Premio Nobel de Física para Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann y Giorgio Parisi, los teóricos de los sistemas complejos

La Real Academia de Ciencias Sueca acaba de anunciar la concesión del Nobel de Física a tres científicos “por sus contribuciones fundamentales para nuestra comprensión de los sistemas físicos complejos”. Entre esas contribuciones están el desarrollo de modelos matemáticos para comprender el cambio climático y la responsabilidad de los humanos en este proceso global.

Los tres premiados, uno japonés, otro alemán y un tercero italiano comparten el Nobel por sus estudios de grandes fenómenos caóticos y aparentemente aleatorios. Syukuro Manabe y Klaus Hasselmann sentaron las bases para entender la compleja interacción en clima y humanos. Por su parte, Giorgio Parisi ha sido reconocido por sus aportaciones a la teoría de los materiales desordenados y los procesos aleatorios.

El reparto del Nobel de Física de este año 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 climáticos que hoy permiten entender toda la complejidad del clima y proyectar cómo será su futuro. El japonés demostró cómo el aumento de los niveles de dióxido de carbono (CO₂) en la atmósfera estaba provocando la subida de las temperaturas. En los años sesenta del siglo pasado, protagonizó el desarrollo de modelos físicos del clima terrestre. Sus trabajos son la base de cómo se modela la evolución climática en la actualidad. En concreto, fue el primero en estudiar la interacción entre la incidencia de la radiación solar y el transporte en vertical de las masas de aire. Manabe fue reconocido en España en 2017 por sus contribuciones climáticas cuando fue premiado, junto a su colega James Hansen, con el premio Fronteras del Conocimiento en la categoría de cambio climático que concede la Fundación BBVA.

Klaus Hasselmann, profesor en el Instituto Max Planck de Meteorología (Alemania), comparte la mitad de la distinción con Manabe. En el comunicado de la Academia sueca lo reconocen “el modelado físico del clima de la Tierra, cuantificando la variabilidad y prediciendo de manera confiable el calentamiento global”. En los años 70 del siglo pasado, el alemán creó un modelo que vinculaba el tiempo y el clima, respondiendo así a la pregunta de por qué los modelos climáticos pueden ser fiables a pesar de que el tiempo es cambiante y caótico. Sus métodos también se han utilizado para demostrar que el aumento de temperatura en la atmósfera se debe a las emisiones humanas de dióxido de carbono. Hasselmann también fue reconocido en España. En 2010, la Fundación BBVA le concedía el Fronteras del Conocimiento por identificar la huella humana en el cambio climático.

El catedrático de Geología Marina de la Universidad de Barcelona Miquel Canals estuvo el jurado del Fronteras que premió Hasselmann en 2010 y también en el que reconoció a Manabe en 2017 (junto al activista climático James Hansen). “Son dos personas que han representado un paso mayúsculo adelante”, dice. De Hasselmann destaca “su atribución del calentamiento global a factores antropogénicos”. De Manabe, y también de Hansen, señala cómo 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 está dotado el Nobel, es el profesor de la Universidad Sapienza de Roma (Italia) Giorgio Parisi. La academia le reconoce “por el descubrimiento de la interacción entre el desorden y las fluctuaciones en los sistemas físicos desde la escala atómica hasta la planetaria”. Parisi descubrió hace 40 años patrones ocultos en materiales complejos desordenados. Sus trabajos han sido claves para la teoría de sistemas complejos. Permiten comprender y describir muchos materiales y fenómenos diferentes y aparentemente completamente aleatorios, no solo en la física sino también en otras áreas muy diferentes, como las matemáticas, la biología, la neurociencia y el aprendizaje automático.

Parisi no solo es un gran teórico. Participa muy activamente en la colaboración hispano-italiana Janus formada por físicos de las universidades de Roma, Ferrara, Zaragoza, Complutense de Madrid y Extremadura, que ha diseñado y usado superordenadores dedicados para simular sistemas complejos. Con más de 70 años sigue programando en C++. Fue investido en 2019 como doctor honoris causa por la Universidad de Extremadura. Uno de su docentes, el catedrático de física teórica Juan Jesús Ruiz-Lorenzo valora los méritos del científico italiano para llevarse el Nobel: “Procede del campo de la física de altas energías, terreno en el que realizó importantes contribuciones, como la ecuación de Altarelli-Parisi”.

Pero su mayor contribución a la Física ha sido resolver, en los años 80, desde un punto de vista teórico, las ecuaciones que describen los llamados vidrios de espín, metales en los cuales se sustituyen aleatoriamente átomos metálicos por átomos magnéticos. Se trata de materiales con desorden y frustración que adquieren propiedades muy sorprendentes tanto desde el punto de vista de la física como de las matemáticas, por ejemplo, un número extremadamente grande de fases organizadas entre sí de la misma manera que un árbol taxonómico. “Los matemáticos han tardado más de 20 años en confirmar la teoría de Parisi”, recuerda Ruiz-Lorenzo. Esta teoría ha encontrado también importantes aplicaciones en otros campos de la física, aprendizaje de máquinas, neurociencia o biología.

El Nobel de este año se lo han otorgado a tres científicos, pero a Manabe y Hasselmann por uno lado y a Parisi, por el otro por contribuciones diferenciadas y aparentemente no relacionadas entre sí. Sin embargo, el profesor del Instituto de Física de la Universidad de Cantabria José Manuel Gutiérrez sí ve un nexo. “Manabe y Hasselmann fueron los primeros en desarrollar modelos climáticos para explicar el cambio climático sobre una base física”, dice. Son los modelos que están en la base de los sucesivos informes del IPCC sobre el calentamiento global en curso. Por otro lado, muchos de los elementos de la teoría de los sistemas complejos y de Parisi se están aplicando al clima. De hecho, recuerda Gutiérrez, “el clima es en sí mismo un sistema complejo”.

Por definición, los sistemas complejos constan de muchas partes diferentes que interactúan entre sí y se resumen en que su unión supone más que la suma de sus componentes, apareciendo propiedades no observadas si se estudian por separado. Además, su comportamiento puede regirse por el azar. De hecho, sistemas complejos como el del clima son también caóticos: pequeñas 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 computación de altas prestaciones, pero sin las aportaciones teóricas de científicos como los premiados, las máquinas no habrían podido ayudar a los humanos a comprender problemas de tal magnitud.

El pasado año, El británico Roger Penrose, el alemán Reinhard Genzel y la estadounidense Andrea Ghez ganaron el premio Nobel de Física. El primero recibió la mitad del premio “por descubrir que la formación de agujeros negros es una predicción robusta de la teoría 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 está dotado con diez millones de coronas suecas, unos 986.000 euros. Este premio sigue al anuncio efectuado ayer del Nobel de Medicina y que continúa mañana con el de Química. El jueves se anuncia el de la Paz y, finalmente, Economía, que se dará a conocer el lunes de la semana que viene.

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