輻射過程還遠比這復雜得多。 科學家的任務與傅立葉當年差不多——弄清向地球發出的短波太陽輻射與地球向外發出的長波紅外輻射之間的平衡關系。在接下來200年間，多名氣候科學家紛紛貢獻了更多的細節信息。當代氣候模型更是為科學家提供了極為強大的工具，不僅幫助我們進一步理解了地球的氣候，還讓我們得以了解由人類導致的全球變暖。 這些模型都是建立在物理定律的基礎上的，由天氣預測模型發展而來。天氣通過溫度、降水、風或雲等氣象物理量描述，受海洋和陸地活動影響。氣候模型則建立在通過計算得出的天氣統計特徵基礎之上，如平均值、標準差、最高與最低值等等。這些模型雖無法准確告訴我們明年12月10日斯德哥爾摩的天氣如何，但可以讓我們對斯德哥爾摩在12月的氣溫和降水情況獲得一定了解。 確定二氧化碳的作用 溫室效應對地球上的生命至關重要。它控制溫度，因為大氣中的溫室氣體——二氧化碳、甲烷、水蒸氣和其他氣體——會首先吸收地球的紅外輻射，然後釋放該吸收的能量，加熱周圍和下方的空氣。 溫室氣體實際上只占地球乾燥大氣的一小部分。地球的乾燥大氣中99%為氮氣和氧氣，二氧化碳其實僅占0.04%。最強大的溫室氣體是水蒸氣，但我們無法控制大氣中水蒸氣的濃度，而二氧化碳的濃度則是可以控制的。 大氣中的水蒸氣含量高度依賴於溫度，進而形成反饋機制。大氣中的二氧化碳越多，溫度越高，空氣中的水蒸氣含量也就越高，從而增加溫室效應，導致溫度進一步升高。如果二氧化碳含量水平下降，部分水蒸氣會凝結，溫度也隨之下降。 關於二氧化碳影響的一塊重要拼圖來自瑞典的研究人員和諾貝爾獎獲得者Svante Arrhenius。順便提一下，他的同事、氣象學家Nils Ekholm，在1901年，率先使用溫室這個詞來描述大氣的熱量儲存和再輻射。 Arrhenius通過十九世紀末的溫室效應弄清楚了該現象背後的物理學原理——向外輻射與輻射體的絕對溫度（T）的四次方（T⁴）成正比。輻射源越熱，射線的波長越短。太陽的表面溫度為6000°C，主要發射可見光譜中的射線。地球表面溫度僅為15°C，會再次輻射我們看不見的紅外輻射。如果大氣不吸收這種輻射，地表溫度幾乎不會超過–18°C。 Arrhenius實際上是想找出導致最近發現的冰河時代現象的背後原因。他得出的結論是，如果大氣中的二氧化碳水平減半，這足以讓地球進入一個新的冰河時代。反之亦然——二氧化碳量增加一倍，會使地球溫度升高5-6°C，這個結果在某種程度上與目前的估計值驚人地接近。 開創性的二氧化碳效應模型 20世紀50年代，日本大氣物理學家Syukuro Manabe和東京大學其他一些年輕而有才華的研究人員一樣，選擇離開被戰爭摧毀的日本，前往美國繼續其職業生涯。他的研究目的和70年前的瑞典科學家斯萬特·阿倫尼烏斯一樣，都是為了理解二氧化碳水平的增加如何導致氣溫的上升。不過，彼時的阿倫尼烏斯專注於輻射平衡，Manabe則在20世紀60年代領導了相關物理模型的發展，將對流造成的氣團垂直輸送以及水蒸氣的潛熱納入其中。 為了使這些計算易於進行，Manabe選擇將模型縮減為一維，即一個垂直的圓柱體，進入大氣層40公里。即便如此，通過改變大氣中的氣體濃度來測試模型還是花費了數百小時的寶貴計算時間。氧和氮對地表溫度的影響可以忽略不計，而二氧化碳的影響非常明顯：當二氧化碳水平翻倍時，全球溫度上升超過2攝氏度。 Manabe的氣候模型 Syukuro Manabe是第一個探索輻射平衡與對流引起的氣團垂直輸送之間相互作用的研究人員，同時他還考慮到了水循環貢獻的熱量。 來自地面的紅外熱輻射部分被大氣吸收，使空氣和地面變暖，而另外一些則輻射到太空。 