Nobelprijs Natuurkunde voor onderzoek naar complexe systemen en klimaatmodellen

Beeld, van links naar rechts: Syukoro Manabe, Klaus Hasselmann en Giorgio Parisi. Credit: Ill. Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach.

Het prijsgeld van 10 miljoen Zweedse kronen (iets minder dan een miljoen euro) gaat voor de helft naar de Italiaan Giorgio Parisi (1948). De jury looft hem voor zijn ‘ontdekking van de wisselwerking tussen wanorde en fluctuaties in fysische systemen, van atomaire tot planetaire schaal’. De 73-jarige Parisi is als theoretische natuurkundige verbonden aan de Sapienza Universiteit van Rome. Hij ontdekte verborgen patronen in ongeordende, complexe materialen.

Complexe systemen lijken ten prooi te vallen aan willekeur en wanorde, waardoor ze moeilijk te begrijpen zijn. Parisi ontwikkelde nieuwe methodes om dit soort systemen toch te beschrijven. Hij ontwaarde verborgen regels achter de schijnbaar toevallige bewegingen en wervelingen in gassen en vloeistoffen. Daarmee kunnen we er hun gedrag op lange termijn mee voorspellen. Zo krijgen we tot op zekere hoogte toch vat van dit soort systemen.

Het toepassingsbereik van Parisi’s werk gaat verder dan fysische systemen: zijn inzichten komen ook van pas in wiskunde, biologie, neurowetenschappen en machine learning. En in de klimaatwetenschap.

Inzicht in schijnbare wanorde als rode draad

Daarmee is de link gelegd naar de twee andere laureaten, die naast een erepenning en eeuwige wetenschappelijke roem elk een kwart van de geldelijke beloning tegemoet mogen zien. Zowel Syukoro Manabe (1931), een meteoroloog en klimatoloog die Japan inruilde voor de Princeton University in de Verenigde Staten, als de Duitser Klaus Hasselmann (1931) hebben sporen verdiend in het ‘fysisch modelleren van het klimaat op aarde, daarbij variabiliteit kwantificerend en klimaatverandering betrouwbaar voorspellend’, om het met de woorden van de jury uit te drukken.

Want ook het klimaat is een complex systeem dat wanordelijk oogt, zij het op een veel grotere schaal dan het soort systemen dat Parisi bestudeert. Manabe en Hasselmann hebben elk op hun manier een stevige wetenschappelijke basis verleend aan onze kennis over het klimaat. Dat heeft ons in staat gesteld om de stap te zetten van een kwalitatieve benadering naar een kwantitatieve modellering van het klimaat. Met net als bij Parisi het vermogen om voorspellingen te maken over de effecten op langere termijn.

Manabe toonde het verband aan tussen een toename in de concentratie CO₂ in de atmosfeer en een toename in de temperatuur op het oppervlak van de aarde. ‘Reeds in de jaren 1960 leidde hij de ontwikkeling van fysische klimaatmodellen en verkende hij als eerste de wisselwerking tussen stralingsbalans en verticale luchtstromingen.’ Manabe is overigens twee weken geleden negentig geworden.

Binnen een drietal weken mag ook Hasselmann negentig kaarsjes uitblazen. Hij bouwde een wetenschappelijke loopbaan uit als fysicus en klimaatonderzoeker aan het Max Planck Instituut voor Meteorologie in Hamburg. In de jaren 1970 stelde hij een model op dat weer en klimaat met elkaar verbindt. Hij bracht ons daarmee het cruciale inzicht bij dat de chaotisch wervelende luchtstromen die het weer bepalen hand in hand gaan met een stabiele en betrouwbare uitspraken over de evolutie van het klimaat.

Betekenis

Samen hebben Manabe en Hasselmann ‘de basis gelegd voor onze kennis van het klimaat en hoe menselijk handelen het beïnvloedt’, aldus de jury.

De bekroning van onderzoek dat orde schept in chaotische en complexe systemen hoeft dan ook niet te verbazen. Als je potentieel ingrijpende maatschappelijke beslissingen moet nemen om klimaatverandering binnen de perken te houden, kan je maar beter heel stevig in je schoenen staan wanneer je de mogelijke impact van diverse scenario’s inschat.

Maar de Zweedse fysicus en voorzitter van het Nobelprijscomité voor Fysica haast zich om te onderstrepen dat dit een wetenschappelijke, en geen politieke onderscheiding is: ‘Het is een prijs voor werk in de fysica. Het gaat erom dat het modelleren van het klimaat stevig gefundeerd is in fysische theorie en welbegrepen fysica.’

Het belette Parisi niet om in een eerste reactie toch een duidelijke boodschap over klimaatopwarming mee te geven: ‘We moeten dringend zeer stevige beslissingen nemen en er een stevige vaart in houden’.