精准把脉主要矛盾的变化

20世纪50年代，真锅淑郎在获得博士学位后前往美国继续研究生涯，他的研究方向和阿伦尼乌斯一样，希望能够理解大气中二氧化碳含量的增加是如何导致地球表面温度升高的。20世纪60年代，他领导了地球气候的物理模型的发展，将对流引起的气团垂直输运以及水蒸气的潜热纳入其中。

为了使这些计算更加简便，真锅淑郎选择将模型简化为一根垂直的圆柱体，从地面直达40千米高的大气层。在经过大量计算后，他发现氧气和氮气对地表温度的影响可以忽略不计，而二氧化碳则具有显著的影响：当二氧化碳浓度翻倍时，全球气温会上升2℃以上。而且，这个模型还证实这种升温的确是由二氧化碳浓度增加所导致的。因为这个模型预测，当上层大气变冷时，靠近地面的大气温度会升高，而如果是太阳辐射的变化导致了温度升高，那么整个大气层应该同时被加热。真锅淑郎用来自一维模型的见解引出了三维空间中的气候模型，这是我们揭示地球气候规律过程中的里程碑事件，并为当前气候模型的发展奠定了基础。

在真锅淑郎的研究大约10年之后，哈塞尔曼找到了面对多变且混沌的天气的办法，成功创建了一个将天气和气候联系在一起的模型，这样就能回答一个问题，即为什么尽管天气是多变且混乱的，气候模型仍然可靠。而在完成气候变化模型之后，哈塞尔曼还发展了能够识别自然现象和人类活动影响气候的特定信号（“指纹”）的方法。借此，他为进一步研究气候变化扫清了障碍。

哈塞尔曼的方法被用来证明大气温度的升高是由于人类排放二氧化碳。完善的气候模型清楚地显示了加速的温室效应：自19世纪中叶以来，大气中的二氧化碳的含量增加了40%。在过去数十万年间，地球的大气层从未有过如此之多的二氧化碳。温度测量则表明在过去的150年中，全球温度升高了1℃。这看似幅度不高的升温，除了带来直接可见的冰川融化、海平面上升的结果外，已经对很多生态系统造成了致命的影响。诺贝尔奖委员会在官网上用四个简明的问答来凸显真锅淑郎和哈塞尔曼的研究的重要意义，这是气候模型明确告诉我们的结论。

-地球在升温吗？
-是的。
-是因为大气中温室气体含量的增加吗？
-是的。
-这可以仅用自然因素来解释吗？
-不能。
-人类的排放是温度升高的原因吗？
-是的。

发现无序系统的秘密
大约在1980年，帕里西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。他的发现使我们能够理解和描述很多不同的、完全随机的材料和现象，这些应用不只是在物理学领域内，同样也在其他一些非常不同的领域内，包括数学、生物学、神经科学和机器学习等。

复杂系统的研究始于19世纪后半叶，麦克斯韦（James C. Maxwell）、玻尔兹曼（Ludwig Boltzmann）和吉布斯（J. Willard Gibbs）等人发展的统计力学使我们拥有了描述和研究由大量粒子构成的系统的方法。这种方法必须考虑粒子的随机运动，因此基本思想是计算粒子的平均效应而非单独研究每个粒子。由于为气体和液体的宏观性质（如温度和压强）提供了微观解释，统计力学获得了巨大的成功。

气体中的粒子可以被视为小球，当温度下降或者压力升高时，小球构成的系统首先变为液体，接着变为固体——通常是晶体，小球在其中以规则的方式排列。但如果这一变化发生得非常迅速，小球则会形成一种不规则的排列。如果重复这一迅速的过程，尽管系统经历的变化完全相同，小球却会呈现出一种新的排列。

为什么会产生不同的结果？帕里西在研究另一种称为自旋玻璃（spin glass）的系统时理解了其中的复杂性并且发现了无序系统的秘密。这种系统是一种特殊的金属合金，例如向铜原子网络中随机混入铁原子所得的合金。尽管只包含少量的铁原子，它却能以一种令人困惑的方式改变磁性。每个铁原子的行为就像一个小磁铁（或者说自旋），会被周围的其他铁原子影响。在普通磁铁中，所有自旋指向相同的方向；但在自旋玻璃中，自旋状态会受到阻挫（frustration）：一些自旋对想要指向相同的方向，而另一些自旋对却相反，那么它们是如何找到最佳指向的呢？

自旋玻璃及其奇特的性质为复杂系统提供了一个模型。1979年，帕里西取得了决定性的突破，展示了解决自旋玻璃问题的方法。他的解决办法在数学上的正确性在多年之后才得到证明。从那时起，他的方法在许多无序系统中被广泛使用，成为复杂系统理论的基石