El trabajo en sistemas complejos, incluido el clima de la Tierra, gana el Premio Nobel de física

El clima de la Tierra es un sistema enormemente complejo a gran escala. A nivel microscópico, también lo es la complicada física de los átomos y moléculas que se encuentran dentro de los materiales. El Premio Nobel de Física 2021 reúne el trabajo de tres científicos que iluminaron sistemas físicos tan intrincados aprovechando herramientas básicas de la física.

La mitad del premio es para los científicos del clima Syukuro Manabe de la Universidad de Princeton y Klaus Hasselmann del Instituto Max Planck de Meteorología en Hamburgo, Alemania, por su trabajo en simulaciones del clima de la Tierra y predicciones del calentamiento global, anunció la Real Academia Sueca de Ciencias en octubre. 5. La otra mitad del premio de 10 millones de coronas suecas (más de 1,1 millones de dólares) es para el físico Giorgio Parisi de la Universidad Sapienza de Roma, quien trabajó en la comprensión de las turbulentas fluctuaciones dentro de los materiales desordenados.

Los tres investigadores utilizaron una estrategia similar para aislar una pieza específica de un sistema complejo en un modelo, una representación matemática de algo que se encuentra en la naturaleza. Al estudiar ese modelo y luego integrar esa comprensión en descripciones más complicadas, los investigadores avanzaron en la comprensión de sistemas que de otro modo serían desconcertantes, dice el físico Brad Marston de la Universidad de Brown. “Hay un arte en construir un modelo que sea lo suficientemente rico como para brindarte resultados interesantes y quizás sorprendentes, pero lo suficientemente simple como para que puedas esperar entenderlo”.

El premio, normalmente un asunto apolítico, envía un mensaje a los líderes mundiales: “La noción de calentamiento global se basa en ciencia sólida”, dijo Göran Hansson, secretario general de la Real Academia Sueca de Ciencias, durante el anuncio de los ganadores del premio. . Las emisiones humanas de gases de efecto invernadero, incluido el dióxido de carbono, han aumentado la temperatura promedio de la Tierra en más de 1 grado Celsius desde la época preindustrial. Ese calentamiento está afectando a todas las regiones de la Tierra, exacerbando eventos climáticos extremos como olas de calor, incendios forestales y sequías (SN: 9/8/21).

Syukuro Manabe de la Universidad de Princeton (izquierda) y Klaus Hasselmann del Instituto Max Planck de Meteorología (derecha) trabajaron en las primeras simulaciones del clima de la Tierra, sentando las bases para los modelos climáticos más detallados de la actualidad que se utilizan para lidiar con los impactos potenciales del calentamiento global. .Desde la izquierda: Bengt Nyman / Wikimedia Commons (CC BY 2.0); Sueddeutsche Zeitung Photo / Alamy Foto de stock

El trabajo de Manabe sentó las bases para el modelado climático, dijo John Wettlaufer de la Universidad de Yale, miembro del Comité Nobel de Física. “Realmente construyó los modelos a partir de los cuales se construyeron todos los modelos climáticos futuros”, explicó Wettlaufer durante una entrevista después del anuncio del premio. “Ese andamiaje es esencial para la mejora de las predicciones del clima”.

Manabe estudió cómo el aumento de los niveles de dióxido de carbono cambiaría las temperaturas en la Tierra. A modelo climático simplificado de un artículo de 1967 en coautoría de Manabe simuló una sola columna de la atmósfera en la que las masas de aire suben y bajan a medida que se calientan y enfrían, lo que reveló que duplicar la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera aumentaba la temperatura en más de 2 grados C. luego podría integrarse en modelos más complejos que simularan toda la atmósfera o incluyan los efectos de los océanos, por ejemplo (SN: 30/5/70).

“Nunca imaginé que esto que comenzaría a estudiar tuviera consecuencias tan grandes”, dijo Manabe en una conferencia de prensa en Princeton. “Lo estaba haciendo solo por mi curiosidad”.

Hasselmann estudió la evolución del clima de la Tierra teniendo en cuenta la variedad de escalas de tiempo en las que operan los diferentes procesos. La aleatoriedad del clima diario contrasta con las variaciones estacionales y procesos mucho más lentos como el calentamiento gradual de los océanos de la Tierra. El trabajo de Hassleman ayudó a mostrar cómo la fluctuación a corto plazo podría incorporarse a los modelos para comprender el cambio climático a largo plazo.

Foto de Giorgio Parisi
Giorgio Parisi de la Universidad Sapienza de Roma es conocido por su trabajo de profundizar en la física de materiales desordenados, como los vidrios giratorios, en los que diferentes átomos no pueden ponerse de acuerdo sobre en qué dirección apuntar sus espines. Lorenza Parisi / Wikimedia Commons

El premio es una afirmación de la comprensión del clima por parte de los científicos, dice Michael Moloney, director ejecutivo del Instituto Americano de Física en College Park, Maryland. “Los modelos climáticos de los que dependemos para comprender el impacto de la crisis climática son mundiales. clase de ciencia a la altura de todos los otros grandes descubrimientos que son reconocidos [by] Premios Nobel de años pasados ​​”.

Ilustración de átomos de hierro intercalados en una cuadrícula de átomos de cobre, con flechas que indican el giro apuntando en diferentes direcciones
En un vaso giratorio, ilustrado aquí, los átomos de hierro (rojo), dentro de una red de átomos de cobre (azul), tienen giros (flechas negras) que no pueden ponerse de acuerdo en una dirección para apuntar.C. Chang

Al igual que los patrones climáticos en la Tierra, el mundo interior de los átomos dentro de los materiales puede ser complejo y desordenado. El trabajo de Parisi tuvo como objetivo comprender los procesos dentro de sistemas desordenados, como un tipo de material llamado vidrio giratorio (SN: 18/10/02). En los vasos de espín, los átomos se comportan como pequeños imanes, debido a una propiedad cuántica llamada espín. Pero los átomos no pueden ponerse de acuerdo en qué dirección apuntar sus imanes, lo que resulta en una disposición desordenada.

Eso es similar a los tipos de vidrio más familiares, un material en el que los átomos no alcanzan una disposición ordenada. A Parisi se le ocurrió una descripción matemática para tales gafas giratorias. Su trabajo también toca una variedad de otros temas complejos, desde turbulencias hasta patrones de bandadas que describen los movimientos de animales como los estorninos (SN: 31/7/14).

Aunque su trabajo no se centra directamente en el clima, en una entrevista durante el anuncio del Nobel, Parisi comentó sobre esa mitad del premio: “Está claro que para la generación futura tenemos que actuar ahora de una manera muy rápida”.

Carolyn Gramling contribuyó a informar de esta historia.


Source: Science News by www.sciencenews.org.

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