导读
北京时间10月8日，2024年诺贝尔物理学奖在瑞典皇家科学院揭晓。
今年该奖项授予2位人工智能方面的专家，他们 “ 因在利用人工神经网络实现机器学习方面的基础性发现和发明而获奖” 。
到底他们在这一领域做出了哪些开创性工作？
常春藤、林岩 | 整理
10月8日，2024年诺贝尔物理学奖在瑞典皇家科学院揭晓。今年的物理学奖颁给了2位学者，表彰他们在人工智能方面作出的贡献。
获奖者介绍：
John J. Hopfield 普林斯顿大学，新泽西州，美国
Geoffrey E. Hinton 多伦多大学，加拿大
获奖理由：
表彰他们在“ 因在利用人工神经网络实现机器学习方面的基础性发现和发明而获奖”。
2024物理学奖解读
今年的两位诺贝尔物理学奖得主运用物理学工具开发了当今强大机器学习技术的基础方法。约翰·霍普菲尔德创造了一种联想记忆，能够存储和重构图像以及数据中的其他类型模式。杰弗里·辛顿发明了一种能够自主发现数据特性的方法，从而执行诸如识别图片中特定元素等任务。
当我们谈论人工智能时，通常指的是使用人工神经网络进行的机器学习。这项技术最初是受到大脑结构的启发。在人工神经网络中，大脑的神经元由具有不同值的节点表示。这些节点通过可以比作突触的连接相互影响，并且这些连接可以加强或减弱。网络的训练方式例如是，在同时具有高值的节点之间建立更强的连接。今年的获奖者自20世纪80年代以来在人工神经网络方面进行了重要工作。
约翰·霍普菲尔德 发明了一种使用保存和重现模式方法的网络。我们可以将节点想象成像素。霍普菲尔德网络利用了物理学中描述物质特性（由于其原子自旋——一种使每个原子成为微小磁体的特性）的原理。整个网络以与物理学中自旋系统能量相当的方式描述，并通过为节点之间的连接找到值来进行训练，以使保存的图像具有低能量。当向霍普菲尔德网络输入扭曲或不完整的图像时，它会系统地遍历节点并更新它们的值，从而使网络的能量降低。因此，网络会逐步找到与输入的不完美图像最相似的保存图像。
杰弗里·辛顿 以霍普菲尔德网络为基础，构建了一种使用不同方法的新网络：玻尔兹曼机。它能够学习识别给定类型数据中的特征元素。辛顿使用了统计物理学的工具，这是一门研究由许多相似组件组成的系统的科学。通过向机器提供在运行时极有可能出现的示例来训练该机器。玻尔兹曼机可用于对图像进行分类或创建其训练过的模式类型的新示例。辛顿在此基础上进行了进一步研究，推动了当前机器学习的爆炸式发展。
诺贝尔物理学委员会主席埃伦·穆恩斯表示： “获奖者的工作已经带来了巨大的益处。在物理学中，我们在许多领域使用人工神经网络，如开发具有特定性质的新材料。”
01
近几年获奖情况回顾
· 2023年
Pierre Agostini、Ferenc Krausz和Anne L’Huillier
获奖者介绍：
皮埃尔·阿戈斯蒂尼（Pierre Agostini）：俄亥俄州立大学；
弗伦茨·克劳斯（Ferenc Krausz）：马普量子光学研究所和慕尼黑的路德维希-马克西米利安大学
安妮·吕伊耶（Anne L’Huillier）：瑞典隆德大学
获奖理由：
表彰他们“用于生成阿秒光脉冲以研究物质中电子动态的实验方法”领域的贡献。
· 2022年
阿斯匹克特（Syukuro Manabe）、约翰·克劳塞（Klaus Hasselmann）和安东·蔡林格（Giorgio Parisi）
获奖者介绍：
法国巴黎萨克雷大学、巴黎综合理工学院阿兰·阿斯匹克特（Alain Aspect）、J.F.克劳塞协会约翰·克劳塞（John F. Clauser）以及奥地利维也纳大学安东·蔡林格（Anton Zeilinger）。
获奖理由：
表彰他们“用纠缠光子的实验，建立对贝尔不等式的违反和开创量子信息科学”。
· 2021年
真锅淑郎（Syukuro Manabe）、克劳斯·阿塞尔曼（Klaus Hasselmann）和乔治·帕里西（Giorgio Parisi）
获奖者介绍：
一半授予真锅淑郎（Syukuro Manabe）和克劳斯·阿塞尔曼（Klaus Hasselmann）；另一半授予乔治·帕里西（Giorgio Parisi）。
