Novela de Física pola comprensión da emerxencia climática e os complexos sistemas físicos

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

Por decisión da Real Academia Sueca de Ciencias, Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann e Giorgio París recibirán o Premio Nobel de Física polas súas achegas á comprensión de complexos sistemas físicos. A metade do premio está dirixido a Manabe e Hasselmann polo seu traballo na modelización do clima terrestre e o seu quecemento, e a outra metade a París, por estudar a interacción entre a desorde dos sistemas físicos e as fluctuaciones, desde a escala atómica até o planetario.
Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann e Giorgio Parisi serán os premios Nobel de Física de 2021. Ed. Ill. Niklas Elmehed © Nobel Prize

Segundo a academia, os sistemas complexos son aleatorios e desordenados, polo que son difíciles de entender. O premio deste ano recoñece a capacidade de inventarse novos métodos paira describir este tipo de sistemas e de predicir o seu comportamento a longo prazo.

Clima, tempo e quecemento global

De feito, o investigador xaponés Syukuro Manabe demostrou que o aumento do dióxido de carbono na atmosfera provocaba un aumento da temperatura na superficie terrestre. Demostrou que o osíxeno e o nitróxeno apenas tiñan efecto, mentres que o dobre da concentración de dióxido de carbono supuña un aumento da temperatura superior aos 2 ºC.

Era a década de 1950 e deu continuidade ás investigacións iniciadas en Xapón en EEUU. Nos anos seguintes abriu un novo camiño e estudou a interacción entre o balance de radiación (relación entre a radiación que recibe a Terra do Sol e a que emite á atmosfera) e o transporte vertical de masas de aire.

En 1975 publica o modelo de clima da Terra. En comparación cos computadores actuais, os daquela época tiñan una capacidade limitada, pero con todo, foi capaz de saltar de modelos unidimensionales a modelos tridimensionales, antecedente dos actuais.

Dez anos despois, Klaus Hasselmann soubo relacionar o tempo co clima, aínda que o tempo é cambiante e caótico. Paira superar esta dificultade creou un modelo climático estocástico, o que significa que o azar está incluído no modelo. Inspirado na teoría do movemento browniano de Albert Einstein. Utilizando esta teoría, Hasselmann demostrou que una atmosfera que cambia rapidamente pode provocar cambios lentos no océano.

Tras o desenvolvemento do modelo, desenvolveu métodos paira detectar e medir a influencia das actividades humanas. Observou que o modelo proporcionaba información adecuada sobre as características do ruído e a sinalización. Por exemplo, os cambios na radiación solar, as partículas dos volcáns ou os gases de efecto invernadoiro teñen sinais diferentes, cada un ten a súa pegada dactilar, polo que é posible distinguilas. O modelo puxo de manifesto a influencia dos gases de efecto invernadoiro na temperatura e o clima.

Así, a Fundación Nobel considera que o traballo de Manabe e Hasselmann coincide co espírito de Alfred Nobel de premiar os traballos que beneficiaron á humanidade.

Pasos paira entender sistemas complexos

Cara a 1980, Giorgio París demostrou que os materiais complexos desordenados tiñan modelos ocultos. Comezou coa investigación do material spin-glass. Este material é un tipo de metal cunha madeira especial, por exemplo, a distribución caótica dos átomos de ferro nunha rede de cobre. Neste material atopou un modelo oculto e propuxo un método de descrición matemática.

Paira afirmar matematicamente que o método en París era correcto foron necesarios anos. Desde entón o seu método serviu paira explicar sistemas físicos complexos e foi fundamental paira desenvolver a teoría de sistemas complexos.

Estas teorías permiten comprender e describir moitos materiais e fenómenos diferentes e aparentemente totalmente caóticos, non só na física, senón tamén en ámbitos tan diversos como as matemáticas, a bioloxía, a neurociencia e a aprendizaxe automática.

Ao recoller a noticia do premio, París menciona a emerxencia climática coas seguintes palabras: “Está claro que paira o futuro da próxima xeración temos que empezar agora moi rápido”.