Annons

Syukuro Manabe var först med att utforska samspelet mellan strålningsbalansen och den vertikala transporten av luftmassor genom konvektion. I sin klilmatmodell tog han även hänsyn till den värme som vattnets kretslopp bidrar med.

Bild: 
Johan Jarnestad/Kungliga vetenskapsakademien

Klimat och komplexitet belönas med fysikpris

FN:s stora klimatkonferens i Glasgow inleds om mindre än en månad, och ett Nobelpris till fysiken som förklarar klimatet ligger rätt i tiden. Samtidigt påminner priset om att verkligheten är komplex på många olika nivåer.

Annons

Publicerad:

2021-10-05

– Många kanske tror att fysik bara handlar om enkla och ordnade fenomen, som jorden i sin perfekt elliptiska bana kring solen, sade Nobelkommitténs Thors Hans Hansson när priset offentliggjordes.

I verkligheten ryggar inte fysiken för att ta sig an det som är komplext och oordnat, och det visar sig också i årets tudelade Nobelpris i fysik. Den ena delen går till Syukuro Manabe, USA, och Klaus Hasselmann, Tyskland, som har gjort viktiga bidrag till förståelsen av jordens klimat. Den andra delen går till Giorgio Parisi, Italien, för hans teoretiska insikter om oordnade system på olika storleksskalor. Det som förenar de båda delarna är att de har att göra med komplexitet.

Byggde på Svante Arrhenius forskning

De tre pristagarna har arbetat med lika komplicerade frågor, men de har haft mycket olika infallsvinklar. Syukuro Manabe byggde vidare på rön från tidigare klimatforskare, bland dem Svante Arrhenius här i Sverige, och skapade under 1960-talet en enkel klimatmodell som bland annat kunde hantera luftens rörelser, och där han kunde variera halten av olika gaser. På så sätt kunde han hantera de viktiga huvuddragen i klimatsystemet. Med tiden utvecklade han detta till en modell i tre dimensioner.

Medan klimatet är de långsamma och övergripande förändringarna har vi också ständiga och snabba skiftningar i form av väder. Klaus Hasselmann arbetade med hur vädrets kaotiska skiftningar ska kunna knytas till de långsamma förändringarna. Han skapade en modell med en inbyggd slump, för att få med vädret som ett bakgrundsbrus till klimatet – en intern variabilitet. På så vis kunde han bygga ett ramverk för att jämföra med observationer och urskilja människans påverkan från de naturliga skiftningarna.

Varje gång många identiska runda brickor trycks samman bildas ett nytt oregelbundet mönster trots att hoptryckningen sker på precissamma sätt. Vad är det som styr resultatet? Giorgio Parisi upptäckte att det finns en dold struktur hos sådana komplexa oordnade system, som brickorna här representerar, och fann ett sätt att beskriva dem matematiskt.

Bild: 
Johan Jarnestad/Kungliga vetenskapsakademien
Giorgio Parisi har även han gjort arbeten som berör de slumpmässiga förändringarnas roll i jordens klimat, men hans bidrag till den teoretiska fysiken rör sig i många olika fenomen och på olika storleksskalor. Det handlar om att hitta regler och mönster i skenbart slumpartade skeenden.

– Det som slog mig i Parisis arbete är det teoretiska djupet, samma djup som i allmän relativitetsteori och kvantfältteori, men om något som är skenbart mycket mer vardagsnära – till exempel vanligt glas, säger Ulf Danielsson, professor i teoretisk fysik vid Uppsala universitet och ledamot av Nobelkommittén för fysik.

Jämför med spelet Råttfällan

Glas är ett fast ämne, men utan den regelbundna kristallstruktur som finns i till exempel is. Ulf Danielsson jämför det med spelet Råttfällan, där rundlar av olika storlek kläms in i en ram där en fjäder trycker på en av sidorna. De olika ingående delarna kan hamna på många olika sätt.

– När man tittar på det är det bara en enda röra. Hur kan man beskriva det här och kvantifiera det på ett sätt som går att beräkna? Det är nästan som en ny värld, att upptäcka att i den här röran finns det mönster och strukturer som går att hantera, säger Ulf Danielsson.

 

Giorgio Parisi arbetade först med en typ av material som kallas spinnglas. Spinnglas är inte glas utan metallegeringar som har speciella magnetiska egenskaper. Att de kallas för glas beror på att de på samma sätt som vanligt glas har strukturer utan en tydlig övergång mellan ordnat och oordnat. De innehåller insprängda atomer med den kvantmekaniska egenskapen spinn, som beter sig som små magneter. I spinnglas kommer spinnets rikning mellan vissa atomer att tendera att linjera sig åt samma håll, och mellan andra åt motsatt håll, men utan att alla atomer kan hitta ett stabilt gemensamt tillstånd. Georgio Parisi hittade ett sätt att matematiskt beskriva det här oordnade systemet.

Medan det är lätt att förklara nyttan med att förstå klimatet är det kanske svårare att se nyttan med att ha matematiska modeller för oordnade material. Men den metod som Giorgio Parisi utvecklade har fått tillämpningar inom många olika forskningsfält. Från början var det inte heller uppenbart att klimatmodellerna skulle bli av allmänt intresse, påpekar Ulf Danielsson:

– När Manabe gjorde sin första klimatmodell på 1960-talet var det obskyr grundforskning.

Årets Nobelpris i fysik belönar klimatforskning

Årets Nobelpris i fysik går till ”banbrytande bidrag till vår förståelse av komplexa fysikaliska system”. Här kan du

2021-10-05

Koden bakom klimatet

För drygt 100 år sedan skapade den svenske forskaren Svante Arrhenius världens första klimatmodell.

2018-11-29

Medicinpris till forskning om beröring och temperatur

Upptäckterna har förklarat vår livsviktiga förmåga att registrera temperatur, beröring och våra kroppsdelars position i rummet (proprioception). De har betydelse för en rad fysiologiska processer och sjukdomstillstånd.

Under alla månader med coronarestriktioner har många av oss upplevt en skriande brist på sinnliga upplevelser i form

2021-10-04

Kemipris till nytt verktyg för molekylbygge

Konsten att bygga molekyler är livsviktig för att tillverka de flesta ting runt omkring oss.

2021-10-06

De får årets Nobelpris i fysiologi eller medicin

David Julius och Arden Patapoutiun tilldelas årets Nobelpris i fysiologi eller medicin för sina upptäckter av recept

2021-10-04

Ekonomipriset: ”Naturliga experiment har helt stöpt om forskningen”

Tack vare David Card, Joshua D. Angrist och Guido W.

2021-10-11

Forskning & Framsteg berättar om fackgranskade forskningsresultat och om pågående forskning. Våra texter ska vara balanserade och trovärdiga, och sätta forskningsresultaten i sitt sammanhang för att göra dem begripliga. Forskning & Framsteg har rapporterat om vetenskap sedan 1966.