Cómo los ganadores del Nobel de Física 2021 lograron “predecir” el futuro

Este martes 5 de octubre, la Real Academia de las Ciencias de Suecia anunció tres ganadores del Premio Nobel de Física 2021. Syukuro Manabe, climatólogo japonés de la Universidad de Princeton (Estados Unidos), y Klaus Hasselmann, oceanógrafo alemán del Instituto Max Planck de Meteorología (Alemania), obtuvieron el galardón “por el modelado físico del clima de la Tierra, cuantificando la variabilidad y prediciendo de manera confiable el calentamiento global”. Giorgio Parisi, físico italiano, recibió la otra mitad del premio “por el descubrimiento de la interacción del desorden y las fluctuaciones en los sistemas físicos desde la escala atómica hasta la planetaria”.

¿Cuál es la trascendencia de estas distinciones? En primer lugar, Thors Hans Hansson, profesor de física teórica en la Universidad de Estocolmo y presidente del Comité Nobel de Física, destacó que los conocimientos adquiridos del clima ahora tienen fuertes bases científicas y que el trío de premiados contribuyó a describir y predecir el comportamiento de los sistemas complejos a largo plazo, “donde pequeñas desviaciones en los valores iniciales resultan en grandes diferencias en una etapa posterior”, por ejemplo, las temperaturas de la Tierra.

A continuación, conoceremos los pormenores de cómo los ganadores del Premio Nobel de Física 2021 consiguieron, científicamente, “predecir” el futuro:

Giorgio Parisi y los fenómenos inexplicables

Giorgio Parisi demostró su maestría —como se escribió en la web oficial Nobel Prize— enfocándose en responder muchas preguntas complejas: ¿Por qué tenemos edades de hielo que se repiten periódicamente? o ¿cómo surgen patrones en un murmullo de miles de estorninos (ave europea)? Así nace la ciencia de las “reglas ocultas”.

“Los estudios modernos de sistemas complejos tienen sus raíces en la mecánica estadística desarrollada en la segunda mitad del siglo XIX por James C. Maxwell, Ludwig Boltzmann y J. Willard Gibbs, quienes nombraron este campo en 1884″, reza el texto referido al Premio Nobel 2021.

Para comprender cómo funcionan, se asumen las partículas de gas como pequeñas bolas cuya velocidad de movimiento aumenta con las temperaturas altas. Si la temperatura baja o la presión aumenta, se condensan en líquido y luego aparecen sólidas. Si estas bolas se organizan de manera regular, se les suele llamar “cristal”. En caso el cambio ocurra de manera trepidante, ellas pueden formar un patrón irregular. Y si el experimento se repite, los resultados serán diferentes. Así de impredecible.

Sin embargo, esa es una simple imagen. Parisi apuntó a desentrañar los enigmas del vidrio giratorio, un tipo diferente de sistema: su aleación de metal tiene átomos de hierro que “cambian las propiedades magnéticas del material de una manera radical y desconcertante”. El físico italiano, maravillado por este sistema complejo, lo calificó como las tragedias humanas de Shakespeare.

En 1979, Parisi descubrió una estructura oculta en las réplicas del vidrio giratorio, técnica matemática en la que se procesan copias del sistema mencionado al mismo tiempo, y encontró una manera de describirlas con fórmulas que más tarde se convirtieron en la piedra angular para explicar los sistemas complejos.

Manabe y Hasselmann: la proeza de predecir el cambio climático

Syukuro Manabe, por su parte, tuvo una historia previa poco auspiciosa: en la década de los 50 abandonó Japón, país devastado en ese entonces por la Segunda Guerra Mundial. Él encabezó el desarrollo de modelos físicos para incorporar el transporte vertical de masas de aire y el calor del vapor de agua a los análisis de los cambios de la temperatura global. Para que su investigación fuera viable, el climatólogo redujo su campo de estudio a una columna vertical de 40 km entre la superficie y la atmósfera terrestre; asimismo, debió probar variando los niveles de gases de aquella capa.

“El oxígeno y el nitrógeno tuvieron efectos insignificantes en la temperatura de la superficie, mientras que el dióxido de carbono tuvo un impacto claro: cuando el nivel de dióxido de carbono se duplicó, la temperatura global aumentó en más de 2 °C”, se explica en el comunicado del Premio Nobel de Física.

En cuanto a Klaus Hasselmann, tuvo la voluntad de desarrollar otro paradigma que sostenga las variaciones climáticas: los pronósticos de la temperatura global a largo plazo bajo técnicas confiables. ¡Hasta se atrevió a incluir al azar en su concepto de meteorología! Después se preocupó en identificar el impacto humano en el sistema climático usando “un gran número de observaciones independientes”.

Esos modelos matemáticos infieren un efecto invernadero acelerado. “Desde mediados del siglo XIX, los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera han aumentado en un 40%” y durante los últimos 150 años el planeta se ha calentado 1 °C más de lo normal, detalla la web del galardón internacional

Gracias a Syukuro Manabe y Klaus Hasselmann, dos de los ganadores del Premio Nobel de Física, ahora podemos decir que la Tierra se está calentando, y su causa es el incremento de los gases de efecto invernadero; además, las emisiones de la humanidad son la razón principal de este fenómeno.