2021年諾貝爾物理學(xué)獎的復雜物理系統是什么？

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，量化可變性并預測全球變暖。另一半頒給了喬治·帕里西表彰他發(fā)現了從原子到行星尺度的物理系統中無(wú)序和波動(dòng)的相互作用。

這次給的獎項是有關(guān)復雜物理系統，物理學(xué)家通常采用統計學(xué)的方法來(lái)解決，也叫混沌系統。物理學(xué)有重要的四大力學(xué)，理論力學(xué)，電動(dòng)力學(xué)，量子力學(xué)和熱力學(xué)與統計物理學(xué)。統計物理學(xué)是與其他三大力學(xué)區別最大的，其他的力學(xué)都是以具體某個(gè)粒子作為研究對象，用場(chǎng)或力來(lái)描述物體的運動(dòng)規律。但是統計物理采用了一套新的方法學(xué)，只關(guān)注整個(gè)系統宏觀(guān)變化，不關(guān)心內部粒子的個(gè)體變化，事實(shí)上我們也并沒(méi)有辦法獲取一個(gè)系統中每個(gè)粒子的物理量。比如在加熱一杯水時(shí)，我們只能從宏觀(guān)上確定所有水分子的平均動(dòng)能是增加的，但沒(méi)有辦法研究具體某個(gè)分子的運動(dòng)規律，因為他是無(wú)序的。通常采用統計的方法來(lái)描述系統的變化特征，以預測系統的變化趨勢。

著(zhù)名的蝴蝶效應是氣象物理理論的現象，很多人只是聽(tīng)說(shuō)過(guò)這個(gè)效應，也知道蝴蝶效應的含義。但是很多人不知道為什么叫蝴蝶效應，為什么不叫昆蟲(chóng)效應？其實(shí)原因是洛倫茲提出的理論，他的微分方程的數值解圖像是蝴蝶形狀，因此形象地稱(chēng)為蝴蝶效應。理論上講對于任何經(jīng)典物理學(xué)適用的場(chǎng)景，我們都可以給出微分方程來(lái)求解，但是由于周?chē)h(huán)境復雜，初始狀態(tài)受到隨機化條件的影響，我們不可能精確預測真實(shí)世界中的變化。

通俗的講，復雜物理系統是采用統計物理描述的系統，這個(gè)系統中的每一個(gè)小部分都具有隨機性，但整個(gè)系統具有明顯可觀(guān)測的變化特征。