De acuerdo con José Miguel Méndez Alcaraz, investigador del Departamento de Física del Cinvestav, el Premio Nobel de Física 2021 es un llamado de atención a la población mundial sobre que la actividad humana está provocando el calentamiento global; “ya se sabe y si no se hace nada en el futuro cuando se presentan problemas más serios, no se podrá decir que se desconocía”.

Al analizar el trabajo científico de Syukuro Manabe (Universidad de Princeton), Klaus Hasselmann (Instituto Max Planck) y Giorgio Parisi (Sapienza Universidad de Roma), galardonados con el Premio Nobel, resaltó sus contribuciones innovadoras para la comprensión de sistemas complejos, sentar las bases del conocimiento del clima de la Tierra y de cómo la sociedad influye en él.

Manabe y Hasselmann se han destacado por el desarrollo de modelos de predicción del clima en función de las muchas variables aleatorias que le dan forma, y Parisi por el descubrimiento de las regularidades presentes en sistemas desordenados, las cuales permiten entender de manera cuantitativa y con capacidad predictiva el comportamiento de sistemas complejos.

“El común denominador de los tres galardonados son sus contribuciones revolucionarias a la compresión de sistemas complejos, Parisi desde un punto de vista universal y Manabe y Hasselmann por haberlo hecho en uno de los sistemas complejos más paradigmáticos y de mayor importancia para los seres humanos: el clima”, agregó Méndez Alcaraz.

Señaló que en esta ocasión el Premio Nobel de Física no se otorga por un descubrimiento especifico, sino por obras de larga duración que revolucionaron el campo de la física de los sistemas complejos, en los aspectos relacionados con el clima, un sistema paradigmático importante, las cuales permitieron cuantificar la dinámica del calentamiento global.

Un sistema complejo se compone por muchas partes que mantienen relaciones recíprocas y se encuentran interrelacionadas; ya en conjunto manifiestan comportamientos colectivos emergentes, distintos a los mostrados en cada una de ellas por separado.

Los elementos de los sistemas complejos son distintos porque requieren conceptos diferentes para entenderlos, es decir, las leyes que describen el comportamiento de la naturaleza en esas circunstancias son distintas en los componentes de los sistemas y en los sistemas mismos.

En este contexto, un fenómeno emergente se puede entender como el comportamiento colectivo observado en los sistemas complejos y que no es posible deducir a partir de las leyes que describen a sus elementos constituyentes de forma individual; ejemplos de sistemas complejos son el clima, los ecosistemas, los seres vivos, las sociedades, la economía, los materiales blandos, los vidrios y los geles, entre otros.

Con base en sistemas complejos, Syukuro Manabe desarrolló modelos teóricos con una enorme cantidad de variables difíciles de cuantificar e incluir en un esquema matemático cuantitativo, como la radiación solar que llega a la Tierra; el efecto invernadero provocado por el metano, el dióxido de carbono y el vapor de agua; los flujos de agua en el aire; y los flujos en los océanos; entre otras que permitieron hacer predicciones cuantitativas precisas de, por ejemplo, cómo cambiaría la temperatura del planeta si aumentara el contenido de dióxido de carbono en la atmósfera; explicó José Miguel Méndez.

Por su parte, Klaus Hasselmann perfeccionó esos modelos midiendo e identificando las fuentes de emisiones de dióxido de carbono de origen natural y las producidas por la actividad humana para comparar su relación con las temperaturas del planeta en los últimos 100 años; sus cálculos mostraron que, por ejemplo, las erupciones volcánicas no modifican la temperatura, en cambio las de origen en la actividad humana producen el calentamiento global.

Giorgio Parisi, en cambio, estudio sistemas complejos relacionados con los temas de Manabe y Hasselmann para lograr resolver preguntas, de forma matemática, como el concepto de frustración que representaba un hueco en la física estadística; lo entendió al observar un sistema emergente de autoensamblado de moléculas que presentan el fenómeno de frustración.

De acuerdo con José Miguel Méndez Alcaraz, en México varias instituciones estudian los sistemas complejos, que por su naturaleza requieren usar cómputo de alto rendimiento como una herramienta indispensable, y Cinvestav cuenta con las supercomputadoras Ábacus y Xiuhcóatl que permiten hacer los cálculos para esos trabajos.