Понять хаос: Кто и за что получил Нобелевку по физике

Премию разделили пополам. Часть награды присудили Манабэ и Хассельманну "за физическое моделирование климата Земли, количественную оценку изменчивости и надежное прогнозирование глобального потепления". Другую половину получит Паризи "за открытие взаимодействия беспорядка и колебаний в физических системах от атомных до планетарных масштабов".

"Открытия, признанные в этом году, показывают, что наши знания о климате опираются на прочную научную основу, основанную на тщательном анализе наблюдений. Благодаря лауреатам мы глубже поняли свойства и эволюцию сложных физических систем", — отметил председатель Нобелевского комитета по физике Торс Ганс Ханссон.

Depo.ua собрал информацию об открытии ученых, которые стали триумфаторами церемонии.

Предусмотреть изменение климата при непрогнозируемой погоде

Ученых, занимающихся климатом, Нобелевский комитет отмечает уже не впервые. В частности, в 1903-м самую престижную научную награду, но в области химии получил Сванте Аррениус. Среди прочего, ученый изучал так называемый парниковый эффект и роль углекислого газа в температуре земли. По подсчетам ученого, уменьшение уровня углекислого газа вдвое могло бы спровоцировать наступление нового ледникового периода. При этом его удвоение может наоборот привести к потеплению на 6 ° C — собственно, примерно тому результату, который наблюдаем сейчас.

Уже в 60-х годах Шукуро Манабэ сфокусировался на создании климатической модели и изучении восходящего движения воздушных масс и его зависимости от различного рода излучений. Так, на Землю попадают солнечные лучи, а с ее поверхности поднимаются уже тепловые инфракрасные. А с ними — волны теплого воздуха, ведь он легче холодного. Увеличение массы теплого воздуха приводит к повышенной концентрации водяного пара, а он — к печально известному парниковому эффекту.

Фото: сайт Нобелевского комитета

Также Манабэ доказал, что глобальное потепление связано именно с увеличением концентрации углекислого газа. Ведь нагреваются только нижние слои атмосферы, тогда как верхние наоборот становятся холоднее. Если бы причиной явления была солнечная радиация, соответственно, нагревалась бы вся атмосфера.

Сначала Манабэ создал примитивную одномерную модель на доисторическом компьютере. Впрочем, с годами удалось развить ее до трехмерной.

Клаус Хассельман начал заявлять о себе миру в 70-х. Он создал модель, которая связывает климат и погоду. То есть, ответил на один из часто задаваемых вопросов: как можно создавать надежные модели климата, если погода настолько изменчива и хаотична. Также Хассельман определил признаки, по которым можно судить, что человеческая деятельность влияет на климат.

Трагедии Шекспира в спиновом стекле

Джорджио Паризи в начале 80-х обнаружил скрытые паттерны в неупорядоченных сложных материалах, благодаря чему сделал выдающийся вклад в теорию комплексных систем. Благодаря его работам стало возможным понять и описать немало материалов и явлений в различных сферах знаний о мире.

Еще в XIX веке с развитием статистической механики стало понятно, что для определенных систем, состоящих из большого числа частиц — например, жидкостей или газа — нужен новый подход. В частности, при охлаждении газ превращается в жидкость, а затем в твердое тело. Впрочем, в некоторых случаях частицы группируются в иную структуру, которая остается постоянной даже при изменении температур. А в другой раз — в еще одну структуру. И от чего зависят нюансы группировки частиц, долгое время оставался тайной.

Паризи заинтересовался именно такими структурами — в частности, спиновым стеклом. Это металлический сплав, в котором частицы железа случайным образом встраиваются в медную сетку. Хотя таких атомов сравнительно немного, сплав приобретает магнитные свойства. При этом атомы железа загадочным образом взаимодействуют между собой.

Большое количество ученых, создавая реплики материалов, каждый раз наблюдали разное распределение и схемы взаимодействия атомов. Впрочем, только Паризи смог увидеть в случайности закономерность и даже описал ее математически.

Сам Паризи сравнивал изучение спинового стекла с чтением трагедий Шекспира. Мол, если хотите подружиться с двумя людьми, а они между собой враждуют, это фрустрирует. Это как сцена из классической трагедии, где сердечные друзья и заклятые враги встречаются на сцене, и встает вопрос — как минимизировать напряжение.

При этом подход Паризи работает не только с одним материалом — его можно применить к огромному количеству комплексных систем в различных отраслях науки и жизни.