Зрозуміти хаос: Хто і за що отримав Нобелівку з фізики

Премію розділили навпіл. Частину нагороди присудили Манабе та Хассельманну "за фізичне моделювання клімату Землі, кількісну оцінку мінливості та надійне прогнозування глобального потепління". Іншу половину отримає Парізі "за відкриття взаємодії безладу та коливань у фізичних системах від атомних до планетарних масштабів".

"Відкриття, визнані цього року, демонструють, що наші знання про клімат спираються на міцну наукову основу, засновану на ретельному аналізі спостережень. Завдяки цьогорічним лауреатам ми глибше зрозуміли властивості та еволюцію складних фізичних систем, " - зазначив голова Нобелівського комітету з фізики Торс Ганс Ханссон.

Depo.ua зібрав інформацію про відкриття вчених, що стали тріумфаторами церемонії. 

Передбачити зміну клімату при непрогнозованій погоді

Науковців, що займаються кліматом, Нобелівський комітет відзначає вже не вперше. Зокрема, у 1903-му найпрестижнішу наукову винагороду, але в царині хімії отримав Сванте Арреніус. Серед іншого, вчений вивчав так званий парниковий ефект і роль вуглекислого газу у температурі землі. За підрахунками науковця, зменшення рівня вуглекислого газу вдвічі могло б спровокувати настання нового льодовикового періоду. При цьому його подвоєння може навпаки призвести до потеплішання на 6 ° C – власне, приблизно того результату, який спостерігаємо зараз.  

Вже у 60-х роках Шукуро Манабе сфокусувався на створенні кліматичної моделі і вивченні висхідного руху повітряних мас і його залежності від різного роду випромінювань. Так, на Землю потрапляють сонячні промені, а з її поверхні піднімаються вже теплові інфрачервоні. А з ними –  хвилі теплого повітря, адже воно легше за холодне. Збільшення маси теплого повітря зумовлює підвищену концентрацію водяної пари, а вона – сумновідомий парниковий ефект. 

Фото: сайт Нобелівського комітету

Також Манабе довів, що глобальне потепління пов'язане саме зі збільшенням концентрації вуглекислого газу. Адже  нагріваються лише нижні шари атмосфери, тоді як верхні навпаки стають холоднішими. Якщо б причиною явища була сонячна радіація, відповідно, нагрівалася б вся атмосфера. 

Спочатку Манабе створив примітивну одномірну модель на доісторичному комп'ютері. Втім, з роками вдалося розвинути її до трьохвимірної. 

Клаус Хассельман почав заявляти про себе світу у 70-х. Він створив модель, що пов'язує клімат та погоду. Себто, відповів на одне з поширених питань: як можна створювати надійні моделі клімату, якщо погода настільки мінлива та хаотична. Також Хассельман визначив ознаки, за якими можна судити, що людська діяльність впливає на клімат. 

Трагедії Шекспіра у спіновому склі

Джорджіо Парізі на початку 80-х виявив приховані патерни у невпорядкованих складних матеріалах, завдяки чому зробив визначний внесок у теорію комплексних систем. Завдяки його роботам стало можливо зрозуміти та описати чимало матеріалів та явищ у різних сферах знань про світ. 

Ще у XIX столітті із розвитком статистичної механіки стало зрозуміло, що для певних систем, що складаються з великої кількості частинок – наприклад, рідин чи газу – потрібен новий підхід. Зокрема, при охолодженні газ перетворюється на рідину, а потім на тверде тіло. Втім, у деяких випадках частинки групуються в інакшу структуру, яка залишається сталою навіть при зміні температур. А іншим разом – у ще одну структуру. І від чого залежать нюанси групування частинок, тривалий час залишалося таємницею. 

Парізі зацікавився саме такими структурами – зокрема, спіновим склом. Це металевий сплав, в якому частинки заліза випадковим чином вбудовуються у мідну сітку.  Хоча таких атомів порівняно небагато, сплав набуває магнітних властивостей. При цьому атоми заліза загадковим чином взаємодіють між собою. 

Велика кількість науковців, створюючи репліки матеріалів, щоразу спостерігали різний розподіл та схеми взаємодії атомів. Втім, лише Парізі зміг побачити у випадковості закономірність і навіть описав її математично. 

Сам Парізі порівнював вивчення спінового скла з читанням трагедій Шекспіра. Мовляв, якщо хочете подружитися з двома людьми, а вони між собою ворогують, це фруструє. Це ніби сцена з класичної трагедії, де сердешні друзі та закляті вороги зустрічаються на сцені, і постає питання – як мінімізувати напругу. 

При цьому підхід Парізі працює не лише з одним матеріалом – ним можна скористатися до величезної кількості комплексних систем у різних галузях науки та життя.