十月份最吸引我的事情是一年一度的諾貝爾獎名單出爐。諾獎對于科學家們來說是終生成就獎，對于科研工作者是個風向標，而對普通人來說是一堂難得的小型科普課。
2021年諾貝爾化學學獎獎給了兩位氣象學家真郭淑郎、克勞斯·哈塞爾曼和一位化學學家喬治·帕里西，她們因“對理解復雜系統的開創性貢獻”而得獎。簡單來說就是在一個無序的、隨機的、看上去沒有規律的系統中找到了某種規律。
哪些是復雜系統？
全球氣候，經濟，世界人口，混沌現象，椋鳥渦動，蟻群，生物體，人腦，免疫系統，遺傳和進化，囚徒困局，網路，元胞自動機，“三體”等，都是復雜系統。
例如上萬只的椋鳥群為何能在空中迅速變換隊型，且不互相碰上？它們是如何在沒有指揮的情況下達到這么和諧的統一行動的？螞蟻又是如何曉得該哪些時侯去哪兒覓食的？為何沒有兩片一模一樣的雪花？全球氣候是怎樣變化的？其中椋鳥渦動也是帕里西的一個重點研究課題。
計算機科學院長、復雜系統研究的前沿科學家梅拉妮·米歇爾在《復雜》一書中寫道：“復雜系統是由大量組分組成的網路，不存在中央控制，通過簡單運作規則形成出復雜的集體行為和復雜的信息處理，并通過學習和進化形成適應性。”
她又補充道：“由于簡單規則以無法預測的方法形成出復雜行為，這些系統的宏觀行為有時亦稱為涌現。這樣就有了復雜系統的另一個定義：具有涌現和自組織行為的系統。而復雜性科學的核心問題是：涌現和自組織行為是怎樣形成的。”
梅拉妮·米歇爾是認知科學家侯世達的中學生，前者是《哥德爾、艾舍爾、巴赫——集異璧之大成》一書的作者。米歇爾在《復雜》一書中詳盡地介紹了多個領域關于復雜系統的研究，這是一本科普書，不須要相關背景知識也可以看懂。南京師范學院系統科學大學院士張江也在他創立的集智俱樂部官方網站上推薦了這本書。集智俱樂部仍然旨在于宣傳、普及、推廣復雜系統科學，并展開廣泛的跨學科交流。
猶如宇宙中95%都是由暗物質和暗能量構成，自然界和社會中的事物絕大多數也都是無序的復雜系統。霍金曾預言“21世紀將是復雜性科學的世紀”。
去年的諾貝爾化學學獎為何獎給氣象學家？
1824年，傅里葉便提出了“溫室效應”。他據太陽的體溫、地球與太陽的距離估算出了地表濕度，發覺月球地表實際氣溫比他估算的要高好多，猜想月球大氣起到了隔熱作用。但他沒有找出具體的緣由。
化學學家龐加萊在研究三體問題時，第一次發覺了結果對初始條件的敏感依賴性，因三體運行軌道非常復雜，龐加萊曾感嘆“太過復雜以至于我不想繼續描述它們”。他總結道：“初始條件的細微差異有可能會造成最終現象的極大不同。后者的微小偏差會造成前者的巨大偏差。預測顯得不可能……”
氣象學家愛德華·洛倫茲曾提出：一只南非洲亞馬遜河流域溫帶雨林中的蝴蝶，時常扇動幾下翅膀，可以在兩周之后引發韓國得克薩斯州的一場龍卷風。這便是知名的“蝴蝶效應”。
洛倫茲在用計算機預測天氣的時侯，發覺初始值有微小的改變時，預測的結果卻大相徑庭。他的發覺讓人們認識到天氣系統也具有敏感的終值依賴性，也導致常年的天氣不可預測，僅可預測短期天氣。天氣系統是一個復雜的混沌系統，受特別多誘因的干擾，極難預測。
真鍋淑郎和克勞斯·哈塞爾曼兩位氣象學家通過構建氣候模型，將人類的局限又往前推動了一步。她們因對“地球氣候的數學建模、量化可變性和可靠地預測全球變暖”的開創性貢獻而獲得2021年的諾貝爾化學學獎。
