陈平:获得今年诺贝尔奖的复杂物理,到底“复杂”在哪里?

我今天就来给大家介绍这次诺贝尔奖的物理学奖的贡献，到底物理学讲的复杂什么意思。

物理学复杂的第一个意思，就是物理世界的空间的分布是非常不均衡的，也就是结构非常复杂，复杂到什么程度，我给大家普及一下。

因为天气预报的话，首先要研究大海的洋流的运动。因为地球的话太阳运动，太阳对地球的吸引力在你转动的时候是有强有弱的，就会产生潮汐作用。所以如果你要研究天气预报，最下面应该什么，要研究流体力学，流体力学在海平面再往上就变成气体了，气体你就要研究气体的动力学。

我们还知道气体里面有空气里面多种成分，最重的是氧气，还有氮气，最轻的是氢气。所以你说空气里面不同的海拔的高度，空气的成分会不会一样？当然不会一样，不但空气的成分不一样，然后不同海平面的高度，它的温度，它的压强也是不一样的。你再升高了，这个气体的分子都散了，为什么？因为电子脱离了原子核变成等离子体，所以在地球的大气的高层比气体还要稀薄，就变成了等离子体。所以从低海平面到地平面到高空，物理学既涉及到牛顿力学的问题，还涉及到了温度、压强，这就是热力学状态方程的问题。这个问题可不可以解？是可以解的。

所以这一次，分享了一半诺贝尔物理学奖的两个研究气候暖化的科学家是什么样的科学家呢？

最早的是研究二氧化碳吸收了以后它会放出热量，然后对大气层的影响，这就是现在我们最早讲的气候暖化的效应。那么这是一位美籍的日本科学家，今年已经90岁了。10年以后又有一个德国的地球物理学家，他研究气候变化里面，小到地面上大概分子量级比如说毫米级的微观的运动，跟大到大气层以年计算的宏观的运动，它们之间也有可以计算的物理学的关系。

这就是把我之前讲的极小，这里的极小是地面上的分子运动，可以小到毫米级的运动，和整个大气层的极大的宏观的运动，把它怎么样，把它结合起来了。

这个对我们经济学家也有非常大的启示，因为我们经济学家讲微观的不考虑宏观和金融，讲宏观和金融的不考虑微观的个体和企业，他们什么反应。但是我们看，在非常简单的没有生命现象的物理里面，物理学家、地球物理学家、气象学家，在研究气候暖化的时候，就已经做到了可以定量地计算，地球上人类活动产生的二氧化碳，对全球气候变暖有什么样的影响，而这个影响是可以从短暂的分分秒秒长到百年以上的这个时间的尺度。

这就是我们讲的物理学的复杂的含义，就是1+1>2。你要解释一个复杂得多的现象，不能好像是拿砖块搭房子垒起来就行了，你把它拆开来拆成一块块砖，我们叫还原论。这种思维方式对牛顿力学的机械论成立，但是对比牛顿力学还要复杂的，又有力学问题，又有热力学问题，而且是非均衡的非均匀的现象就不成立了。

但是这个不成立不是完全放弃科学，重新回到宗教信仰，而是要承认我们科学知识的局限性。你收集信息的能力越大，那么你预测未来的程度会越高，但是不要对自己有过度的自信，因为世界是变化的，你的对未来的预测永远是有限的，所以我们要有应变的头脑。变化的不确定性，不见得都是坏事，还可能是机遇的代表。

所以这点上我最早在亚洲金融危机的时候，就在世界银行和国际货币基金组织里面，给西方科学家普及了一个中文的知识：我说你们西方的语言有问题，你讲危机crisis一讲混沌chaos，就是负面的破坏性的东西。我说如果你们学点中文的话，你就知道中国人的思维方式比西方的形式逻辑还要辩证。中国人讲危机，危是danger，机是opportunity，危和机是相辅相成的。所以我们中国人经常误以为西方的黑格尔的辩证法和中国的老子庄子的辩证法是一样的，其实是不一样的。

复杂性的第二个含义就是除了结构复杂以外，这个空间的非均匀非均衡以外，还有一个历史的不可逆性，也就是我们讲的时间箭头。这个问题在化学和生命现象里面更加显著，那么我们以后有机会再慢慢和大家介绍好，我们今天介绍物理系统的复杂性，就告诉大家几个简单的道理：第一个是1+1>2；第二个三生万物；第三个历史是不可逆的。所以会产生物质结构的多样性，还有不同的物理系统的行为的多样性。

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