Miej własną politykę.

Pierwszy miesiąc prenumeraty tylko 9,90 zł!

Subskrybuj
Nauka

Złożony jest ten świat, czyli Nobel dla trzech takich, co zrozumieli klimat (i nie tylko)

Syukuro Manabego i Klausa Hasselmanna nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki wyróżniono za pionierskie badania nad modelami klimatu, Giorgia Parisiego – za ogólny wkład w rozumienie teorii złożoności. Syukuro Manabego i Klausa Hasselmanna nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki wyróżniono za pionierskie badania nad modelami klimatu, Giorgia Parisiego – za ogólny wkład w rozumienie teorii złożoności. Mikhail Vasilyev / Unsplash
Tegoroczną Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki otrzymali Giorgio Parisi oraz Syukuro Manabe z Klausem Hasselmannem. Co wnieśli do naszego rozumienia świata i czy ta wiedza pozwoli mu przetrwać?

Już Marks miał powiedzieć, że różnice ilościowe w pewnym momencie stają się różnicami jakościowymi. Nauka oswajała się z tą tezą przez całe wieki – i przez większość tego czasu czyniła to z niechęcią. Szukała głównie praw absolutnych, obowiązujących na wszystkich poziomach organizacji tego, co nazywamy rzeczywistością. Ale w drugiej połowie ubiegłego wieku przemożne już było odczucie, że każdy z owych poziomów wymaga nieco innego opisu.

Dotyczy to zwłaszcza układów złożonych – składających się z wielu różnych, wchodzących ze sobą w interakcje elementów. Inne prawa opisują mrowisko, inne mrówkę, a jeszcze inne atomy składające się na ową mrówkę. Cechy kwarka powabnego nie tłumaczą zachowania mrówczej społeczności. Inaczej opisuje się klimat, inaczej chmurę, inaczej cząsteczki wody. I tak dalej.

Kanonicznym manifestem przekonania, że do myślenia o złożoności potrzebne są nowe struktury konceptualne, był esej P. W. Andersona, który ten wybitny fizyk amerykański opublikował w magazynie „Science” w sierpniu 1972 r. Nosił tytuł „More Is Different” – czyli, pi razy drzwi, „Więcej znaczy inaczej”. Można rzec, że to właśnie za ogromny krok w zrozumieniu owego hasła i owych układów Giorgio Parisi oraz Syukuro Manabe z Klausem Hasselmannem otrzymali tegoroczną nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.

Manabego i Hasselmanna wyróżniono za pionierskie badania nad modelami klimatu, Parisiego – za ogólny wkład w rozumienie teorii złożoności, co też znalazło odbicie w podziale nagrody. Dwaj pierwsi uczeni dostali tyle nagrody co trzeci, czyli pół na pół.

Manabe robi prosty model

Syukuro Manabe pokazał, jak i dlaczego wzrost stężenia dwutlenku węgla w atmosferze podnosi temperaturę powierzchni planety. Fakt, iż uznajemy to za oczywistość, zawdzięczamy stosunkowo prostym jeszcze modelom opracowanym przez tego uczonego z Uniwersyteu w Princeton w latach 60. Manabe, który do Stanów Zjednoczonych wyemigrował z wyniszczonej wojną Japonii, szukał odpowiedzi na pytania, którym czoła stawiał 200 lat temu słynny francuski fizyk Joseph Fourier, a sto lat temu Szwed Svante Arrhenius. Obu uczonych interesowały procesy wymiany energii przez planetę – to, ile otrzymuje ona ze Słońca, ile wypromieniowuje z powrotem oraz ile ulega uwięzieniu w atmosferze.

Czytaj także: Emisje gazów cieplarnianych rosną, wraz z nimi zagrożenie i wściekłość

Manabe siedział na ramionach Fouriera i Arrheniusa. Ale jego model po raz pierwszy uwzględnił pionowe ruchy mas powietrza spowodowane konwekcją oraz wkład energii cieplnej pochodzący od pary wodnej w atmosferze. Komputery symulujące procesy pogodowe i klimatyczne są dziś tysiące razy szybsze niż w czasach Manabego, pozwalają na budowanie nieporównanie bardziej wyrafinowanych modeli. Ale zasadniczo Manabe trafił w dziesiątkę.

