Nobel de Física 2021 para la comprensión de sistemas complejos como el clima

El Premio Nobel de Física 2021 se ha concedido a tres investigadores “por sus contribuciones pioneras a nuestra comprensión de los sistemas complejos”, según ha anunciado este martes la Real Academia Sueca de las Ciencias. 

La mitad del galardón la comparten de forma conjunta Syukuro Manabe y Klaus Hasselmann “por la modelización física del clima de la Tierra, la cuantificación de la variabilidad y la predicción fiable del calentamiento global”, analizando la influencia humana en este proceso. Ambos fueron galardonados previamente con el Premio Fronteras del Conocimiento en Cambio Climático, Hasselmann en 2009 y Manabe en 2016.

La otra mitad del Nobel se concede a Giorgio Parisi “por el descubrimiento de la interacción del desorden y las fluctuaciones en los sistemas físicos desde la escala atómica a la planetaria”. Se premia sus revolucionarias contribuciones a la teoría de los materiales desordenados y los procesos aleatorios.

Syukuro Manabe demostró que el aumento de CO2 en la atmósfera provoca un incremento de la temperatura terrestre y Klaus Hasselmann confirmó la aportación de las emisiones humanas en ese proceso

Los sistemas complejos se caracterizan por esa aleatoriedad y desorden, por lo que son difíciles de entender. El premio de este año reconoce los nuevos métodos para describirlos y predecir su comportamiento a largo plazo.

Un sistema complejo de vital importancia para la humanidad es el clima de la Tierra. Syukuro Manabe (Shingu-Japón, 1931) demostró cómo el aumento de los niveles de dióxido de carbono (CO₂) en la atmósfera provoca un incremento de la temperatura en la superficie de la Tierra.

Syukuro Manabe demostró cómo el aumento de los niveles de CO2 en la atmósfera provoca un aumento de las temperaturas en la superficie de la Tierra. / Johan Jarnestad/ The Royal Swedish Academy of Sciences.

En la década de 1960, dirigió el desarrollo de modelos físicos del clima terrestre y fue el primero en explorar la interacción entre el equilibrio de la radiación y el transporte vertical de las masas de aire. Su trabajo sentó las bases para el desarrollo de los modelos climáticos actuales.

Unos diez años después, Klaus Hasselmann (Hamburgo-Alemania, 1931) 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 sea cambiante y caótico.

También desarrolló métodos para identificar señales específicas, huellas dactilares, que tanto los fenómenos naturales como las actividades humanas imprimen en el clima. Sus métodos han servido para demostrar que el aumento de la temperatura de la atmósfera se debe a las emisiones humanas de CO₂.

Klaus Hasselmann creó un modelo que relaciona el tiempo y el clima. Sus métodos se han utilizado para demostrar que el aumento de la temperatura en la atmósfera se debe a las emisiones humanas de CO2. / Johan Jarnestad/ The Royal Swedish Academy of Sciences

Los descubrimientos del italiano Giorgio Parisi han ayudado a comprender muchos materiales y fenómenos aparentemente aleatorios

Por su parte, Giorgio Parisi (Roma-Italia, 1948) descubrió hacia 1980 patrones ocultos en materiales complejos desordenados. Sus descubrimientos suponen una de las contribuciones más importantes a la teoría de los sistemas complejos.

Estos permiten comprender y describir muchos materiales y fenómenos aparentemente totalmente aleatorios, no sólo en física sino también en otros ámbitos muy diferentes, como las matemáticas, la biología, la neurociencia y el aprendizaje automático.

Giorgio Parisi descubrió patrones ocultos en materiales complejos desordenados. En la imagen, un vidrio de espín, una aleación metálica en la que los átomos de hierro –por ejemplo– se mezclan aleatoriamente en una red de átomos de cobre. Cada átomo de hierro se comporta como un pequeño imán a su alrededor. Sin embargo, en un vidrio de espín se ‘frustran’ y tienen dificultades para elegir la dirección a la que apuntar. A partir de sus estudios sobre el vidrio de espín, Parisi desarrolló una teoría de los fenómenos desordenados y aleatorios que abarca muchos otros sistemas complejos. / Johan Jarnestad/ The Royal Swedish Academy of Sciences

Tras conocer que es uno de los galardonados, Parisi ha recordado que alguno de sus estudios (como resonancias estocásticas en cambio climático) guardan relación con los de los otros premiados, y respecto a la actual crisis climática ha subrayado: “Está claro que para la futura generación, tenemos que actuar ahora de forma muy rápida”.

El presidente del Comité Nobel de Física, Thors Hans Hansson considera que los descubrimientos reconocidos este año “demuestran que nuestros conocimientos sobre el clima se apoyan en una sólida base científica, basada en un riguroso análisis de las observaciones; y todos los galardonados de este año han contribuido a que conozcamos mejor las propiedades y la evolución de los sistemas físicos complejos”.