© AP Photo / Patrick SemanskyМедаль лауреата Нобелевской премии
© AP Photo / Patrick Semansky
Нобелевскую премию по физике в этом году разделили ученые, внесшие большой вклад в моделирование сложных систем, таких как климат Земли и квантовые явления. Половина досталась Клаусу Хассельману (Германия) и Сюкуро Манабе (США), половина — Джорджио Паризи (Италия). РИА Новости вместе с экспертами разбирается, в чем значение их открытий.
Кто меняет климат
В 1972 году выдающийся советский геофизик, академик Михаил Будыко опубликовал книгу «Влияние человека на климат». Он писал о неизбежности глобального потепления из-за парникового эффекта и предсказал, например, что Арктика будет освобождаться ото льда.
Будыко опирался на климатическую модель, разработанную Сюкуро Манабе, американским ученым японского происхождения, который работал в Принстонском университете. Это была первая модель, учитывавшая параметры атмосферы, в частности концентрацию углекислого газа, и океана, выявлявшая связь между ними. Благодаря Манабе удалось доказать, что антропогенные выбросы парниковых газов меняют климат.
«Фактически группа Манабе в 1960-х создала надежный инструментарий, метеорологическую основу, позволившую моделировать, прогнозировать, анализировать изменения климатической системы», — комментирует Александр Родин, исполнительный директор научно-технического центра мониторинга окружающей среды и экологии МФТИ.
Спустя десять лет немецкий физик Клаус Хассельман из Института Макса Планка в Германии связал погоду и климат и продемонстрировал, что климатические модели имеют предсказательную силу, несмотря на изменчивость погоды. Применив теорию броуновского движения, ученый показал, что изменения накапливаются внутри системы под влиянием коротких аномалий.
20 января 2019, 08:00Наука
Быстро, дешево, опасно. Ученые предлагают охлаждать Землю аэрозолями
«Очень важный шаг вперед тогда сделали, нужно было соединить массу сложных и разных процессов, в том числе в океане, причем в масштабе планеты», — говорит Алексей Кокорин, директор программы «Климат и энергетика» Всемирного фонда дикой природы.
В 1960-1970-е информации о климате и погоде было гораздо меньше, чем сейчас, однако ученые понимали: нужно формировать научную базу для описания наблюдаемых явлений.
«Когда у вас много процессов, которые так или иначе влияют на климат, без моделирования не обойтись. Если хотите прогнозировать, создайте модель того, что происходит, и меняйте параметры. Эти модели исследовательские, они позволяют понять, как процессы в океане и атмосфере взаимодействуют друг с другом, там масса обратных связей», — отмечает эксперт.
Теперь есть более совершенные модели климатической системы, они постоянно уточняются. По словам Алексея Кокорина, в докладах Межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC) их несколько десятков, включая модель, созданную под руководством Евгения Володина из Института вычислительной математики имени Г. И. Марчука РАН.
© Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences”Сюкуро Манабе одним из первых исследовал взаимодействие радиационного баланса — так называют разницу между поглощенной радиацией и эффективным излучением поверхности Земли — и вертикальным перемещением воздушных масс, происходящих благодаря конвекции. При этом он учитывал нагрев воды морей и океанов, с которого начинается гидрологический цикл — круговорот воды в природе
© Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences”
Сюкуро Манабе одним из первых исследовал взаимодействие радиационного баланса — так называют разницу между поглощенной радиацией и эффективным излучением поверхности Земли — и вертикальным перемещением воздушных масс, происходящих благодаря конвекции. При этом он учитывал нагрев воды морей и океанов, с которого начинается гидрологический цикл — круговорот воды в природе
Вклад в климатологию советских и российских ученых сложно переоценить, считает Александр Родин.
«Когда мне в свое время довелось работать в лаборатории геофизической гидродинамики, где была создана модель Манабе, меня поразило количество книг на русском языке в библиотеке. Среди тех, кого сегодня награждали, вполне мог стоять Андрей Сергеевич Монин, наш крупнейший советский и российский климатолог, метеоролог, гидродинамик, один из создателей геофизической гидродинамики, которая послужила физической основой климатического моделирования», — указывает ученый.
