5 de Octubre de 2021
Premios Nobel

Nobel de física para el estudio de los sistemas complejos

Syukuro Manabe y Klaus Hasselmann han recibido la mitad del premio por sus trabajos sobre modelización climática; Giorgio Parisi, por sus contribuciones a la comprensión de los sistemas físicos desordenados.

Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann y Giorgio Parisi. [Niklas Elmehed/Nobel Prize Outreach]

El premio Nobel de física de este año ha sido concedido a Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann y Giorgio Parisi «por sus contribuciones pioneras a nuestro entendimiento de los sistemas físicos complejos». Bajo esta descripción de corte más bien genérico, la Academia Sueca ha dividido el galardón en dos partes.

La primera mitad ha sido para Manabe, de la Universidad de Princeton, y Hasselmann, del Instituto Max Planck de Meteorología de Hamburgo, por sus estudios para modelizar el clima terrestre y predecir el calentamiento global. La segunda ha sido para Parisi, físico de la Universidad de La Sapienza, por su trabajo sobre fluctuaciones en sistemas desordenados; en particular, por su estudio matemático de cierto tipo de materiales conocidos como «vidrios de espín».

Un sistema complejo es uno compuesto por multitud de constituyentes básicos que interaccionan entre sí por medio de reglas simples pero que, a gran escala, exhiben comportamientos que no pueden predecirse a partir de esas mismas reglas. Básicamente toda la biología o la neurología (por citar solo dos ejemplos entre muchos) pueden entenderse a partir de este principio. Así, por más que el cerebro pueda describirse como una colección de neuronas que interaccionan entre sí mediante unas pocas reglas conocidas, tales interacciones generarán muy pronto nuevos fenómenos que requerirán su propio tratamiento y que no podrán derivarse a partir del funcionamiento de una sola neurona.

Un ejemplo por antonomasia de sistema complejo es precisamente el clima terrestre. En los años sesenta y setenta, Manabe desarrolló el germen de lo que más tarde acabaría convirtiéndose en la base de los modelos climáticos actuales, basados en gran parte en la circulación atmosférica y su transporte de calor. En particular, sus trabajos permitieron constatar que un aumento en la concentración atmosférica de dióxido de carbono derivaría en un aumento de la temperatura promedio de la superficie terrestre, un fenómeno que hoy se ha convertido en uno de los mayores retos a los que se enfrenta la humanidad.

Unos años más tarde, Hasselmann desarrolló un modelo que relacionaba el tiempo meteorológico (caótico y, como tal, impredecible a largo plazo) y el clima. En particular, Hasselmann demostró que la dinámica caótica del tiempo meteorológico subyacía a la variabilidad del clima a largo plazo. Entre otras aplicaciones, sus métodos se emplearían más tarde para demostrar que el aumento global de la temperatura terrestre se debe a las emisiones antropogénicas de dióxido de carbono.

Por su parte, el trabajo de Parisi que hoy ha reconocido la Academia Sueca se centró en el estudio de ciertos materiales conocidos como «vidrios de espín» y sus transiciones de fase. Tales materiales habían traído de cabeza a los físicos por presentar propiedades aparentemente aleatorias: cuando se «congelaban» de manera súbita, podían exhibir configuraciones que no parecían guardar ninguna relación entre sí. En un trabajo publicado en 1979 y que con el tiempo acabaría convirtiéndose en un clásico de la disciplina, Parisi halló una solución matemática que permitió entender los principios básicos que subyacían a esa aparente aleatoriedad.

Con los años, las ideas desarrolladas por Parisi han encontrado aplicaciones en otros sistemas complejos muy distintos de las aleaciones metálicas estudiadas originalmente por el físico italiano, al tiempo que han servido de inspiración para lograr avances en áreas muy diversas, desde las ciencias de la computación hasta la biología y la neurociencia. Por ejemplo, las ideas que subyacen a la descripción de los cristales de espín se han empleado para intentar entender la transición evolutiva que hubo de tener lugar entre los primeros ácidos nucleicos y la formación de las primeras moléculas biológicas complejas y portadoras de información.

A lo largo de las últimas décadas, el estudio de los sistemas complejos y de esta clase de «fenómenos emergentes» ha revolucionado por completo numerosas áreas de la ciencia. Para ello, sin embargo, ha sido necesario introducir nuevas herramientas conceptuales y métodos de cálculo que se apartasen del espíritu «esencialmente reduccionista» que, para muchos científicos, había permeado tradicionalmente la física. Tales herramientas y métodos son precisamente los que ha reconocido el Nobel de este año.

Ernesto Lozano Tellechea

Más información en la página web de la Fundación Nobel: nota de prensa, material para el público general y material avanzado.

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