真鍋淑郎：全球變暖是真的，主因是氣體增多
真鍋淑郎是法籍華裔氣象學家，其在東京學院取得博士學位后，受英國國家海洋和大氣管理局研究部約請，負責開發全球氣候模型的工作，他也是耶魯學院中級研究員。1967年，真鍋淑郎便推論出，當大氣中的甲烷濃度翻番時，地面氣溫將上升2.3度。他的研究除了強調氣體是造成溫度下降的主要誘因，且將其量化了。
人類用幾六年的時間證明了氣象學家的預測是正確的，盡管數值上可能有偏差。真郭淑郎的氣候模型也從科學上斥責了全球變暖是陰謀論的說法。據悉，“全球變暖”已改名為“全球氣候變化”，不止是氣溫下降，極端天氣也會越來越多。
哈塞爾曼：是真的，并且是由于人類
另一位氣象學家哈塞爾曼于1975年創立了英國馬克斯普朗克氣象研究所，并曾兼任美國氣候估算中心的科學院長。他最重要的貢獻是進一步增強了氣候模型的預測精度，他分離出了人類噪聲和自然噪聲對氣候的影響，他的研究闡明出人類活動從1960年代以來對全球變暖起主要作用。
這種研究復雜系統的科學家們從無序中找出有序，進而實現對整體系統的預測。1976年，哈塞爾曼開發了一個隨機氣候模型（哈塞爾曼模型），其中類似于布朗運動的隨機波動確保了氣候的可變性。他研究出了可以辨識自然現象和人類活動在氣候中留下的特定訊號和指紋的技巧。
假如有一位隱型人在遛彎，而我們只能看見一只兔子前后左右無序的跑位路線，那我們如何能夠推斷出主人的行進路線呢，有哪些規律呢？如同我們只能見到局部的天氣，但不曉得全球氣候的邁向，而哈塞爾曼的研究做的工作便是提升了氣候預測的確切性以及它內部變化的規律。
這三年極端天氣頻發，最切身的體味是上海明年春天的下雨顯著增多了，河南、山西等地因連降大雨發生了水災。去年登錄我國的臺風也顯著增多了。還有美國的起火，亞洲多國也遭到了罕見洪澇。
聯合國發布的氣候科學報告《氣候變化2021：自然科學基礎》單獨籌建了“氣候變化中的極端天氣風波”一章，首次展現極端天氣風波是全球變暖的重要恐嚇。報告強調未來溫度每上升0.5度就會明顯改變全球大部份地區極端天氣與氣候風波的頻度和硬度，包括極端氣溫、極端降雨、臺風、干旱等。為此，我國也提出了“碳中和”的計劃。而我們每位人如同一只只蝴蝶，最終的氣候就是那種混沌系統，在到達不可挽回的閥值前，能夠作出一點點努力。
她們兩位其實是氣象學家，但都運用了統計數學學和非線性動力學的方式，通過建模剖析，解決了宏觀大氣運動的問題，成功定量預測了氣候變化，且復雜系統本身就是跨學科的交叉領域，因而獲得了諾貝爾化學學獎。哈塞爾曼在接受專訪時表示“寧愿自己沒有得諾獎，也不希望全球變暖”。
帕里西的貢獻
諾貝爾化學學獎的另一半被授予一位美國理論化學學家——喬治·帕里西，以嘉獎他“發現了從原子到行星尺度的數學系統中無序和波動的互相作用”。
復雜系統科學家朗頓曾用“混沌的邊沿”一詞形容復雜系統。復雜科學家張江說有序和無序是可以轉換的，復雜系統不是有序也不是無序，而是當你從不同的尺度去看一個復雜系統，它既可能從大量的無序中形成有序，又可以從大量的有序中，形成出混沌現象。而帕里西便是將一類復雜系統的內部的轉換秘密的原理用物理形式抒發了下來。
