Работа над сложными системами, включая климат Земли, получила Нобелевскую премию по физике

Физика

Сюкур Манабе, Клаус Хассельман и Джорджио Паризи обнаружили скрытые закономерности в неупорядоченных системах.

Климат Земли — это чрезвычайно сложная система большого масштаба. На микроскопическом уровне такова же сложная физика атомов и молекул, содержащихся в материалах. Нобелевская премия по физике 2021 года объединяет работу трех ученых, которые осветили такие сложные физические системы, используя базовые инструменты физики.

5 октября Шведская королевская академия наук объявила, что половина Нобелевской премии по физике премии достается ученым-климатологам Сюкур Манабе из Принстонского университета и Клаусу Хассельманну из Института метеорологии Макса Планка в Гамбурге, Германия, за их работу по моделированию климата Земли и прогнозированию глобального потепления. Другая половина премии в размере 10 миллионов шведских крон (более 1,1 миллиона долларов) достанется физику Джорджо Паризи из Римского университета Сапиенца, который работал над пониманием возмущающих колебаний в неупорядоченных материалах.

Все три исследователя использовали аналогичную стратегию выделения определенной части сложной системы в модели, математическом представлении чего-то, найденного в природе. Изучая эту модель, а затем интегрируя это понимание в более сложные описания, исследователи добились прогресса в понимании систем, которые в противном случае вызывают недоумение, говорит физик Брэд Марстон из Университета Брауна. “Существует искусство построения модели, которая достаточно богата, чтобы дать вам интересные и, возможно, удивительные результаты, но достаточно проста, чтобы вы могли надеяться понять ее”.

Премия, как правило, является аполитичным делом, направляет послание мировым лидерам: “Концепция глобального потепления основывается на солидной науке”,-сказал Йоран Ханссон, генеральный секретарь Королевской Шведской академии наук, во время объявления лауреатов премии. Выбросы человеком парниковых газов, включая двуокись углерода, увеличили среднюю температуру Земли более чем на 1 градус Цельсия с доиндустриальных времен. Это потепление влияет на каждый регион на Земле, усугубляя экстремальные погодные явления, такие как волны жары, лесные пожары и засуха (SN: 8/9/21).

Работа над сложными системами, включая климат Земли, получила Нобелевскую премию по физике
Сюкур Манабе из Принстонского университета (слева) и Клаус Хассельманн из Института метеорологии Макса Планка (справа) работали над ранним моделированием климата Земли, заложив основу для современных более подробных климатических моделей, которые используются для борьбы с потенциальными последствиями глобального потепления.СЛЕВА: БЕНГТ НАЙМАН/ВИКИСКЛАД (CC BY 2.0); ФОТО SUEDDEUTSCHE ZEITUNG/СТОКОВОЕ ФОТО АЛАМИ

Работа Манабе заложила основу для моделирования климата, сказал Джон Веттлауфер из Йельского университета, член Нобелевского комитета по физике. “Он действительно построил модели, на основе которых были построены все будущие климатические модели”, — объяснил Веттлауфер во время интервью после объявления премии. “Эти строительные леса необходимы для улучшения прогнозов климата”.

  Технология сверхточных часов выиграла Нобелевскую премию в размере 3 миллионов долларов за прорыв в области физики

Манабе изучал, как повышение уровня углекислого газа приведет к изменению температуры на Земле. В упрощенной модели климата с 1967 бумаги в соавторстве с Манабэ имитация одном столбце ту атмосферу, в которой воздушные массы поднимаются и опускаются, как они теплые и холодные, которое показало, что удвоение количества диоксида углерода в атмосфере увеличилось температуры более чем на 2 ° С, это понимание может быть интегрирована в более сложных моделях , что моделируется вся атмосфера или включены эффекты океанов, например (ЗП: 5/30/70).

“Я никогда не думал, что то, что я начну изучать, будет иметь такие огромные последствия”, — сказал Манабе на пресс-конференции в Принстоне. “Я делал это просто из-за своего любопытства”.

Хассельманн изучал эволюцию климата Земли, принимая во внимание разнообразие временных рамок, в которых протекают различные процессы. Случайность ежедневной погоды контрастирует с сезонными колебаниями и гораздо более медленными процессами, такими как постепенное нагревание океанов Земли. Работа Хасслемана помогла показать, как краткосрочное дрожание может быть включено в модели для понимания долгосрочных изменений климата.

Фото Джорджо Паризи
Джорджио Паризи из Римского университета Сапиенца известен своими работами, посвященными физике неупорядоченных материалов, таких как спиновые стекла, в которых разные атомы не могут прийти к согласию относительно того, в каком направлении направлять свои спины.ЛОРЕНЦА ПАРИЗИ/ВИКИСКЛАД

Премия является подтверждением понимания учеными климата, говорит Майкл Молони, генеральный директор Американского института физики в Колледж-Парке, штат Мэриленд. “Климатические модели, от которых мы зависим, чтобы понять влияние климатического кризиса, являются наукой мирового уровня, наряду со всеми другими великими открытиями, которые были признаны [Нобелевскими премиями прошлых лет”.

  Технология сверхточных часов выиграла Нобелевскую премию в размере 3 миллионов долларов за прорыв в области физики

Подобно погодным условиям на Земле, внутренний мир атомов внутри материалов может быть сложным и беспорядочным. Работа Паризи была направлена на понимание процессов в неупорядоченных системах, таких как материал, называемый спиновым стеклом (SN: 18.10.02). В спиновых стеклах атомы ведут себя как маленькие магниты из-за квантового свойства, называемого спином. Но атомы не могут договориться о том, в каком направлении направлять свои магниты, что приводит к неупорядоченному расположению.

Это похоже на более знакомые типы стекла — материала, в котором атомы не достигают упорядоченного расположения. Паризи придумал математическое описание таких вращающихся стекол. Его работа также затрагивает множество других сложных тем, от турбулентности до моделей скопления, которые описывают движения животных, таких как скворцы (SN: 7/31/14).

Хотя его работа напрямую не посвящена климату, в интервью во время объявления Нобелевской премии Паризи прокомментировал эту половину премии: “Ясно, что для будущего поколения мы должны действовать сейчас очень быстро”.

Оцените статью
Наука и технологии XXI века
Добавить комментарий

Adblock
detector