dimarts, 5 d’octubre de 2021

Dinàmica de sistemes complexos (Manabe, Hasselmann, Parisi; Premi Nobel de Física 2021)

Física de sistemes: La Reial Acadèmia Sueca de Ciències ha anunciat la concessió del Premi Nobel de Física de l'edició d'enguany. El divideix en dues meitats. La primera meitat és compartida per Syukuro Manabe i Klaus Hasselmann "per la modelació física del clima de la Terra, amb la quantificació de la seua variabilitat i amb una predicció fiable de l'escalfament global". L'altra meitat recau en Giorgio Parisi "per la descoberta del joc entre desordre i fluctuacions en sistemes físics, des de l'escala atòmica a la planetària".

Syukuro Manabe

真鍋 淑郎 (*Ehime, 21.9.1931) es doctorà a la Universitat de Tòkio (1958). Passà seguidament a treballar per a la General Circulation Research Section del U.S. Weather Bureau, on desenvolupà la seva carrera professional fins el 1997. El 1997 tornà a Japó per encapçalar, fins el 2001, la Divisió de Recerca en Escalfament Climàtic del Sistema de Recerca de Canvi Global. El 2002 retornà als Estats Units per col·laborar en el Program in Atmospheric and Oceanic Science de Princeton University, de la qual és el meteoròleg degà.

Klaus Hasselmann

Klaus Hasselmann (*Hamburg, 25.10.1931) passà part de la infantesa a Anglaterra, on s'havia exiliat la seva família (el seu pare era militant de l'SPD) arran de l'ascens al poder de Hitler. Després de la guerra, la família tornà a Hamburg, i ell s'hi graduà en física i matemàtica a la Universitat d'aquesta ciutat. La seva tesi de diplomatura tractà de la turbulència isotròpica. Es doctorà el 1964 a la Universitat de Götingen i a l'Institut Max Planck de Dinàmica de Fluids. Més endavant fou professor titular de geofísica teòrica a l'Institut de Geofísica de la Universitat d'Hamburg. Fou pioner en la introducció dels diagrames de Feynman en les interaccions no-lineals de camps d'ones marines (Hasselmann, 1966). El febrer del 1975 esdevingué el primer director de l'Institut Max Planck de Meteorologia, amb seu a Hamburg, càrrec que servà fins el 1999. Entre el 1988 i el 1999 també fou el director científic del Deutsches Klimarechenzentrum (DKRZ) d'Hamburg. En el 2001 fundà amb Carlo Jaeger el Fòrum Europeu del Clima.

Giorgio Parisi

Giorgio Parisi (*Roma, 4.8.1948) es graduà La Sapienza en el 1970. S'hi doctorà sota la supervisió de Nicola Cabibbo. El 1971 esdevingué investigador al Laboratori Nazionali di Frascati, realitzant estades a la Columbia University (1973-4), a l'Institut des Hautes Études Scientifiques (1976-7) i a l'École Normale Supérieure (1977-8). Participà en aquesta època en aportacions fonamentals a la cromodinàmica quàntica (Altarelli & Parisi, 1977) i en els vidres de spin (Parisi, 1980). El 1981 esdevingué professor de física teòrica a Tor Vergata, i el 1992 professor de teories quàntiques a la Sapienza. Des del 2018 és president de l'Accademia dei Lincei.

La modelització del clima de la Terra

Manabe et al. (1965) foren pioners en la simulació climatològica d'un model de circulació general amb cicle hidrològic. Manabe i Wetherald (1967) desenvoluparen un model de columna atmosfèrica en equilibri radiatiu-convectiu que considerava l'efecte de retroalimentació positiva del vapor d'aigua. Aquest model mostrava com un augment de la concentració atmosfèrica de diòxid de carboni (CO2) comportava un augment de temperatura en la troposfera i una disminució de la temperatura de l'estratosfera. Manabe i Bryan (1969) combinaren un model atmosfèric amb un model oceànic per fer-hi càlculs climàtics. Manabe i Wetherald (1975) utilitzaren un model tridimensional de l'atmosfera per predir l'impacte d'una duplicació dels nivells atmosfèrics de CO2. En els anys 1980 i 1990, el grup de recerca de Manabe aprofundí en la resposta climàtica a l'augment antropogènic de CO2 i d'altres gasos d'efecte hivernacle.

El grup de Manabe treballà inicialment en models de columna atmosfèrica. En els models tridimensional, a aquesta graella vertical s'hi afegeixen una graella horitzonal de latitud i de longitud.

El model de Hasselmann de variabilitat climàtica explica les canvis lents en el clima com la resposta integral a una continuïtat de pertorbacions puntuals i aleatòries (Hasselmann, 1975). D'aquesta forma, la variabilitat meteorològica pot integrar-se en un model climàtic. Hasselmann també realitzà aportacions en la identificació de senyals específics de factors (naturals i antropogènics) que influeixen en el clima.

Desordre i fluctuacions en sistemes físics

En el 1986 Mehran Kardar, Giorgio Parisi i Zhang Yi-Cheng proposaven un model de l'evolució del perfil d'una interfície de creixement (Kardar et al., 1986). L'equació de Kardar-Parisi-Zhang és una equació diferencial parcial estocàstica que permet descriure la dinàmica a diverses escales d'interfícies en creixement. Aquesta i altres aportacions de Parisi han estat aplicades, per ell mateix i per altres grups de recerca, en sistemes ben diversos, des de la dinàmica atòmica de vidres fins a la formació de planetes, passant per estols d'aus.

En contrast amb un ferromagnet (a sota), un vidre d'espín és un estat magnètic caracteritzat per l'aleatorietat d'orientacions. Els treballs de Parisi i d'altres membres de "Cracking the Glass Problem" volen entendre com emergeix el comportament general del vidre a partir del seu caràcter amorf a nivell molecular. El desordre d'espín d'un vidre és sotmès a fluctuacions, ja que l'orientació d'espín de cada partícula és afectada pel de les partícules veïnes.

Lligams:

- Pressmeddelande: Nobelpriset i fysik 2021.

- Simulated climatology of a general circulation model with a hydrologic cycle. S. Manabe, J. Smagorinsky, and R.F. Strickler. Monthly Weather Review, 93(12), 769-798. (1965)

- Thermal Equilibrium of the Atmosphere with a Given Distribution of Relative Humidity. S. Manabe, and R. T. Wetherald. Journal of the Atmospheric Sciences, 24 (3), 241-259. (1967)

- Stochastic climate models Part I. Theory. K. Hasselmann. Tellus 28: 473-485 (1975).

- Dynamic Scaling of Growing Interfaces. M. Kardar, G. Parisi, Y.C. Zhang. Phys. Rev. Lett. 56: 889 (1986).