帕里西在多個數學領域都有突破性的貢獻，如粒子化學、粘結現象、優化理論、數學化學等，被譽為近幾六年最具創造性和最具影響力的理論化學學家之一。此前帕里西也獲得過不少數學和數學界的重量級獎項，狄拉克獎、費米獎、玻爾茲曼獎狀、馬克斯·普朗克獎狀、拉格朗日獎、沃爾夫化學獎等。
他目前是羅馬學院的量子理論院士，研究領域包括量子場論、統計熱學和復雜系統。他在從原子到行星尺度的每一個不同層次的復雜數學體系中，都闡述了無序和波動互相作用的普適規律。他的主要貢獻有和圭多·阿塔雷利共同提出了阿塔雷利—帕里西方程（DGLAP多項式）、自旋玻璃謝林頓—柯克帕特里克模型（載流子玻璃）的精確解、描述界面生長的動力學標度的卡達爾—帕里西—張多項式（KPZ多項式）、鳥群中的渦動等。
復雜系統內部的簡單規律
帕里西獲得諾獎最重要的緣由是他在無序材料和隨機過程理論上的革命性貢獻，他給出了載流子玻璃模型平衡態的精確解。
載流子玻璃不是玻璃，在匯聚態化學中，載流子玻璃指的是一種無序的隨機性的磁量子態，是磁性合金材料的一種亞穩定的狀態。例如把少量帶磁性的鐵原子加入到非磁性的銅原子中，合金整體的磁性才會發生改變，磁性會隨著氣溫的變化呈現非線性的隨機改變。類似于我們日常看到的玻璃的這些無序的非晶體，玻璃的主要物理成份是氫氧化鋁，沒有固定的融化體溫，而氫氧化鋁的有序晶體狀態為石英、水晶。
載流子玻璃的磁性之所以呈現非線性的隨機狀態，是由于合金內部的相鄰原子彼此間的阻挫現象，原子在載流子時的磁體方向彼此互斥，一直處于隨機變化狀態。從分布上看是無序隨機的狀態，但從宏觀上又表現出某種規律。這些被稱為阻挫現象。這些現象在自然界和人類社會中普遍存在。
阻挫是一種競爭的互相作用，假如在人與人之間就表現為，你和A、B兩個人都不合，A和B又是死對頭，但有一個項目促使大家三個人不得不合作，此時，你該怎么存在與兩個人之間，能夠讓這個合作達成，且耗損最小，成效最高。我們從外部看，任取一個頓時與其他頓時三個人的狀態就都不太一樣，處于一種變動的既有合作又有競爭的無序狀態中。
載流子玻璃體系也是一種阻挫系統。帕里西創造性地引入了一種新的物理估算方式，并求解出了載流子玻璃模型平衡態的一個精確解析解，成功用物理描述了這些規律。
米歇爾在《復雜》一書的結尾提及復雜系統科學的突破須要“等待卡諾”，也就是須要有一位像物理家卡諾一樣能以物理與建模的方式精確描述不同的復雜系統間的普適性的規律，如今看來帕里西起碼在這一類復雜系統上找到了一種普適性的物理描述方式，可以應用到“從原子到行星尺度的數學系統中無序和波動的互相作用”。他所運用的物理方式在物理界也得到了認可。
帕里西的研究，闡明了載流子玻璃模型中無序粒子組合的背后都有隱藏的結構和模式，找到了該模型的普適規律。而這一規律的應用除了限于數學領域，也可應用在物理、計算機科學、生物學、神經科學、機器學習等眾多領域。
帕里西曾研究過椋鳥群，他表示自己的大部份研究都涉及簡單行為怎么造成復雜的集體行為，而這種原理既適用于載流子玻璃，也適用于椋鳥群，盡管兩者看似并沒有哪些聯系。他和團隊剖析估算了由幾十萬只椋鳥組成的鳥群的飛行數據，并完善了描述它們的模型。它們沒有一個統一的腦部，卻表現出了極具智慧的行動，整體和諧統一，急速變換形狀。而這項研究的成果也可以推廣到其他類似的復雜系統和材料上。
復雜系統對我們的啟示，例如書籍的未來
“所有由個體簡單行為互相作用形成的集體行為系統物理學基礎電子書，都可以稱為復雜系統。”
