Цивилизация
Лауреатами Нобелевской премии по физике в 2021 году стали американский ученый японского происхождения Сюкуро Манабэ из Принстонского университета, немец Клаус Хассельман из Института метеорологии Макса Планка и итальянец Джорджио Паризи из Римского университета Ла Сапиенца.
Три кандидата разделили между собой премию за исследования в области хаотических и случайных явлений. Сюкуро Манабэ и Клаус Хассельман, получившие по ¼ награды, заложили фундамент наших знаний о земном климате и о том, как человечество влияет на него. Джорджио Паризи, получивший половину премии, внес революционный вклад в теорию неупорядоченных материалов и случайных процессов.
Сложные системы характеризуются случайностью и неупорядоченностью, и потому их сложно понять. Премия этого года отмечает новые методы их описания и долгосрочного предсказания поведения.
Одна из таких сложных систем, обладающая жизненной важностью для человечества – климат планеты Земля.
Сюкуро Манабэ продемонстрировал, как повышение уровня углекислого газа в атмосфере ведет к росту глобальной температуры поверхности.
В 1960-х годах он возглавлял разработку физических моделей земного климата и был одним из первых, кто исследовал взаимодействие между радиационным балансом поверхности Земли и вертикальным перемещением воздушных масс. Его работа легла в основу современных климатических моделей.
Примерно десять лет спустя, Клаус Хассельман разработал модель, которая объединяет в себе погоду и климат, ответив таким образом на вопрос, почему модель климата может быть достоверной, несмотря на то, что погода всегда меняется. Он также разработал методы идентификации сигналов, характерных следов, которые оставляют в климате как природные явления, так и человеческая деятельность. Его методы были использованы для доказательства того факта, что повышение температуры воздуха связано с антропогенными выбросами углекислого газа.
Ученые Манабе и Хассельман стали первыми, кто понял и оценил роль моделирования климата в оценке и предсказании глобального потепления Земли. Об этом «Газете.Ru» рассказал член межправительственной группы экспертов по изменению климата ООН (IPCC), руководитель лаборатории Института океанологии РАН Сергей Гулев.
«Это абсолютно заслуженная премия абсолютно выдающимся людям, которые творили на заре изучения физики климата, когда климатические модели находились на еще эмбриональном уровне. Но даже тогда Манабе смог сформулировать, какая должна быть компоновка, структура модели, и на что при моделировании климата надо обращать внимание, в том числе на антропогенное изменение климата, — рассказал Гулев.
По словам Гулева, Хассельман сформулировал фундаментальные принципы того, как формируется климатическая изменчивость планеты на различных масштабах, что в ней есть быстрая и медленная компоненты, связанные с атмосферой и океаном. Но самое главное, что он потом, уже в 90-е и 80-е годы стал тем человеком, который, будучи директором Института Макса Планка в Гамбурге создавал одну из лучших на сегодня климатических моделей ECHAM. Версий этой модели много, они обновлялись каждые три-пять лет, и многие сегодня существующие модели в полной степени используют идеи Хассельмана».
Сегодня в мире есть более сотни климатических моделей. «Сегодня вы можете не просто брать известные уравнения, а брать блоки отдельных – американской, французской, русской… и составлять свою новую модель, как из конструктора. Но того, чтобы это стало технологией, мы не достигли бы без этих двух выдающихся людей», — добавил ученый.
Примерно в 1980-х годах Джорджио Паризи открыл скрытые структуры в неупорядоченных сложных материалах. Его открытия стали одним из важнейших вкладов в теорию сложных систем.
Работы Паризи дали возможность понять и описать множество явлений и структур, которые, на первый взгляд, кажутся совершенно случайными.
Применение этому нашлось не только в физике, но и во множестве других отраслей, включая математику, биологию, науки о мозге и машинное обучение.
«Открытия, которые мы отметили в этом году, демонстрируют, что наше знание о климате базируется на твердом научном фундаменте, основано на тщательном анализе наблюдений. Все лауреаты этого года углубили наше понимание свойств и эволюции сложных физических систем», – подвел итог Торс Ханс Ханссон, член Нобелевского комитета по физике.
Ранее эксперты называли других возможных кандидатов. Так, компания Clarivate Analytics, занимающаяся изучением научной информации, предсказала награждение Джорджио Паризи на основе анализа данных о цитировании и, кроме него, предлагала также следующих.
Алексея Китаева, профессора теоретической физики и математики в Калифорнийском технологическом институте и Институте квантовой информации и материи (США). Ему премию могли присудить за топологические квантовые вычисления, в которых квантовая информации закодирована и защищена с использованием топологических свойств систем многих тел.
И Марка Ньюмана, заслуженного профессора Департамента физики и Центра изучения сложных систем Мичиганского университета. Он мог получить нобелевскую премию по физике за исследования сетевых систем, в том числе за работы по изучению моделей случайных графов и структур сообществ (также по теории графов).
Кроме того, издание Inside Science называло в качестве кандидатов Джона Пендри из Имперского колледжа Лондона за изучение метаматериалов и Лене Хау из Гарвардского университета за замедление света в среде натрия до 60 километров в час.