熱空氣比冷空氣輕，所以它通過對流上升。熱空氣還攜帶著水蒸氣（一種強大的溫室氣體）。 空氣越暖，水蒸氣的濃度就越高。再往上，大氣較冷的地方會形成雲滴，釋放儲存在水蒸氣中的潛熱。 二氧化碳使大氣升溫 二氧化碳含量的增加導致低層大氣溫度升高，高層大氣溫度降低。由此，Manabe的研究證實了溫度的變化是由二氧化碳水平上升導致的；如果這是由太陽輻射增加引起的話，那整個大氣應該都會變暖。 當二氧化碳含量減半時，地表溫度下降了2.28攝氏度；當二氧化碳水平增加一倍時，地表溫度上升了2.36攝氏度。 該模型證實，這種升溫確實是由二氧化碳濃度增加導致的；它預測了靠近地面的溫度上升，而上層大氣的溫度變低。如果太陽輻射的變化是溫度升高的原因，那麼整個大氣應該在同一時間被加熱。 60年前，計算機的速度比現在慢了幾十萬倍，因此這個模型相對簡單，但Manabe掌握了正確的關鍵特徵。他指出，模型必須一直簡化，你無法與自然界的復雜性競爭——每一滴雨都涉及到如此多的物理因素，因此不可能完全計算出一切。在一維模型的基礎上，Manabe在1975年發表了一個三維氣候模型，這是揭開氣候系統奧秘道路上的又一個里程碑。 混亂的天氣 在Manabe之後大約十年，Klaus Hasselmann通過找到一種方法來戰勝快速而混亂的天氣變化（這些變化對計算而言極其麻煩），成功地將天氣和氣候聯系在一起。我們地球的天氣發生巨大變化，是因為太陽輻射在地理上和時間上的分布十分地不均勻。地球是圓的，所以到達高緯度地區的太陽光比到達赤道附近低緯度地區的太陽光要少。不僅如此，地球的地軸也是傾斜的，從而在入射輻射中產生季節性差異。暖空氣和冷空氣之間的密度差異導致了不同緯度之間、海洋和陸地之間、高低氣團之間的巨大熱量傳輸，從而形成了我們地球上的天氣。 眾所周知，對未來十天以上的天氣做出可靠的預測是一大挑戰。二百年前，法國著名科學家皮埃爾-西蒙·德·拉普拉斯曾說，如果我們知道宇宙中所有粒子的位置和速度，就應該可以計算出在我們世界中發生了什麼和將要發生的事情。原則上，應該是這樣；牛頓三個世紀以來的運動定律（也描述了大氣中的空氣傳輸）是完全確定的——不受偶然的支配。 然而，就天氣而言，就完全是另一回事了。部分原因在於，在實踐中，我們不可能做到足夠精確——說明大氣中每個點的氣溫、壓力、濕度或風況。此外，方程是非線性的；初始值的微小偏差可以讓天氣系統以完全不同的方式演變。基於蝴蝶在巴西扇動翅膀是否會在德克薩斯州引起龍卷風這個問題，這種現象被命名為蝴蝶效應。在實踐中，這意味著不可能給出長期的天氣預報，也就是說天氣十分混亂；這是在上世紀六十年代由美國氣象學家Edward...

10月5日下午5點45分，瑞典皇家科學院宣布將2021年諾貝爾物理學獎授予：美國物理學家Syukuro Manabe、德國物理學家Klaus Hasselmann、義大利物理學家Giorgio Parisi。2021年諾貝爾物理學獎授予「對我們理解復雜系統作出開創性貢獻」。 獲獎理由 其中一半為表彰Syukuro Manabe和Klaus Hasselmann，原因為「用於地球氣候的物理建模，量化變異性和可靠預測全球變暖」（for the physical moDELLing of Earth』s climate， quantifying variability and reliably predicting global warming）。 另一半頒發給Giorgio Parisi，獲獎原因「發現從原子到行星尺度的物理系統紊亂和波動的相互作用」（for the discovery of the...

