El Nobel de Física para los Sistemas Complejos

Manabe, Hasselmann y Parisi, ganadores del Nobel de Física este año, han contribuido en un área que sirve para entender fenómenos como el cambio climático o el comportamiento de la pandemia, entre otros muchos.
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La Real Academia de Ciencias de Suecia decidió otorgar el Premio Nobel de Física 2021 a Sykuro Manabe, Klaus Hasselmann y Giorgio Parisi por lograr contribuciones revolucionarias en el área de los Sistemas Complejos. Dichos sistemas constan de muchas partes entrelazadas entre sí, que a su vez generan propiedades nuevas o emergentes. Un ejemplo de ello son las parvadas de pájaros que uno puede observar en el cielo. En estas agrupaciones de aves no hay un líder que las guíe. Cada una de ellas sigue su camino, pero, cuando se unen, pareciera que se convirtieran en un gran organismo que baila una armoniosa danza en el cielo, moviéndose con sus propias reglas, que son independientes a las de las aves individuales.

Otros ejemplos de sistemas complejos son los sistemas financieros, el comportamiento de las hormigas, el modo en que se mueven las luciérnagas, el tráfico de una ciudad, el movimiento de las personas que entran y salen del metro, entre muchos otros fenómenos. El estudio de estos sistemas requiere del trabajo en equipo de científicos de muchas áreas como la física, la biología y las matemáticas, entre otras.

Generalmente los sistemas complejos tienen comportamientos caóticos. Esto quiere decir que, si uno cambia ligeramente alguna de las condiciones iniciales del sistema, el resultado puede ser muy difícil de predecir. Tomemos como ejemplo un péndulo. Si uno sujeta un péndulo, elige una posición y lo suelta, este seguirá una cierta trayectoria. Pero, si uno modifica muy poquito la posición inicial del péndulo y lo vuelve a soltar, este seguirá una trayectoria completamente distinta a la primera, que es muy difícil de predecir.

Un sistema caótico crucial para los seres humanos es el clima de la Tierra, por cuyo estudio Syukuro Manabe y Klaus Hasselmann obtuvieron, cada uno, una cuarta parte del Premio Nobel de Física 2021. Manabe (1931), un científico de origen japonés y Meteorólogo Emérito de la Universidad de Princeton en Estados Unidos, inició sus investigaciones en los años sesenta, cuando creó el primer modelo numérico del clima terrestre, que incluía elementos tales como el agua, el viento y el transporte de calor en la atmósfera.

Aunque en aquella época no se sabía que las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera estaban aumentando debido a las emisiones producidas por quemar combustibles fósiles, el científico incluyó a los gases de efecto invernadero en su modelo. Esto le permitió predecir que, si la concentración de dióxido de carbono se duplicaba, la temperatura global de la Tierra subiría dos grados. Su trabajo fue la semilla para los modelos climáticos que conocemos hoy en día.

Diez años después, Hasselmann (1931), meteorólogo y climatólogo alemán, además de fundador del Foro Europeo para el Clima, creó un modelo que ligaba el tiempo y el clima, y que respondía la pregunta de por qué los modelos del clima pueden ser confiables a pesar de que este es cambiante y caótico. También desarrolló métodos para identificar señales específicas en el clima, por ejemplo, las huellas que dejan los fenómenos naturales y la actividad humana.

Sus métodos se usan actualmente para probar que el calentamiento global se debe a las emisiones de dióxido de carbono. Estos estudios nos permiten entender, entre otras cosas, que el cambio climático es real, que nos está llevando a una crisis mundial y que tiene causas que se pueden identificar. 

La otra mitad del Premio Nobel de Física de este año se otorgó a Giorgio Parisi (1948), un físico italiano de la Universidad de la Sapienza en Roma, considerado uno de los investigadores más destacados y queridos de su generación. En 1980, Parisi inició el estudio de las propiedades físicas de los materiales. Sabemos que hay materiales “ordenados” como los cristales, que se pueden estudiar fácilmente a través de las matemáticas, y sistemas “desordenados” o caóticos, que no están en equilibrio y tienen factores en continua variación.

Un ejemplo de un sistema fuera de equilibrio o “desordenado” es nuestro planeta, pues tiene cambios constantes en su temperatura y atmósfera. Parisi encontró que los materiales desordenados tienen patrones ocultos. Esto nos permite entender y describir varios fenómenos o materiales que parecerían aleatorios, no solo en la física, sino en áreas como las matemáticas, la biología y las neurociencias.

Las investigaciones de los nobeles de Física de 2021 demostraron que nuestro conocimiento sobre el clima está basado en un análisis científico riguroso y nos indican que hay que tomar acciones inmediatas para frenar el cambio climático. Por otro lado, el trabajo de los galardonados ha contribuido a entender con mayor profundidad los sistemas complejos, cuyo estudio tiene una gran cantidad de aplicaciones en nuestra vida cotidiana. En la actualidad, el ejemplo más importante de la importancia de los sistemas complejos es que nos ayudan a entender el comportamiento de la pandemia de covid-19, y a tratar de predecir su evolución.

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