在看完《復雜》一書，及了解到越來越多的復雜系統后物理學基礎電子書，發覺看上去隨機無序的混沌假象下居然有著各自的簡單規律。有序和無序也是同時發生的，有時侯風波呈現下來的宏觀層面似乎是無序的，但內部卻都遵守著一定的規律，有時侯整體看上去是有序的，但其內部卻是隨機的分布。不確定和變化才是永恒的。
經濟上的復雜性表現為看不見的手，每位人都盡量將自己的利益最大化的同時力求與參與合作的人多贏。
有人也聯想到了《道德經》中的“道生一，一生二，二生三，三生萬物”的思想。似乎個體間相互作用的規律是某種“道”，萬物是相生相克的，此消彼長，但由于阻挫的存在，永遠沒法達到穩定的平衡態，所以內部是不斷進行隨機運動的，看上去就是亂而無序，但她們卻遵照著一種模式，而這個原理居然能夠用物理描述下來。
還想到有研究西醫的同事說西醫是極其晦澀的一門學問，那位同學專門從北京來到上海，就是為了研究西醫。其實我不太了解，但由于人體也是個復雜系統，所以修補這個復雜系統的學問必然是個更復雜的學科。
包括紙質書為何不會衰落，盡管書城有可能衰落，由于書城面對的競爭對手是電商、短視頻等渠道。但紙質書面對的是一個復雜系統——人腦。我也看電子書，但電子書看之后很容易忘掉。原先這是有科學根據的。
刊登在《讀庫2006》中的《紙質書何以延續至今》一文寫道：“基于目前的考古證據，人類創造文字的歷史只有五千年，與人類數百萬年的進化史相比，這就是彈指一揮間。也正由于這般，我們并沒有足夠的時間進化出專門用于閱讀的神經支路；相反，人類創造的文字系統和閱讀工具必須適應我們的腦部”。而紙質書便是這樣一種閱讀工具。
“我們的腦部還逗留在數千年與紙質書相隨的閱讀習慣里，不可能短期內進化并適應新的閱讀習慣，于是在這樣快速閱讀的過程中，并沒有真的記住哪些信息，只是字面意義上的‘用嘴巴過了一遍’，因為語音加工跟不上，也就無法對文本進行深度加工。”
為此，紙質書籍仍然有不可替代的價值。
書籍交易的媒介和方法卻是可以代替的。想售出一本書，須要先到達目標讀者。以前讀者通過逛書城發覺一本書籍，現在更多的讀者在同學圈、公眾號、社交網站、短視頻里發覺書籍。
此前認為短視頻與書籍是互斥的，短視頻與書籍即使在時間上是互斥的，同一時間只能看一個，但若果將書籍的內容嵌入視頻，那就共生的關系，說究竟都是人們獲取知識或則娛樂的一種渠道。用短視頻作為媒介分享閱讀紙質書籍的美好與收獲，前往更多的讀者，也可以是當下一種挺好的書籍推廣形式。
隨著技術的發展，似乎接出來短視頻會式微，而混和現實（MR）之類會成為新時代的主流。但萬變不離其宗，我們閱讀的本質是好奇心，開書城、做編輯、做短視頻、做營銷等本質都是知識的傳播與分享。
但，書籍永遠不會衰落，起碼在我們攻破人類神經系統這個復雜系統之前。
參考資料
書籍：
《復雜》（梅拉妮·米歇爾）
《復雜的引擎》（梅菲爾德）
公號文章：
《深度剖析2021年諾貝爾化學學獎》（張江，集智俱樂部）
《復雜的世界簡單的規律》（中國科學刊物）
《剛剛，2021諾貝爾獎數學學獎頒給了研究復雜化學系統的她們》（中科院化學所）
視頻：
《推翻百年規則！2021年諾貝爾化學學獎，為什么這么反常》（艾栗夏）
《2021諾貝爾化學學獎專家剖析》（好奇星人知識醬）
本文首發于良莠書城公眾號