Лаборатория геофизической гидродинамики в кампусе Принстонского университета подчиняется NOAA — Национальному управлению США по атмосфере и океану. «Это климатический аналог НАСА», — уточняет Родин. И один из самых авторитетных источников прогнозов глобальных изменений климата.
28 февраля, 08:00Наука
«Трансформация Арктики идет полным ходом». Почему на севере резко теплеет
«В научную школу этой лаборатории советские ученые внесли очень серьезный вклад. И американцы об этом помнят. Жаль, что это не так хорошо известно у нас, здесь, считаю, есть над чем работать. Потому что Россия располагает крупнейшими в мире климатическими ресурсами, а наша экономика, наверное, в зоне наибольших рисков из-за политики декарбонизации. Мы, безусловно, просто обязаны обладать компетенциями на мировом уровне — в частности, в исследовании, моделировании и прогнозировании климата», — подчеркивает исследователь.
По его мнению, Нобелевскую премию в этом году присудили за климат неслучайно, этому способствует особая политическая и экономическая ситуация.
«Крупнейшие экономики мира испытывают очень серьезное воздействие климатического фактора. И российская в том числе. Возникла целая отрасль — декарбонизация, что свидетельствует об энергетическом переходе. И совершенно ясно, что в ближайшие десятилетия произойдет очень серьезный сдвиг в промышленности всего мира», — поясняет исследователь.
Понять мозг и построить квантовый компьютер
Весной прошлого года весь мир, затаив дыхание, следил, как Италию накрывает мощная волна COVID-19. Заболеваемость, смертность, коллапс здравоохранительной системы поражали. Правительство критиковали со всех сторон, включая научное сообщество. За жесткие ограничения выступил президент Академии деи Линчеи, один из самых выдающихся физиков мира — Джорджио Паризи, нынешний нобелиат.
Паризи занимается квантовой теорией поля, достижений у него очень много. Прославился он не в последнюю очередь благодаря теории спиновых стекол — особой категории магнитных материалов, перспективных для создания компьютерной памяти. «В 1980-х Паризи открыл закономерности в хаотичных сложных материалах», — говорится в пресс-релизе Нобелевского комитета. В результате ученые смогли описать немало разных явлений, не только в физике, но и в математике, биологии, нейронауке, машинном обучении.
© Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences”Джорджио Паризи дал математическое описание сложным неупорядоченным системам
© Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences”
Джорджио Паризи дал математическое описание сложным неупорядоченным системам
«Паризи изучал сложные хаотические системы, которые присутствуют в нашей жизни, фактически везде. Скажем, как птицы летают стаей или действует наш мозг. Еще более близкий нам пример — автомобильные пробки в большом городе. Это тоже сложная система с большим количеством степеней свободы. Работы Паризи, кстати, пригодились при создании нового квантового компьютера. В ближайшие десять лет такие машины могут заменить те, что у нас сейчас», — рассказывает Даниэль Барретин из Средиземноморского института фундаментальной физики, приглашенный профессор Университета ИТМО, специалист по квантовым точкам и органическим фотоэлементам.
17:27Наука
Академик Абрикосов объяснил значение работ нобелевских лауреатов по физике
«Он был моим научным руководителем, когда я учился в Институте физики в Риме, — продолжает профессор. — Паризи не только гениальный педагог и ученый, он очень хороший человек, постоянно общался со студентами, проводил с нами много времени. Один из лучших профессоров, которые мне в жизни встречались. То исследование, что я выполнил в его команде, сильно помогло мне в профессии и карьере. Если меня спрашивали, каковы мои основные научные достижения, я всегда мог сказать, что работал в команде профессора Паризи. Этого достаточно. В нашем профессиональном сообществе это как медаль, как знак качества», — вспоминает ученый.
Всех троих лауреатов объединяет тема больших сложных систем. Фактически они дали науке инструменты для их описания и понимания.
«Важно не только что-то теоретически исследовать и в чем-то разобраться. Если мы хотим эти знания применять на практике, у нас должны быть приборы, дающие адекватную информацию, и инструменты для моделирования», — заключает Родин.
По сути, присуждение премии — признание того, что мы научились строить модели, которым можно доверять, добавляет эксперт. Вся мировая экономика сейчас вынуждена перестраиваться, основываясь на этих моделях.
13 августа 2019, 14:15Наука
Ученые из России выяснили, как создать «магнитный» компьютер