La Real Academia Sueca de las Ciencias concedió el Premio Nobel de Física 2021 al científico japonés Syukuro Manabe y al alemán Klaus Hasselmann, quienes contribuyeron a la modelización del clima de la Tierra y sentaron las bases científicas para determinar los efectos de las actividades humanas en el cambio climático, y al italiano Giorgio Parisi, por sus aportaciones innovadoras a nuestra comprensión de los sistemas físicos complejos.
Thank you for reading this post, don't forget to subscribe!Syukuro Manabe, de la Universidad de Princeton, y Klaus Hasselmann, del Instituto Max Planck, desarrollaron modelos físicos del clima de la Tierra, y “la cuantificación de la variabilidad y la predicción fiable del calentamiento global”.
El clima de la Tierra es un sistema complejo de vital importancia para la humanidad. Manabe demostró cómo el aumento de los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera provoca un incremento de las temperaturas en la superficie de la Tierra. En la década de 1960, dirigió el desarrollo de modelos físicos del clima y fue la primera persona que exploró la interacción entre el equilibrio de la radiación solar y el transporte vertical de las masas de aire. Su trabajo sentó las bases para el desarrollo de los modelos climáticos actuales.
Diez años después, Klaus Hasselmann creó un modelo que relaciona el tiempo y el clima, respondiendo así a la pregunta de por qué los modelos climáticos pueden ser fiables a pesar de que el tiempo es cambiante y caótico. También desarrolló métodos para identificar señales específicas, algo así como las “huellas dactilares” que se imprimen en el clima tanto de los fenómenos naturales como de las actividades humanas. Sus métodos han servido para demostrar que el aumento de la temperatura de la atmósfera se debe a las emisiones humanas de dióxido de carbono.
Por su parte, Giorgio Parisi, de la Universidad de la Sapienza de Roma, fue laureado por sus revolucionarias contribuciones a la teoría de los materiales desordenados y los procesos aleatorios, esto permitió “el descubrimiento de la interacción del desorden y las fluctuaciones en los sistemas físicos, desde la escala atómica hasta la planetaria”.
En la década de los 80, Parisi describió patrones matemáticos “ocultos” en materiales complejos desordenados. Sus aportaciones se cuentan entre las más importantes a la teoría de estos sistemas que ayudan a comprender muchos materiales y fenómenos diferentes aparentemente aleatorios, no solo en física sino también en otros ámbitos como las matemáticas, la biología, las neurociencias y el aprendizaje automático.
El trabajo de los tres ha sido fundamental para entender cómo está cambiando el clima del planeta y cómo las actividades humanas están influyendo en esos cambios. “Los descubrimientos reconocidos este año demuestran que nuestros conocimientos sobre el clima se apoyan en una sólida base científica, fundamentada en un riguroso análisis de las observaciones”, anunció en conferencia Thors Hans Hansson, presidente del Comité Nobel de Física de la Real Academia Sueca de Ciencias.
“Los descubrimientos reconocidos este año demuestran que nuestros conocimientos sobre el clima se apoyan en una sólida base científica, FUNDAMENTADA en un riguroso análisis de las observaciones”.
Thors Hans Hansson, presidente del Comité Nobel de Física de la Real Academia Sueca de Ciencias.
Sistemas complejos
Todos los sistemas complejos están formados por muchas partes diferentes que interactúan entre sí. Los físicos los han estudiado durante siglos, y pueden ser difíciles de describir matemáticamente, ya que pueden tener un enorme número de componentes o estar gobernados por el azar. También pueden ser caóticos, como el clima, donde pequeñas desviaciones en los valores iniciales dan lugar a enormes diferencias en etapas posteriores. Los galardonados de este año han contribuido a conocer mejor estos mecanismos y su desarrollo a largo plazo.
Los modelos climáticos contemporáneos son herramientas increíblemente poderosas, no solo para entender el clima, sino también para entender el calentamiento global que ha causado el ser humano.
Estos modelos se basan en las leyes de la física y se han desarrollado a partir de modelos que se utilizan para predecir el clima mediante magnitudes meteorológicas como la temperatura, la precipitación, el viento o las nubes, y se ve afectado por lo que ocurre en los océanos y en la tierra. Los modelos climáticos se basan en las propiedades estadísticas calculadas del tiempo, como los valores medios, las desviaciones estándar, valores medidos más altos y más bajos, etc.
Modelo del dióxido de carbono
Syukuro Manabe desarrolló modelos físicos para analizar los niveles de gases en la atmósfera y se percató que el oxígeno y el nitrógeno tienen efectos insignificantes en la temperatura de la superficie del planeta, mientras que el dióxido de carbono tuvo un claro impacto: cuando el nivel de dióxido de carbono se duplicó, la temperatura global aumentó más de 2°C. Su configuración tridimensional confirmó que el calentamiento se debía realmente al aumento de las emisiones de este gas de efecto invernadero.
Por su parte, Hasselmann desarrolló métodos para identificar el impacto humano en el sistema climático. Descubrió que los cambios en la radiación solar, las partículas volcánicas o los niveles de gases de efecto invernadero dejan señales únicas, “huellas dactilares” que pueden separarse y aplicarse también al efecto que el ser humano tiene sobre el clima.
Estos modelos se han ido perfeccionando a medida que los procesos incluidos en las complicadas interacciones del clima se van cartografiando más a fondo, sobre todo gracias a las mediciones que llevan a cabo por satélite y las observaciones meteorológicas que usan tecnologías cada vez más sofisticadas y precisas.
Estos patrones muestran claramente una aceleración del efecto invernadero: desde mediados del siglo XIX, los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera han aumentado un 40%. La atmósfera de la Tierra no contenía tanto dióxido de carbono desde hace cientos de miles de años. En consecuencia, las mediciones de temperatura muestran que el mundo se ha calentado 1.5°C en los últimos 150 años.
Las aportaciones de Manabe y Hasselmann han proporcionan una sólida base física para nuestro conocimiento del clima de la Tierra que permiten confirmar que el planeta se está calentando y que la causa es el aumento de la cantidad de gases de efecto invernadero en la atmósfera y que dichas emisiones son la causa del aumento de la temperatura del planeta.
Por otro lado, Giorgio Parisi presentó sus descubrimientos sobre cómo los fenómenos aparentemente aleatorios y desordenados se rigen por reglas y estructuras “ocultas” y encontró una forma de describirlos matemáticamente. Su trabajo se considera ahora una de las contribuciones más importantes a la teoría de los sistemas complejos que se utilizan para entender muchos fenómenos materiales y fenómenos diferentes como: ¿Por qué tenemos edades de hielo que se repiten periódicamente? ¿Existe una descripción matemática más general del caos y los sistemas turbulentos? O: ¿cómo surgen los patrones en una murmuración de miles de estorninos?
Parisi ha dicho que la mayor parte de su investigación ha tratado sobre los comportamientos simples que dan lugar a comportamientos colectivos complejos, y esto se aplica tanto a los cristales como a los materiales granulares y los estorninos.