Hasselmann nie boi się przypadku

Kolejny wielki krok dekadę później wykonał Klaus Hasselmann z Instytutu Maxa Plancka w Hamburgu. W swoich modelach powiązał ze sobą pogodę i klimat. Dał pierwsze solidne, naukowe przybliżenie wyjaśnienia zagadkowej przewidywalności klimatu mimo nieprzewidywalności pogody. Opracowane przez Hasselmanna modele posłużyły też potem do udowodnienia gatunkowi ludzkiemu winy za rosnącą temperaturę atmosfery.

Pierre-Simon de Laplace, wielki autorytet nauki francuskiej, powiedział kiedyś, że gdyby tylko znać położenie i prędkość wszystkich cząstek/cząsteczek we wszechświecie, można by było przewidzieć przyszłość tego ostatniego ze stuprocentową trafnością. Miał rację, ale tylko w teorii. Bo w praktyce jest to niemożliwe. Mamy bowiem do czynienia ze zjawiskiem chaotycznym – czego najbardziej namacalnym i dramatycznym przykładem jest pogoda.

Zawsze będzie jakiś margines błędu, z którym dokonamy pomiarów temperatury powietrza, wilgotności czy intensywności wiatru. Do tego dochodzi tzw. nieliniowość równań opisujących procesy pogodowe, czyli niebywała wrażliwość na warunki początkowe. Przysłowiowe już uderzenie skrzydeł motylka w Brazylii powoduje tornado na drugim końcu Ziemi. Hasselmann, inspirowany pracami Einsteina na temat ruchu Browna, zdołał tę immanentną przypadkowość zjawisk pogodowych z powodzeniem wpisać w swój model.

Czytaj także: Teoria Wielkiej Unifikacji

Parisi patrzy przez szkiełko (spinowe)

Znów minęło dziesięć lat i kolejny zdecydowany postęp w rozumieniu złożoności dokonał się za sprawą Giorgio Parisiego z Uniwersytetu Rzymskiego La Sapienza. Włoch odkrył ukryte prawidłowości w układach, które wcześniej zdawały się zachowywać w sposób całkowicie chaotyczny i przypadkowy. Jego odkrycia były na tyle ogólne, że odnosiły się zarówno do systemów matematycznych, biologicznych, jak i klimatycznych.

Parisi przyglądał się tzw. szkłom spinowym, materiałom o bardzo specyficznych właściwościach magnetycznych. Ich zachowanie może stanowić metaforę – czyli w języku fizyki: model – układów złożonych. Tyle że w latach 70. nikt nie potrafił tego zachowania opisać w sposób matematyczny, wyłożyć, jak proste zachowania pojedynczych elementów układu przekładają się na złożone zachowania całego systemu. Parisi umiał to zrobić, a jego pomysł stał się fundamentem wielu współczesnych modeli przeróżnych zjawisk, także tych związanych z klimatem.

Czytaj także: Algorytm przyszłości

Więcej znaczy bardzo inaczej

Decyzja Komitetu Noblowskiego rezonuje oczywiście, i słusznie, z duchem epoki, w której przyszło rozdawać nagrody. Stawia też w centrum uwagi tematykę, która bywała pomijana w poważnych dyskusjach naukowych.

Po części działo się tak z przyczyn historycznych – pewnej niechęci do problemów, które trudno opisać w sposób absolutny. Przede wszystkim jednak działo się tak dlatego, że złożoność we wszystkich jej przejawach jest piekielnie wręcz trudna do modelowania i postęp w tej dziedzinie jest mozolny.

Tymczasem o przyszłości planety, systemu złożonego ze splecionych ze sobą ekosystemów, socjosystemów i technosystemów, decydować będzie właśnie ten egzotyczny jeszcze niedawno rodzaj wiedzy. Więcej znaczy inaczej, przypomnijmy. A tego więcej jest coraz więcej.

Czytaj także: Geoffrey West – badacz złożoności świata

Więcej na ten temat
Reklama

Czytaj także

Społeczeństwo

Rząd tnie cesarki, choć Polki boją się rodzić naturalnie. Co się dzieje na porodówkach?

Polka idzie dziś po zaświadczenie od psychiatry nie tylko wtedy, kiedy potrzebuje aborcji, ale i po to, żeby zagwarantować sobie cesarskie cięcie. Rodzi w ten sposób już co druga. Eksperci WHO i ONZ przypatrują się tej sytuacji ze zdziwieniem, pytając, co właściwie dzieje się na polskich porodówkach?

Agata Szczerbiak
02.12.2022
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną