Novel·la de Física per la comprensió de l'emergència climàtica i els complexos sistemes físics

2021/10/05 Galarraga Aiestaran, Ana - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

Per decisió de la Reial Acadèmia Sueca de Ciències, Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann i Giorgio París rebran el Premi Nobel de Física per les seves aportacions a la comprensió de complexos sistemes físics. La meitat del premi està dirigit a Manabe e Hasselmann pel seu treball en la modelització del clima terrestre i el seu escalfament, i l'altra meitat a París, per estudiar la interacció entre el desordre dels sistemes físics i les fluctuacions, des de l'escala atòmica fins al planetari.
Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann i Giorgio Parisi seran els premis Nobel de Física de 2021. Ed. Ill. Niklas Elmehed © Nobel Prize

Segons l'acadèmia, els sistemes complexos són aleatoris i desordenats, per la qual cosa són difícils d'entendre. El premi d'enguany reconeix la capacitat d'inventar-se nous mètodes per a descriure aquest tipus de sistemes i de predir el seu comportament a llarg termini.

Clima, temps i escalfament global

De fet, l'investigador japonès Syukuro Manabe va demostrar que l'augment del diòxid de carboni en l'atmosfera provocava un augment de la temperatura en la superfície terrestre. Va demostrar que l'oxigen i el nitrogen a penes tenien efecte, mentre que el doble de la concentració de diòxid de carboni suposava un augment de la temperatura superior als 2 °C.

Era la dècada de 1950 i va donar continuïtat a les recerques iniciades al Japó als EUA. En els anys següents va obrir un nou camí i va estudiar la interacció entre el balanç de radiació (relació entre la radiació que rep la Terra del Sol i la que emet a l'atmosfera) i el transport vertical de masses d'aire.

En 1975 publica el model de clima de la Terra. En comparació amb els ordinadors actuals, els d'aquella època tenien una capacitat limitada, però no obstant això, va ser capaç de saltar de models unidimensionals a models tridimensionals, antecedent dels actuals.

Deu anys després, Klaus Hasselmann va saber relacionar el temps amb el clima, encara que el temps és canviant i caòtic. Per a superar aquesta dificultat va crear un model climàtic estocàstic, la qual cosa significa que l'atzar està inclòs en el model. Inspirat en la teoria del moviment browniano d'Albert Einstein. Utilitzant aquesta teoria, Hasselmann va demostrar que una atmosfera que canvia ràpidament pot provocar canvis lents en l'oceà.

Després del desenvolupament del model, va desenvolupar mètodes per a detectar i mesurar la influència de les activitats humanes. Va observar que el model proporcionava informació adequada sobre les característiques del soroll i la senyalització. Per exemple, els canvis en la radiació solar, les partícules dels volcans o els gasos d'efecte d'hivernacle tenen senyals diferents, cadascun té la seva empremta dactilar, per la qual cosa és possible distingir-les. El model va posar de manifest la influència dels gasos d'efecte d'hivernacle en la temperatura i el clima.

Així, la Fundació Nobel considera que el treball de Manabe i Hasselmann coincideix amb l'esperit d'Alfred Nobel de premiar els treballs que han beneficiat a la humanitat.

Passos per a entendre sistemes complexos

Cap a 1980, Giorgio París va demostrar que els materials complexos desordenats tenien models ocults. Va començar amb la recerca del material spin-glass. Aquest material és un tipus de metall amb una fusta especial, per exemple, la distribució caòtica dels àtoms de ferro en una xarxa de coure. En aquest material va trobar un model ocult i va proposar un mètode de descripció matemàtica.

Per a afirmar matemàticament que el mètode a París era correcte van ser necessaris anys. Des de llavors el seu mètode ha servit per a explicar sistemes físics complexos i ha estat fonamental per a desenvolupar la teoria de sistemes complexos.

Aquestes teories permeten comprendre i descriure molts materials i fenòmens diferents i aparentment totalment caòtics, no sols en la física, sinó també en àmbits tan diversos com les matemàtiques, la biologia, la neurociència i l'aprenentatge automàtic.

En recollir la notícia del premi, París esmenta l'emergència climàtica amb les següents paraules: “És clar que per al futur de la pròxima generació hem de començar ara molt ràpid”.