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2021年诺贝尔奖物理学奖得主:出身于工人之家的物理学天才

前瞻网    2021-10-09 11:00

在刚刚公布的2021诺贝尔奖项当中,意大利科学家乔治·帕里西(Giorgio Parisi)凭借“有关物理系统中无序与涨落的相互作用的研究”荣膺2021年诺贝尔物理学奖,分得了一半的诺贝尔奖金。帕里西的研究工作与其他两人的工作在很大程度上是分开的。而在获奖之前,许多气候科学家表示,他们对帕里西博士的工作知之甚少,甚至根本没有听说过他。

有意思的是,复旦大学物理学教授施郁在诺贝尔物理学奖公布的前一天教授预测,今年的诺贝尔物理学奖可能与粒子物理、凝聚态物理、统计力学与复杂系统相关,并准确预测了帕里西的获奖。

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图源罗马大学新闻稿

尽管成就非凡,但从其低得反常的知名度可以看出,帕里西从始至终一直沉迷科研,无暇社交。在诺贝尔奖新闻发布会上,记者现场提问Parisi是否期待得到诺贝尔奖,Parisi的回答说“possibility nonnegligible”(得奖的可能性为不可忽视)。这一回答可谓非常“统计物理”。

乔治·帕里西(Giorgio Parisi),1948 年出生于罗马,1970年毕业于罗马大学(Sapienza University)物理学专业。据施郁教授介绍,帕里西的爷爷和父亲都是建筑工人,希望他成为工程师。但是他通过阅读科普书,培养了对更抽象的科学的兴趣,发现科学演讲有挑战性,因此希望从事科学研究。在选择物理还是数学时,发生了纠结。但是他看到二十世纪物理学的辉煌成就,而数学比较神秘。因此决定学习物理。很快,他又希望从事物理学的研究工作。当时粒子物理被认为时最具挑战性、最重要的,而 卡比博(Nicola Cabibbo)被认为是当时意大利最优秀的粒子理论家。因此他在卡比博指导下获得博士学位。然后去罗马附近的Frascati国家实验室工作了10年,然后成为罗马大学Tor Vergata分校教授,1992年成为La Sapienza分校教授。

帕里西的研究领域主要集中在量子场论、统计力学以及复杂系统。迄今为止,Parisi载誉无数,包括1999年Dirac奖、2002年费米奖、2005年Heineman数学物理奖和2021年沃尔夫奖等等。

在研究生涯的初始,帕里西专注于高能物理学项目,提出了用于跟踪加速器中碰撞产生的粒子的Altarelli-Parisi 方程。他还参与了旨在进行量子理论计算的超级计算机 APE 项目。

在1979年到1983年期间,帕里西在无序的复杂材料中发现了隐藏的模式:复本对称破缺(replica symmetry breaking)。这一发现是帕里西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。不仅在物理学界如此,在其他很多看似不相关的领域,比如材料科学、生物学、神经科学、和机器学习领域亦是如此。

这一伟大发现起源于一种具有奇怪磁性的金属合金:自旋玻璃。在普通的磁性物质中,原子的移动轨迹都是有序的。然而在自旋玻璃中,原子的排列处于一片彻底的混沌当中。帕里西创造性地通过“复制”来对原子进行操控。这一发现成为了我们了解复杂系统(Complex system)的起点。

复杂系统包含各种各样的现象,其中大量单元通过无序相互作用连接起来。这些单位可以是原子,也可以是神经元、基因、蛋白质、物种、代理等。近年来,帕里西甚至研究了大群椋鸟的飞行。副本也用于神经网络,在机器学习中具有重要应用。

除了复本对称破缺之外,帕里西还在最近的凝聚态物理学中引入了一些最重要的理论工具:其中包括粗糙表面的卡达尔-帕里西-张(Kardar-Parisi-Zhang, KPZ)模型;随机共振,一个在冰川演变中发现的反直觉过程;以及将超对称性应用于凝聚态的帕里西-索拉斯应用。

柏林自由大学达勒姆复杂量子系统中心研究自旋玻璃的史蒂文·汤姆森说:“帕里西参与发明了一些最强大和最重要的理论机器,用于理解自旋玻璃的行为和其他复杂的系统。他的工作对许多其他领域产生了深远的影响,包括粒子物理学、量子场论、神经网络理论和其他数学方法。这些成就的深度和广度是非凡的,很高兴看到所有这些工作都得到诺贝尔委员会的认可。”

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责任编辑: 4150ZYN

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