Premio Nobel de F¨ªsica para Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann y Giorgio Parisi, los te¨®ricos de los sistemas complejos

La Real Academia de Ciencias Sueca acaba de anunciar la concesi¨®n del Nobel de F¨ªsica a tres cient¨ªficos ¡°por sus contribuciones fundamentales para nuestra comprensi¨®n de los sistemas f¨ªsicos complejos¡±. Entre esas contribuciones est¨¢n el desarrollo de modelos matem¨¢ticos para comprender el cambio clim¨¢tico y la responsabilidad de los humanos en este proceso global.

Los tres premiados, uno japon¨¦s, otro alem¨¢n y un tercero italiano comparten el Nobel por sus estudios de grandes fen¨®menos ca¨®ticos y aparentemente aleatorios. Syukuro Manabe y Klaus Hasselmann sentaron las bases para entender la compleja interacci¨®n en clima y humanos. Por su parte, Giorgio Parisi ha sido reconocido por sus aportaciones a la teor¨ªa de los materiales desordenados y los procesos aleatorios.

El reparto del Nobel de F¨ªsica de este a?o no es a partes iguales. La mitad va para Manabe y Hasselmann. La otra para Parisi. El reparto reconoce el trabajo relacionado de los dos primeros y, por separado las investigaciones del italiano.

Manabe es considerado el padre de los modelos clim¨¢ticos que hoy permiten entender toda la complejidad del clima y proyectar c¨®mo ser¨¢ su futuro. El japon¨¦s demostr¨® c¨®mo el aumento de los niveles de di¨®xido de carbono (CO?) en la atm¨®sfera estaba provocando la subida de las temperaturas. En los a?os sesenta del siglo pasado, protagoniz¨® el desarrollo de modelos f¨ªsicos del clima terrestre. Sus trabajos son la base de c¨®mo se modela la evoluci¨®n clim¨¢tica en la actualidad. En concreto, fue el primero en estudiar la interacci¨®n entre la incidencia de la radiaci¨®n solar y el transporte en vertical de las masas de aire. Manabe fue reconocido en Espa?a en 2017 por sus contribuciones clim¨¢ticas cuando fue premiado, junto a su colega James Hansen, con el premio Fronteras del Conocimiento en la categor¨ªa de cambio clim¨¢tico que concede la Fundaci¨®n BBVA.

Klaus Hasselmann, profesor en el Instituto Max Planck de Meteorolog¨ªa (Alemania), comparte la mitad de la distinci¨®n con Manabe. En el comunicado de la Academia sueca lo reconocen ¡°el modelado f¨ªsico del clima de la Tierra, cuantificando la variabilidad y prediciendo de manera confiable el calentamiento global¡±. En los a?os 70 del siglo pasado, el alem¨¢n cre¨® un modelo que vinculaba el tiempo y el clima, respondiendo as¨ª a la pregunta de por qu¨¦ los modelos clim¨¢ticos pueden ser fiables a pesar de que el tiempo es cambiante y ca¨®tico. Sus m¨¦todos tambi¨¦n se han utilizado para demostrar que el aumento de temperatura en la atm¨®sfera se debe a las emisiones humanas de di¨®xido de carbono. Hasselmann tambi¨¦n fue reconocido en Espa?a. En 2010, la Fundaci¨®n BBVA le conced¨ªa el Fronteras del Conocimiento por identificar la huella humana en el cambio clim¨¢tico.

El catedr¨¢tico de Geolog¨ªa Marina de la Universidad de Barcelona Miquel Canals estuvo el jurado del Fronteras que premi¨® Hasselmann en 2010 y tambi¨¦n en el que reconoci¨® a Manabe en 2017 (junto al activista clim¨¢tico James Hansen). ¡°Son dos personas que han representado un paso may¨²sculo adelante¡±, dice. De Hasselmann destaca ¡°su atribuci¨®n del calentamiento global a factores antropog¨¦nicos¡±. De Manabe, y tambi¨¦n de Hansen, se?ala c¨®mo mostraron la respuesta del clima de la Tierra al aumento de los gases generados por los humanos.

El tercer premiado, que se lleva la mitad de los 10 millones de coronas suecas (986.000 euros) con las que est¨¢ dotado el Nobel, es el profesor de la Universidad Sapienza de Roma (Italia) Giorgio Parisi. La academia le reconoce ¡°por el descubrimiento de la interacci¨®n entre el desorden y las fluctuaciones en los sistemas f¨ªsicos desde la escala at¨®mica hasta la planetaria¡±. Parisi descubri¨® hace 40 a?os patrones ocultos en materiales complejos desordenados. Sus trabajos han sido claves para la teor¨ªa de sistemas complejos. Permiten comprender y describir muchos materiales y fen¨®menos diferentes y aparentemente completamente aleatorios, no solo en la f¨ªsica sino tambi¨¦n en otras ¨¢reas muy diferentes, como las matem¨¢ticas, la biolog¨ªa, la neurociencia y el aprendizaje autom¨¢tico.

