诺奖得主解读诺奖:生命与智慧就来自“复杂系统”
2021-10-08
WLA上海中心
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2021年诺贝尔物理学奖颁给了“对我们理解复杂物理系统具有开创性贡献”的三位科学家。得悉这一消息,2013年诺贝尔化学奖得主、世界顶尖科学家协会副主席迈克尔·莱维特(Michael Levitt)非常开心,因为他的获奖研究也是“复杂系统”。

2013年,莱维特在诺贝尔晚宴上致辞  图 | Agencies

01“复杂系统的行为方式比其组成部分要丰富得多”

“2013年,我因‘为复杂的化学系统发展了多尺度模型’获诺贝尔奖,这与乔治·帕里斯(Giorgio Parisi)教授的获奖研究之间有着很好的联系。”莱维特透露。

在莱维特等人之前,计算机难以模拟复杂化学反应,原因是:化学家或者使用牛顿的经典物理学,它可以模拟真正的大分子,但无法模拟化学反应;或者使用量子物理学,但它需要巨大的计算能力,因此只能对小分子进行。

莱维特等人开创性地将经典物理学与量子物理学结合。例如,在模拟药物如何与靶蛋白偶联时,计算机对靶蛋白中与药物相互作用的原子进行量子理论计算,其余的大蛋白质使用要求较低的经典物理学进行模拟。由此,科学家可以使用计算机揭示复杂的化学反应过程,例如绿叶的光合作用等。

乔治·帕里斯  图 | luigiscudella

帕里斯则在无序的复杂材料中发现了隐藏的模式。他的发现是对复杂系统理论最重要的贡献之一,它们使理解和描述许多不同的、显然完全随机的材料和现象成为可能。这不仅局限于物理学,也包括数学、生物学、神经科学等许多其它领域。

“这些都跟‘涌现特性’相关,复杂系统的行为方式要比它们的各个组成部分丰富的多。”莱维特表示,“蛋白质和其它生命相关分子同样也是复杂的系统。生命从复杂化学系统中涌现,智慧则自生命中涌现。

02“诺奖发给气候变化正逢其时”

1979年诺贝尔物理学奖得主、世界顶尖科学家协会会员谢尔顿·格拉肖(Sheldon Lee Glashow)介绍,帕里斯是第一个建立并发展“自旋玻璃”模型的科学家。该模型涉及小尺度上的混沌和随机行为,也可用于如气候这样的大尺度。

自旋玻璃结构示意图(上)铁磁晶体示意图(下)

图 | wikipedia

 

真锅淑郎(Syukuro Manabe)是最早一批发现并研究二氧化碳排放和全球变暖之间相关性的科学家,并且设计模型来解释化石燃料消耗带来的危险。哈塞尔曼(Klaus Hasselmann)教授设计的模型使人们能够了解特定的风暴、洪水、干旱和火灾的属性,以及它们的频率与不断增长的二氧化碳排放有关。

人为气候变化是人类面临的最严重和最具挑战性的问题。如果要应对挑战,使人类文明蓬勃发展,全世界所有的国家都必须共同合作。因此,今年的诺贝尔物理学奖颁发得非常恰当。除非我们现在共同行动,否则我们已知的世界将面临灭顶之灾。”谢尔顿表示。

撰稿  羽   华
排版  开   心
责任编辑  小   文

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