Världen är full av komplexa system, stora som små. I stor skala är jordens klimat en komplicerad väv av interaktioner. I en liten skala, så är fysiken som styr atomer och molekyler. Nobelpriset i fysik 2021 hedrar tre forskare som belyser sådana invecklade system.
Två av vinnarna arbetade med datorsimuleringar av jordens klimat. En är klimatforskaren Syukuro Manabe. Han arbetar vid Princeton University i New Jersey. Den andre är Klaus Hasselmann. Han är också klimatforskare och arbetar vid Max Planck Institute for Meteorology. Det är i Hamburg, Tyskland. Den tredje vinnaren, Giorgio Parisi, är fysiker i Italien vid Sapienza-universitetet i Rom. Parisi vann för sin forskning om atomers oordnade beteende i material.
Kungliga Vetenskapsakademien tillkännagav sin utmärkelse den 5 oktober.
Alla tre männen använde en liknande strategi för att tackla komplexiteten. De fångade var och en en specifik del av ett komplext system i en datormodell. En modell är en matematisk representation av något i den verkliga världen. Att studera deras modeller gav varje forskare ny kunskap. Den kunskapen skulle sedan kunna användas för att göra mer komplexa beskrivningar av fenomen i naturen.
Lorenza Parisi/Wikimedia Commons
Den här tekniken hjälpte forskarna att förstå förbryllande system, säger Brad Marston. Han är fysiker vid Brown University i Providence, RI ”Det finns en konst”, säger han, ”att konstruera en modell som är tillräckligt rik för att ge dig intressanta … resultat, men enkel nog att du kan hoppas att du förstår den.”
Att dela ut en del av priset till klimatforskning skickar ett budskap till världens ledare, sa Göran Hansson. Han är generalsekreterare för Kungliga Vetenskapsakademien. Han talade vid tillkännagivandet av priset. Det budskapet, sa Hansson, är att “den globala uppvärmningen vilar på solid vetenskap.”
Fånga klimatet Människor fyller atmosfären med koldioxid (CO2
) och andra växthusgaser. Som ett resultat har jordens medeltemperatur ökat med mer än 1 grad Celsius (1,8 grader Fahrenheit) under de senaste två århundradena. Den uppvärmningen påverkar alla regioner på jorden. Det gör torka, skogsbränder och andra extrema väderhändelser värre. Klimatmodeller hjälper forskare att förstå och förutse denna kris.
Manabes arbete lade grunden för klimatmodellering. “Han konstruerade verkligen modellerna från vilka alla framtida klimatmodeller byggdes”, säger John Wettlaufer. Han är medlem i Nobelkommittén för fysik. Manabes forskning var avgörande för att förbättra klimatförutsägelser, säger Wettlaufer.
Förklarare: CO
2 och andra växthusgaser
Manabe studerade hur stigande CO2 nivåer skulle ändra temperaturen på jorden. I en enkel modell simulerade Manabe en enda kolumn av atmosfären. Luftmassorna i den kolumnen steg när de värmdes och föll sedan när de svalnade. Detta avslöjade att fördubbling av CO2 i atmosfären skulle öka temperaturen med mer än 2 grader C (3,6 grader F). Manabes teknik skulle utökas till att göra större modeller. Dessa modeller kan till exempel simulera hela atmosfären. Eller de kan inkludera effekterna av haven.
“Jag hade aldrig föreställt mig att det här jag skulle börja studera fick så enorma konsekvenser,” sa Manabe. Han talade på en presskonferens i Princeton den 5 oktober. “Jag gjorde det bara för min nyfikenhet.”
Förklarare: Vad är en datormodell?
Hasselmann studerade hur olika klimatprocesser fungerar över olika tidsskalor. Vädret förändras till exempel dagligen. Säsongsvariationerna är långsammare. Och den gradvisa uppvärmningen av jordens hav går långsammare än. Hassleman visade hur kortsiktiga skakningar kunde läggas till för att stärka modeller för långsiktiga klimatförändringar.
Att hedra denna forskning bekräftar forskarnas förståelse för klimatförändringar, säger Michael Moloney. Han leder American Institute of Physics. Det är i College Park, Md. Modellerna som används för att förstå klimatförändringen “är vetenskap i världsklass”, säger han. De är “där uppe med alla andra stora upptäckter” som har vunnit Nobel.
Förstå material
Liksom jordens klimat är atomernas inre värld också komplex. Parisi syftade till att förstå en sådan mikroskopisk störning. Han studerade en typ av material som kallas spinglas. Dess atomer fungerar som små magneter. De gör detta för att de har en kvantegenskap som kallas spin. Men atomerna kan inte komma överens om vilken riktning de ska rikta sina magneter. Detta resulterar i ett rörigt arrangemang.
Parisis arbete fokuserar inte direkt på klimatet. Men i en intervju under Nobelannonseringen kommenterade han den halvan av priset. För att skydda framtida generationer, sa han, “vi måste agera nu, på ett mycket snabbt sätt.”
För sitt arbete kommer Manabe, Hasselmann och Parisi att dela Nobelpriset. Priset är på 10 miljoner svenska kronor. Det uppgår till lite mer än 1,1 miljoner dollar. Manabe och Hasselmann kommer att dela hälften. Den andra hälften kommer att gå till Parisi.
Carolyn Gramling bidrog till att rapportera den här historien.
Leave a Reply