获奖理由：
表彰真锅淑郎和克劳斯·阿塞尔曼“对地球气候的物理建模、量化可变性和可靠地预测全球变暖”的贡献，同时表彰乔治·帕里西“发现了从原子到行星尺度的物理系统中无序和涨落之间的相互影响”。
· 2020年
罗杰·彭罗斯 (Roger Penrose)、莱因哈德·根泽尔(Reinhard Genzel)和安德里亚·格兹(Andrea Ghez)
获奖者介绍：
一半授予英国科学家罗杰·彭罗斯 (Roger Penrose)，另一半授予德国科学家莱因哈德·根泽尔(Reinhard Genzel)和美国科学家安德里亚·格兹(Andrea Ghez)。
获奖理由：
表彰他们在“黑洞研究及发现银河系中央的超大质量天体”方面的贡献。
· 2019年
詹姆斯·皮布尔斯（James Peebles）、米歇尔·麦耶（Michel Mayor）和迪迪埃·奎洛兹（Didier Queloz）
获奖者介绍：
一半授予了美国物理学家詹姆斯·皮布尔斯（James Peebles），另一半授予了两位瑞士天体物理学家，曾是师徒的米歇尔·麦耶（Michel Mayor）和迪迪埃·奎洛兹（Didier Queloz）。
获奖理由：
以表彰他们“为理解宇宙演化和地球在宇宙中的位置所做出的贡献”。
02
诺贝尔物理学奖的设立
1895年11月27日，阿尔弗雷德·诺贝尔签署了他的最后遗嘱和遗嘱，将他最大的财富份额给了一系列奖项，即诺贝尔奖。正如诺贝尔遗嘱中所述，其中一部分献给 “在物理学领域内做出最重要的发现或发明的人”。
自1901年以来，一共颁发了115项诺贝尔物理学奖。该奖项有六年未颁发（1916年、1931年、1934年、1940年、1941年和1942年），诺贝尔物理学奖已授予218位获奖者，其中约翰·巴丁（John Bardeen）曾两次获奖。
迄今为止，最年轻的诺贝尔物理学奖获得者是劳伦斯·布拉格（Lawrence Bragg），他在1915年与父亲一起获得诺贝尔奖时年仅25岁；最年长的诺贝尔物理学奖获得者是亚瑟·阿什金（Arthur Ashkin），他在2018年获得诺贝尔奖时已经96岁了。
03
物理学奖得主的提名和评选
诺贝尔物理学奖的提名只能通过委员会的邀请获得，被提名人的姓名和有关提名的其他信息要到50年后才能透露。
提名和甄选程序
诺贝尔化学委员会向有能力和资格提名的人发送机密表格。
合格的提名人
根据法规，提交诺贝尔物理学奖提名书的权利应由以下各方享有：
1、瑞典皇家科学院的瑞典和外国成员；
2、诺贝尔物理学委员会成员；
3、诺贝尔物理学奖获得者；
4、瑞典、丹麦、芬兰、冰岛和挪威的大学和技术研究所以及斯德哥尔摩卡罗林斯卡学院化学科学系的常任教授；
5、在科学院选择的至少六所大学或大学学院（通常为数百所大学）中担任相应的教席，以确保在不同国家及其学习席位上的适当分配；
6、学院可能认为合适的其他科学家邀请他们提出建议。
诺贝尔奖获得者的评选
瑞典皇家科学院负责遴选诺贝尔物理学奖获得者。科学院任命诺贝尔物理学委员会，该委员会对被提名者进行筛选，并为最终候选人提出建议。该委员会名义上由五名有投票权的成员组成，但多年来还包括有表决权的兼职成员。
委员会的提案会在学院的物理学专家群体中讨论，他们可能会建议修改或向学院转达不同的提案。最后，在学院的最后一次会议上提出其他建议。原则上可以建议本年度不颁发奖项，但这种选择很少出现。
谁有资格获得诺贝尔物理学奖？
有资格获得物理学奖的候选人是由获得诺贝尔委员会邀请提交姓名以供考虑的合格人士提名的候选人。没有人有提名自己的资格。
参考资料
1.NobelPrize.org
2.The Royal Swedish Academy of Sciences - NobelPrize.org
3.The Nobel Prize in Chemistry 2021 - NobelPrize.org
4.Nomination and selection of physics laureates - NobelPrize.org
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