Предскажи то - не знаю что. Нобелевскую премию по физике присудили за моделирование климата Земли

Нобелевский комитет в Стокгольме назвал имена лауреатов премии по физике 2021 года. Ими стали три ученых - Сюкуро Манабэ, Клаус Хассельман и Джорджо Паризи - награда присуждена за прорывные открытия в понимании сложных физических систем и моделирование климата Земли.

В общей сложности они получат 10 млн шведских крон (около миллиона евро). Средства выделяются из фонда Альфреда Нобеля, который шведский промышленник и изобретатель динамита учредил за год до своей смерти, в 1896 году.

С 1901 года, когда была вручена первая Нобелевская премия по физике, ее лауреатами стали 218 человек, причем американский физик Джон Бардин удостаивался премии дважды - в 1956 и 1972 году.

Сюкуро Манабэ, японско-американский климатолог, стоявший у истоков компьютерного моделирования климатических изменений, и немецкий физик, специалист в области океанологии, метеорологии, климатологии и статистики Клаус Хассельман разделили половину Нобелевской премии 2021 года в области физики "за физическое моделирование климата Земли, количественную оценку изменчивости и надежное прогнозирование глобального потепления".

В свою очередь, итальянский физик-теоретик Джорджо Паризи удостоился второй половины награды за "открытие взаимосвязи беспорядка и флуктуаций в физических системах в масштабах от атомного до планетарного".

Специалисты признают, что предсказывать поведение сложных физических систем, таких как климат нашей планеты, в долгосрочной перспективе крайне непросто.

Тем не менее, компьютерные модели, способные предугадать последствия от сжигания ископаемых видов топлива, могут сыграть решающую роль в понимании климатических изменений.

Анализ: предскажи то-не-знаю-что

Николай Воронин, корреспондент Би-би-си по научным вопросам

Новоиспеченные нобелевские лауреаты никогда не работали вместе. Более того, их исследования относятся к настолько далеким друг от друга областям физической науки, что журналисты, присутствовавшие на объявлении победителей, дважды задавали один и тот же вопрос: что же объединяет их работы?

Ответ на него, как всегда, кроется в самой общей, официальной формулировке Нобелевского комитета. Премия этого года присуждена "за значительный вклад в наше понимание сложных физических систем".

Сложными ученые называют такие системы, которые состоят из множества частей, взаимодействующих друг с другом как самостоятельные элементы, независимо от остальных составляющих. В результате такого одновременного, но разнонаправленного взаимодействия сложная система приобретает свою главную отличительную черту. У нее появляются принципиально новые свойства, которые отсутствуют на уровне отдельных элементов и не сводятся к характеристикам составляющих систему элементов.

В повседневном языке примерно так же ведут себя устойчивые словосочетания-фразеологизмы. Например, когда про кого-то говорят "белая ворона", мы сразу понимаем, о чем речь - а вот объяснить это выражение иностранцу может быть очень непросто: и к вороне, и к белому цвету эта характеристика относится очень опосредованно.

Именно поэтому ученые бьются со сложными системами уже пару веков. Описать их языком математики невероятно трудно. Чтобы это сделать, нужно учесть все возможные варианты взаимодействия элементов друг с другом - а те иногда могут быть совершенно непредсказуемыми. Поскольку огромную роль в любой сложной системе играет Его Величество Случай.

Отсюда следует и еще одна ее важнейшая характеристика: при взаимодействии со сложной системой одни и те же действия могут давать абсолютно разный результат - в зависимости от того, в каком состоянии система находилась изначально, на момент контакта. А значит, чтобы предсказать, как она поведет себя в будущем, нужно учесть огромное количество вводных, которых мы еще не знаем - а иногда и не можем знать заранее.

Однако примерно 40 лет назад Джорджо Паризи доказал, что подобные - на первый взгляд совершенно случайные - факторы связаны между собой и также подчиняются определенным правилам. Фактически его работы позволяют свести все неизвестные переменные в общий Фактор Неопределенности, что существенно повышает точность расчетов - а значит, и предсказаний.

В том числе ученые получили возможность строить значительно более точные модели происходящих на нашей планете климатических изменений, начавшихся после того, как в результате человеческой деятельности глобальный механизм теплообмена на нашей планете вышел из равновесия - и теперь угрожает превратить большую часть суши в выжженную пустыню.

Сюкуро Манабе, который еще в 1960-е годы занимался физическим моделированием климата, смог наглядно продемонстрировать, как увеличение содержания в атмосфере двуокиси углерода может привести к росту температур у земной поверхности.

В 1970-е годы Клаус Хассельман создал первую компьютерную модель, связавшую погоду с климатом. Его исследования позволили ответить на вопрос, почему мы вполне можем полагаться на долгосрочные климатические модели, при том что погода часто бывает изменчива.

Что касается открытий, сделанных профессором Паризи, то, по словам представителей Нобелевского комитета, они позволили "понять и описать множество разных и не связанных между собой субстанций и явлений", в том числе сложных систем микроскопического уровня. Эти открытия применимы как в физике, так и во многих других областях, от математики и биологии до нейрологии и машинного обучения (области искусственного интеллекта).

Церемония объявления нобелевских лауреатов в области физики, химии, медицины, экономики и защиты мира походит в Стокгольме с 4 по 11 октября без традиционных банкетов, а лауреаты получат медали и дипломы у себя дома.

Само торжество еще с прошлого года проводится преимущественно по видеосвязи из-за пандемии коронавируса, которая продолжается в Европе и во многих других частях мира.

Впрочем, норвежский Нобелевский комитет не исключает возможности того, что премия мира все же будет вручена победителям лично в Осло.