2021年諾貝爾獎(jiǎng)物理學(xué)獎(jiǎng)得主：出身于工人之家的物理學(xué)天才

在剛剛公布的2021諾貝爾獎(jiǎng)項(xiàng)當(dāng)中，意大利科學(xué)家喬治·帕里西（Giorgio Parisi）憑借“有關(guān)物理系統(tǒng)中無(wú)序與漲落的相互作用的研究”榮膺2021年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，分得了一半的諾貝爾獎(jiǎng)金。帕里西的研究工作與其他兩人的工作在很大程度上是分開(kāi)的。而在獲獎(jiǎng)之前，許多氣候科學(xué)家表示，他們對(duì)帕里西博士的工作知之甚少，甚至根本沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)他。

有意思的是，復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)教授施郁在諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)公布的前一天教授預(yù)測(cè)，今年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)可能與粒子物理、凝聚態(tài)物理、統(tǒng)計(jì)力學(xué)與復(fù)雜系統(tǒng)相關(guān)，并準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了帕里西的獲獎(jiǎng)。

圖源羅馬大學(xué)新聞稿

盡管成就非凡，但從其低得反常的知名度可以看出，帕里西從始至終一直沉迷科研，無(wú)暇社交。在諾貝爾獎(jiǎng)新聞發(fā)布會(huì)上，記者現(xiàn)場(chǎng)提問(wèn)Parisi是否期待得到諾貝爾獎(jiǎng)，Parisi的回答說(shuō)“possibility nonnegligible”（得獎(jiǎng)的可能性為不可忽視）。這一回答可謂非常“統(tǒng)計(jì)物理”。

喬治·帕里西（Giorgio Parisi），1948 年出生于羅馬，1970年畢業(yè)于羅馬大學(xué)（Sapienza University）物理學(xué)專(zhuān)業(yè)。據(jù)施郁教授介紹，帕里西的爺爺和父親都是建筑工人，希望他成為工程師。但是他通過(guò)閱讀科普書(shū)，培養(yǎng)了對(duì)更抽象的科學(xué)的興趣，發(fā)現(xiàn)科學(xué)演講有挑戰(zhàn)性，因此希望從事科學(xué)研究。在選擇物理還是數(shù)學(xué)時(shí)，發(fā)生了糾結(jié)。但是他看到二十世紀(jì)物理學(xué)的輝煌成就，而數(shù)學(xué)比較神秘。因此決定學(xué)習(xí)物理。很快，他又希望從事物理學(xué)的研究工作。當(dāng)時(shí)粒子物理被認(rèn)為時(shí)最具挑戰(zhàn)性、最重要的，而 卡比博（Nicola Cabibbo）被認(rèn)為是當(dāng)時(shí)意大利最優(yōu)秀的粒子理論家。因此他在卡比博指導(dǎo)下獲得博士學(xué)位。然后去羅馬附近的Frascati國(guó)家實(shí)驗(yàn)室工作了10年，然后成為羅馬大學(xué)Tor Vergata分校教授，1992年成為L(zhǎng)a Sapienza分校教授。

帕里西的研究領(lǐng)域主要集中在量子場(chǎng)論、統(tǒng)計(jì)力學(xué)以及復(fù)雜系統(tǒng)。迄今為止，Parisi載譽(yù)無(wú)數(shù)，包括1999年Dirac獎(jiǎng)、2002年費(fèi)米獎(jiǎng)、2005年Heineman數(shù)學(xué)物理獎(jiǎng)和2021年沃爾夫獎(jiǎng)等等。

在研究生涯的初始，帕里西專(zhuān)注于高能物理學(xué)項(xiàng)目，提出了用于跟蹤加速器中碰撞產(chǎn)生的粒子的Altarelli-Parisi 方程。他還參與了旨在進(jìn)行量子理論計(jì)算的超級(jí)計(jì)算機(jī) APE 項(xiàng)目。

在1979年到1983年期間，帕里西在無(wú)序的復(fù)雜材料中發(fā)現(xiàn)了隱藏的模式：復(fù)本對(duì)稱(chēng)破缺（replica symmetry breaking）。這一發(fā)現(xiàn)是帕里西對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)理論最重要的貢獻(xiàn)之一。它們使理解和描述許多不同的、顯然完全隨機(jī)的材料和現(xiàn)象成為可能。不僅在物理學(xué)界如此，在其他很多看似不相關(guān)的領(lǐng)域，比如材料科學(xué)、生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、和機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域亦是如此。

這一偉大發(fā)現(xiàn)起源于一種具有奇怪磁性的金屬合金：自旋玻璃。在普通的磁性物質(zhì)中，原子的移動(dòng)軌跡都是有序的。然而在自旋玻璃中，原子的排列處于一片徹底的混沌當(dāng)中。帕里西創(chuàng)造性地通過(guò)“復(fù)制”來(lái)對(duì)原子進(jìn)行操控。這一發(fā)現(xiàn)成為了我們了解復(fù)雜系統(tǒng)（Complex system）的起點(diǎn)。

復(fù)雜系統(tǒng)包含各種各樣的現(xiàn)象，其中大量單元通過(guò)無(wú)序相互作用連接起來(lái)。這些單位可以是原子，也可以是神經(jīng)元、基因、蛋白質(zhì)、物種、代理等。近年來(lái)，帕里西甚至研究了大群椋鳥(niǎo)的飛行。副本也用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在機(jī)器學(xué)習(xí)中具有重要應(yīng)用。

除了復(fù)本對(duì)稱(chēng)破缺之外，帕里西還在最近的凝聚態(tài)物理學(xué)中引入了一些最重要的理論工具：其中包括粗糙表面的卡達(dá)爾-帕里西-張（Kardar-Parisi-Zhang, KPZ）模型；隨機(jī)共振，一個(gè)在冰川演變中發(fā)現(xiàn)的反直覺(jué)過(guò)程；以及將超對(duì)稱(chēng)性應(yīng)用于凝聚態(tài)的帕里西-索拉斯應(yīng)用。

柏林自由大學(xué)達(dá)勒姆復(fù)雜量子系統(tǒng)中心研究自旋玻璃的史蒂文·湯姆森說(shuō)：“帕里西參與發(fā)明了一些最強(qiáng)大和最重要的理論機(jī)器，用于理解自旋玻璃的行為和其他復(fù)雜的系統(tǒng)。他的工作對(duì)許多其他領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，包括粒子物理學(xué)、量子場(chǎng)論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論和其他數(shù)學(xué)方法。這些成就的深度和廣度是非凡的，很高興看到所有這些工作都得到諾貝爾委員會(huì)的認(rèn)可。”

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參考資料

[1]https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2021/press-release/

[2]https://www.nature.com/articles/d43978-021-00122-6

[3]https://physicsworld.com/a/syukuro-manabe-klaus-hasselmann-and-giorgio-parisi-win-the-2021-nobel-prize-for-physics/

[4]https://mp.weixin.qq.com/s/qGKAD5LcpE9whxEFoZ0IJQ

標(biāo)簽： 物理學(xué) 2021年 諾貝爾獎(jiǎng) 得主