10月5日消息，2021年諾貝爾物理學獎授予Syukuro Manabe，Klaus Hasselmann和Giorgio Parisi，獲獎理由：對我們對復雜物理系統的理解做出了突破性貢獻。Syukuro Manabe與Klaus Hasselmann共同獲得了一半的諾貝爾物理學獎，獲獎理由：建立了地球氣候的物理模型，能夠量化變化情況、以及可靠預測全球變暖。 2021年10月05日 17:50新浪科技 諾貝爾物理學獎另一半授予Giorgio Parisi，獲獎理由：發現從原子級到行星級尺度物理系統的無序性與波動之間的相互作用。 解讀： 研究氣候和其他復雜現象的物理學 三位物理學家因為他們對混沌和隨機現象的研究而分享了今年的諾貝爾物理學獎。Syukuro Manabe和Klaus Hasselmann為我們了解地球氣候以及人類對氣候的影響奠定了基礎。Giorgio Parisi因其對無序物質和隨機過程理論的突破性貢獻而獲獎。 復雜系統具有隨機性和無序性，令人難以理解。今年的諾貝爾獎表彰了描述復雜系統及預測其長期行為的新方法。 地球氣候是一個對人類至關重要的復雜系統。Manabe Syukuro展示了大氣中二氧化碳含量增加如何導致地球表面溫度升高的過程。20世紀60年代，他領導開發了地球氣候的物理模型，成為第一個探索輻射平衡和氣團垂直輸送之間相互作用的人。他的工作為當前氣候模型的發展奠定了基礎。 大約十年後，Klaus Hasselmann創建了一個將天氣和氣候聯系在一起的模型，回答了在天氣多變和混亂的背景下，這些氣候模型依然可靠的原因。他還開發了識別自然現象和人類活動在氣候中留下特定印記信號，即「指紋」的方法。利用這些方法，眾多研究者已經證明了大氣溫度的升高是由於人類排放的二氧化碳。 大約在1980年，Giorgio Parisi在無序的復雜物質中發現了隱藏的模式。他的發現是對復雜系統理論最重要的貢獻之一，使理解和描述許多不同的、顯然完全隨機的物質和現象成為可能，並且不僅局限於物理領域。在其他非常不同的領域，如數學、生物學、神經科學和機器學習中，這些理論也發揮了重要作用。 諾貝爾物理學委員會主席Thors Hans Hansson說：「今年獲獎的這幾項發現表明，我們關於氣候的知識基於堅實的科學基礎，以及對觀測結果的嚴格分析。今年的獲獎者都為我們深入了解復雜物理系統的特性和演變做出了貢獻。」 簡歷： Syukuro Manabe，1931年生於日本宇摩郡新宮村（現四國中央市），1957年在日本東京大學獲得博士學位，目前是美國普林斯頓大學高級氣象學家。 Klaus Hasselmann，1931年生於德國漢堡，1957年在德國哥廷根大學獲得博士學位，現為德國漢堡馬克斯·普朗克氣象研究所教授。 Giorgio Parisi，1948年生於義大利羅馬，1970年在羅馬大學獲得博士學位，目前是羅馬大學教授 回顧： 2010年，諾貝爾物理學獎頒獎理由為二維石墨烯材料方面的開創性實驗，屬於凝聚態物理領域；2011年為觀測超新星發現宇宙加速膨脹，屬於天體物理；2012年為測量和操縱單個量子系統，屬於粒子物理；2013年為希格斯玻色子的預測，屬於天體物理或粒子物理；2014年為發明藍光二極體，屬於光物理。 2015年為發現中微子振盪，屬於天體物理或粒子物理；2016年為拓撲相變和拓撲材料，屬於凝聚態物理；2017年為引力波的探測，屬於天體物理；2018年為光鑷和啁啾放大，屬於光物理；2019年為發現圍繞類太陽恆星運行的系外行星，屬於天體物理；2020年為發現銀河系中心的超大緻密物體等，屬於天體物理。 來源：cnBeta

