Premiul Nobel pentru Fizică 2021: Contribuțiile în înțelegerea sistemelor fizice complexe. Descifrarea mecanismelor prin care acțiunile umane influențează schimbările climatice
Premiul Nobel pentru Fizică 2021 a fost acordat pentru contribuțiile în înțelegerea sistemelor fizice complexe, următorilor oameni de știință:
- Syukuro Manabe (Princeton University, SUA) și Klaus Hasselmann (Max Planck Institute for Meteorology, Hamburg, Germania), pentru modelarea fizică a schimbărilor climatice și predicția fenomenului de încălzire globală.
- Giorgio Parisi (Sapienza University, Roma), pentru descoperirea conexiunii dintre fluctuațiile și dezordinea sistemelor fizice de la scară atomică, la scară planetară.
Sistemele complexe sunt haotice și dificil de caracterizat, iar Premiul Nobel de anul acesta recunoaște noi metode pentru a le descrie și a prezice comportamentul pe termen lung. Unul dintre aceste sisteme, vital pentru omenire, este Clima Pământului. Înțelegerea modului în care aceasta suferă schimbări în urma acțiunilor antropice este critică pentru perpetuarea rasei umane.
Modele climatice
Syukuro Manabe a demonstrat cum nivelurile crescute de dioxid de carbon din atmosferă duc la creșterea temperaturilor la suprafața Pământului. În 1960, el a condus cercetările de dezvoltare a modelelor fizice ale climei Pământului și a fost prima persoană care a explorat interacțiunea dintre echilibrul radiațiilor și transportul vertical al maselor de aer. Munca sa a pus bazele dezvoltării modelelor climatice actuale.
Aproximativ zece ani mai târziu, Klaus Hasselmann a creat un model care leagă vremea și clima, răspunzând astfel la întrebarea de ce modelele climatice pot fi fiabile, în ciuda vremii schimbătoare și haotice. De asemenea, el a dezvoltat metode pentru identificarea semnalelor specifice și amprentelor, pe care atât fenomenele naturale, cât și activitățile umane le imprimă în climă. Metodele sale au fost folosite pentru a demonstra că temperatura crescută în atmosferă se datorează emisiilor umane de dioxid de carbon.
Cu alte cuvinte, Manabe a arătat modul în care nivelurile crescute de CO2 conduc la încălzirea globală, iar Hasselmann a demonstrat că acest lucru chiar se întâmplă ca urmare a activității umane.
„Ordinea ascunsă”
În jurul anului 1980, Giorgio Parisi a descoperit tipare ascunse în materiale complexe cu structură dezordonată. Descoperirile sale se numără printre cele mai importante contribuții la teoria sistemelor complexe. Acestea fac posibilă înțelegerea și descrierea multor materiale și fenomene aparent complet aleatorii, nu numai în fizică, ci și în alte domenii, cum ar fi matematica, biologia, neuroștiința și învățarea automată (machine learning).
Studiile inițiale ale lui Giorgio Parisi s-au concentrat pe fizica particulelor, însă spre finalul anilor ‘70, atenția lui s-a îndreptat către teoria sistemelor complexe, descoperind o ordine contra-intuitivă în interacțiunea dintre anumite particule și obiecte.
În sistemele mai simple – cum ar fi materialele magnetice, de exemplu – atomii tind să se alinieze paralel cu vecinii lor. Sistemele complexe sunt însă mai puțin previzibile. Totuși, chiar și în acestea există o anumită ordine, observabilă doar atunci când este comparat modul în care atomi individuali se aliniază pe anumite scale. Teoria s-a dovedit a fi utilă chiar și pentru sistemele care la prima vedere par a fi complet aleatorii, cum ar fi structura sticlei.
„Descoperirile recunoscute anul acesta demonstrează că cunoștințele noastre despre climă se bazează pe o dovezi științifice solide, pe o analiză riguroasă a observațiilor. Laureații din acest an au contribuit cu toții la obținerea unei perspective mai profunde asupra proprietăților și evoluției sistemelor fizice complexe”, a declarat Thors Hans Hansson, președintele Comitetului Nobel pentru fizică.
Conform John Wettlaufer, cercetător în Științe Planetare în cadrul Yale University, legătura dintre munca lui Parisi, a lui Manabe și a lui Hasselmann este că fluctuațiile sunt esențiale pentru predictibilitate:
„Recunoaștem astfel că fenomenele emergente necesită uneori să ne uităm la toate mecanismele fizice complicate, individual, și să le unim pentru a face o predicție”.
Citește și:
- Premiul Nobel pentru Medicină și Fiziologie 2021: Descoperirea receptorilor termici și tactili
- Premiul Nobel pentru Fizică 2018: dezvoltarea de lasere care au contribuit la chirurgia oftalmologică