Vuoden 2021 fysiikan Nobelin palkinto myönnettiin monimutkaisten järjestelmien ja niiden kehityksen ennustamisen tutkijoille. Yksi palkituista tutki monimutkaisten materiaalien yhteispeliä atomitasolta planeettatasolle, kaksi muuta maapallon ilmastoa.
Maapallon ilmaston fysikaalisesta mallintamisesta palkittiin japanilainen Syukuro Manabe Princetonin yliopistosta Yhdysvalloista ja saksalainen Klaus Hasselmann meteorologian Max Planck -instituutista Hampurista.
Ilmastotutkijat Syukuro Manabe ja Klaus Hasselmann palkittiin nobelilla ilmaston mallintamiseen liittyvistä töistään.
Manabe on ilmastotutkimuksen pioneeri. Hän on yksi ensimmäisistä, jotka todistivat, että ilmakehän kohonnut CO2 -määrä nostaa maapallon lämpötilaa. 1960-luvulla hän kehitti ilmastomallin, jossa ensimmäistä kertaa otettiin huomioon, miten ilmamassojen liike muuttuu, kun lämpötila nousee.
Lämmin ilma nousee ja nostaa mukanaan vesihöyryä. Samoin kuin CO2 myös höyry toimii kasvihuonekaasuna, joka voimistaa maapallon lämpenemistä. Manaben tutkimus on nykyään käytettävien ilmastomallien perusta.
Syukuro Manabe loi 1960-luvulla ensimmäiset ilmastomallit, jotka ottivat huomioon Auringon säteilyn ja Maasta lähtevän säteilyn suhteen (1) ja ilmakerrosten kuljettaman vesihöyryn (2).
Manaben tavoin Hasselmann on kehittänyt ilmastomalleja, joiden avulla voidaan ennustaa kasvihuoneilmiön seurauksia. Hasselmann osoitti mallillaan, että nopeasti vaihtuvat säätilat voivat saada aikaan pitkäkestoisia muutoksia valtamerissä ja edelleen ilmastossa. Hänen mallinsa ovat tuottaneet todisteita siitä, että ilmastonmuutos johtuu ihmisen toiminnasta.
Aineen matematiikan tutkija
Nobelin fysiikan palkinnon toinen puolikas meni myös monimutkaisten järjestelmien tutkijalle. Tosin hänen tutkimusalansa on vain aivan toinen. Italialainen Giorgio Parisi Roomassa toimivasta Sapienzan yliopistosta palkittiin mutkikkaiden järjestelmien epäjärjestyksen ja virtauksen tutkimuksesta.
Giorgio Parisi sai Nobelin fysiikan palkinnon teorioistaan materiaalien monimutkaisista järjestelmistä.
Toisin kuin esimerkiksi kiteet, joissa atomit ovat järjestäytyneet säännölliseen kiderakenteeseen, joidenkin materiaalien rakenne on monimutkainen ja atomit ovat niissä kaikkea muuta kuin järjestyksessä. Niillä voi esimerkiksi olla eri spin tai niiden magneettisuus voi olla erilainen.
Rauta- ja kuparilejeeringissä rauta-atomit, jotka ovat kuin sauvamagneetteja, voivat siis osoittaa eri suuntiin.
Rauta- ja kuparilejeeringissä rauta-atomien (punaiset) sijainti ja niiden magneettisuus (mustat nuolet) voivat vaikuttaa kaoottisilta, koska atomit vaikuttavat toisiinsa magneettisesti.
Rauta-atomit vaikuttavat toisiinsa magneettikentillään, ja kolmiulotteisessa rakenteessa yksittäisen atomin magneettisuus vaikuttaa täysin sattumanvaraiselta. Parisin matemaattisen kaavojen avulla materiaalin rakennetta voidaan kuitenkin kuvata.
Parisin kehittämää matematiikkaa voidaan soveltaa myös aivan toisilla aloilla, kuten aivotutkimuksessa ja oppivassa tekoälyssä.
Nobel-komitea korosti, että vuoden 2021 kolmea palkittua tutkijaa yhdistää se, että he ovat kuvanneet fysiikan ilmiöitä yksityiskohtaisesti ja luoneet malleja, joilla voidaan ennustaa ilmiöiden vaikutusta laajassa mittakaavassa.