Parisi no solo es un gran te¨®rico. Participa muy activamente en la colaboraci¨®n hispano-italiana Janus formada por f¨ªsicos de las universidades de Roma, Ferrara, Zaragoza, Complutense de Madrid y Extremadura, que ha dise?ado y usado superordenadores dedicados para simular sistemas complejos. Con m¨¢s de 70 a?os sigue programando en C++. Fue investido en 2019 como doctor honoris causa por la Universidad de Extremadura. Uno de su docentes, el catedr¨¢tico de f¨ªsica te¨®rica Juan Jes¨²s Ruiz-Lorenzo valora los m¨¦ritos del cient¨ªfico italiano para llevarse el Nobel: ¡°Procede del campo de la f¨ªsica de altas energ¨ªas, terreno en el que realiz¨® importantes contribuciones, como la ecuaci¨®n de Altarelli-Parisi¡±.

Pero su mayor contribuci¨®n a la F¨ªsica ha sido resolver, en los a?os 80, desde un punto de vista te¨®rico, las ecuaciones que describen los llamados vidrios de esp¨ªn, metales en los cuales se sustituyen aleatoriamente ¨¢tomos met¨¢licos por ¨¢tomos magn¨¦ticos. Se trata de materiales con desorden y frustraci¨®n que adquieren propiedades muy sorprendentes tanto desde el punto de vista de la f¨ªsica como de las matem¨¢ticas, por ejemplo, un n¨²mero extremadamente grande de fases organizadas entre s¨ª de la misma manera que un ¨¢rbol taxon¨®mico. ¡°Los matem¨¢ticos han tardado m¨¢s de 20 a?os en confirmar la teor¨ªa de Parisi¡±, recuerda Ruiz-Lorenzo. Esta teor¨ªa ha encontrado tambi¨¦n importantes aplicaciones en otros campos de la f¨ªsica, aprendizaje de m¨¢quinas, neurociencia o biolog¨ªa.

El Nobel de este a?o se lo han otorgado a tres cient¨ªficos, pero a Manabe y Hasselmann por uno lado y a Parisi, por el otro por contribuciones diferenciadas y aparentemente no relacionadas entre s¨ª. Sin embargo, el profesor del Instituto de F¨ªsica de la Universidad de Cantabria Jos¨¦ Manuel Guti¨¦rrez s¨ª ve un nexo. ¡°Manabe y Hasselmann fueron los primeros en desarrollar modelos clim¨¢ticos para explicar el cambio clim¨¢tico sobre una base f¨ªsica¡±, dice. Son los modelos que est¨¢n en la base de los sucesivos informes del IPCC sobre el calentamiento global en curso. Por otro lado, muchos de los elementos de la teor¨ªa de los sistemas complejos y de Parisi se est¨¢n aplicando al clima. De hecho, recuerda Guti¨¦rrez, ¡°el clima es en s¨ª mismo un sistema complejo¡±.

Por definici¨®n, los sistemas complejos constan de muchas partes diferentes que interact¨²an entre s¨ª y se resumen en que su uni¨®n supone m¨¢s que la suma de sus componentes, apareciendo propiedades no observadas si se estudian por separado. Adem¨¢s, su comportamiento puede regirse por el azar. De hecho, sistemas complejos como el del clima son tambi¨¦n ca¨®ticos: peque?as desviaciones en los valores iniciales dan lugar a grandes diferencias en un posterior escenario o resultado final. Para su impulso actual ha sido clave el desarrollo de la computaci¨®n de altas prestaciones, pero sin las aportaciones te¨®ricas de cient¨ªficos como los premiados, las m¨¢quinas no habr¨ªan podido ayudar a los humanos a comprender problemas de tal magnitud.

El pasado a?o, El brit¨¢nico Roger Penrose, el alem¨¢n Reinhard Genzel y la estadounidense Andrea Ghez ganaron el premio Nobel de F¨ªsica. El primero recibi¨® la mitad del premio ¡°por descubrir que la formaci¨®n de agujeros negros es una predicci¨®n robusta de la teor¨ªa general de la relatividad¡±. Los otros dos compartieron la otra mitad ¡°por descubrir un objeto compacto supermasivo en el centro de nuestra galaxia¡±.

El premio est¨¢ dotado con diez millones de coronas suecas, unos 986.000 euros. Este premio sigue al anuncio efectuado ayer del Nobel de Medicina y que contin¨²a ma?ana con el de Qu¨ªmica. El jueves se anuncia el de la Paz y, finalmente, Econom¨ªa, que se dar¨¢ a conocer el lunes de la semana que viene.

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