諾貝爾物理學獎一般在粒子物理、天體物理、原子分子與光物理、凝聚態物理四個領域中輪番出現。10月5日傍晚，2021年諾貝爾物理獎將揭曉。今年的物理諾獎會花落誰家呢？還會再次垂青天文領域發現，上演「帽子戲法」嗎？今晚讓我們拭目以待。 先來看看（1901-2020）諾貝爾物理學獎的基本數據： 114 頒發次數（1916、1931、1934、1940-1942未頒發） 215 獲得者人數 25-96 獲獎者年齡范圍 4 女性獲得者數 到目前為止，共有25位天文學家，10次獲得諾貝爾物理學獎。近十年以來，諾獎已四度頒發給天體物理學。而過去四年，更是創下天體物理領域三次斬獲物理諾獎的記錄，這充分體現了該獎項對於未來宇宙探索的重視。 下面讓我們悉數回顧。 2020年：一半頒給英國理論物理學家羅傑·彭羅斯（Roger Penrose），理由是「發現黑洞的形成是廣義相對論的堅實預測」。另一半由德國天文學家萊茵哈德·根澤爾（Reinhard Genzel）和美國天文學家安德烈婭·蓋茲（Andrea Ghez）平分，理由是「發現了銀河系中心超大質量的緻密天體」。（安德烈婭·蓋茲為諾獎首位女天文學家得主） 2019年：三位科學家因「對我們理解宇宙演化和地球在宇宙中的位置的貢獻」而獲獎。一半頒給美國普林斯頓大學詹姆斯·皮布爾斯（James Peebles）教授，理由是「物理宇宙學的理論發現」，另一半由瑞士日內瓦大學的米歇爾·馬約爾（Michel Mayor）教授和瑞士日內瓦大學教授兼英國劍橋大學教授迪迪埃·奎洛茲（Didier Queloz）平分，理由是「發現了一顆圍繞類太陽恆星運行的系外行星」。 2017年：頒給三位美國科學家雷納·韋斯（Rainer Weiss）、基普·索恩（Kip S。 Thorne）、巴里·巴里什（Barry C。 Barish），理由是「對LIGO探測器和引力波觀測的決定性貢獻」。 2011年：頒給美國加州大學伯克利分校教授索爾·佩爾馬特（Saul Perlmutter）、澳大利亞國立大學教授布萊恩·施密特（Brian P。 Schmidt），以及美國約翰霍普金斯大學教授亞當·里斯（Adam G。 Riess），理由是「通過觀測遙遠超新星爆炸發現宇宙加速膨脹」。 2006年：頒給美國科學家約翰·馬瑟（John C。 Mather）和喬治·斯穆特（George F。 Smoot），理由是「發現了宇宙微波背景輻射的黑體形式和各向異性」。 2002年：一半頒給日本科學家小柴昌俊（Masatoshi Koshiba）與美國賓夕法尼亞大學的雷蒙德。戴維斯（Raymond Davis...

經常吃火鍋辣到冒汗、辣到「菊花疼」，你可曾想過是什麼身體機制帶來這樣的反應嗎？ 今天，2021 年諾貝爾生理或醫學獎公布，或許能告訴你答案。獲獎的是兩位美國科學家 David Julius 和 Ardem Patapoutian，以表彰他們發現了人體對溫度和觸覺的「受體（receptor）」。 諾貝爾委員會認為，這兩位科學家的研究揭開了自然的秘密，從分子水平上解釋了這些刺激如何轉化為神經信號，是一個重要而深刻的發現： 我們感知熱、冷和觸覺的能力對生存至關重要，這是我們與周圍世界互動的基礎。 為什麼你會被辣到「菊花疼」？ 今年 65 歲的 Julius，是美國加州大學舊金山分校的教授。他研究的主要是溫度和疼痛受體，揭示我們如何感受冷暖和化學物質的刺激。 ▲ David Julius 從神經層面來看，我們的大多數感官都在進行「接受刺激 – 傳遞信號 – 大腦接收並作出反應」，這一過程少不了受體的參與。 以苦味為例，當你豪情壯志干下一杯廣東涼茶，負責苦味的味覺受體遇到相關分子後被激活打開，馬上向大腦傳遞信號告訴它「好苦啊！」 1990 年代後期，Julius 開始埋頭研究辣椒素如何引起我們的灼熱和疼痛感，他跟同事創建了一個有幾百萬 DNA 片段的資料庫，最終在感受疼痛的神經元中識別出受體分子 TRPV1。 TRPV1 是位於神經細胞膜上的一類離子通道，能被高溫和辣椒素激活打開，這也解釋了為什麼你每次吃辣總是滿頭大汗，並熱出火辣辣的疼。 除了 TRPV1，Julius 和...