Bekerja pada sistem yang kompleks, termasuk iklim Bumi, memenangkan Hadiah Nobel Fisika

paus Pengeluaran SGP 2020 – 2021.

Iklim bumi adalah sistem yang sangat kompleks dalam skala besar. Pada tingkat mikroskopis, begitu juga fisika rumit atom dan molekul yang ditemukan di dalam material. Hadiah Nobel Fisika 2021 menyatukan karya tiga ilmuwan yang menerangi sistem fisik yang begitu rumit dengan memanfaatkan alat-alat dasar fisika.

Setengah dari hadiah diberikan kepada ilmuwan iklim Syukuro Manabe dari Universitas Princeton dan Klaus Hasselmann dari Institut Max Planck untuk Meteorologi di Hamburg, Jerman, atas pekerjaan mereka dalam simulasi iklim bumi dan prediksi pemanasan global, Akademi Ilmu Pengetahuan Kerajaan Swedia mengumumkan Oktober 5. Separuh lainnya dari hadiah 10 juta kronor Swedia (lebih dari $1,1 juta) diberikan kepada fisikawan Giorgio Parisi dari Universitas Sapienza Roma, yang bekerja untuk memahami fluktuasi yang bergolak dalam materi yang tidak teratur.

Ketiga peneliti menggunakan strategi serupa untuk mengisolasi bagian tertentu dari sistem kompleks dalam model, representasi matematis dari sesuatu yang ditemukan di alam. Dengan mempelajari model itu, dan kemudian mengintegrasikan pemahaman itu ke dalam deskripsi yang lebih rumit, para peneliti membuat kemajuan dalam memahami sistem yang membingungkan, kata fisikawan Brad Marston dari Brown University. “Ada seni untuk membangun model yang cukup kaya untuk memberi Anda hasil yang menarik dan mungkin mengejutkan, tetapi cukup sederhana sehingga Anda dapat berharap untuk memahaminya.”

Hadiah itu, biasanya urusan apolitis, mengirimkan pesan kepada para pemimpin dunia: “Gagasan pemanasan global bertumpu pada ilmu pengetahuan yang kuat,” kata Göran Hansson, sekretaris jenderal Akademi Ilmu Pengetahuan Kerajaan Swedia, saat pengumuman pemenang hadiah. . Emisi manusia dari gas rumah kaca, termasuk karbon dioksida, telah meningkatkan suhu rata-rata bumi lebih dari 1 derajat Celcius sejak zaman pra-industri. Pemanasan itu mempengaruhi setiap wilayah di Bumi, memperburuk peristiwa cuaca ekstrem seperti gelombang panas, kebakaran hutan, dan kekeringan (SN: 8/9/21).

Syukuro Manabe dari Princeton University (kiri) dan Klaus Hasselmann dari Max Planck Institute for Meteorology (kanan) mengerjakan simulasi awal iklim Bumi, meletakkan dasar untuk model iklim yang lebih rinci saat ini yang digunakan untuk bergulat dengan potensi dampak pemanasan global .Dari kiri: Bengt Nyman/Wikimedia Commons (CC BY 2.0); Sueddeutsche Zeitung Photo/Alamy Stock Photo

Pekerjaan Manabe meletakkan dasar untuk pemodelan iklim, kata John Wettlaufer dari Universitas Yale, anggota Komite Nobel untuk Fisika. “Dia benar-benar membangun model dari mana semua model iklim masa depan dibangun,” Wettlaufer menjelaskan selama wawancara setelah pengumuman hadiah. “Perancah itu penting untuk peningkatan prediksi iklim.”

Manabe mempelajari bagaimana peningkatan kadar karbon dioksida akan mengubah suhu di Bumi. Model iklim yang disederhanakan dari makalah tahun 1967 yang ditulis bersama oleh Manabe mensimulasikan satu kolom atmosfer di mana massa udara naik dan turun saat mereka hangat dan dingin, yang mengungkapkan bahwa menggandakan jumlah karbon dioksida di atmosfer meningkatkan suhu lebih dari 2 derajat C. Pemahaman ini kemudian dapat diintegrasikan ke dalam model yang lebih kompleks yang mensimulasikan seluruh atmosfer atau termasuk efek lautan, misalnya (SN: 30/5/70).

“Saya tidak pernah membayangkan bahwa hal yang akan saya mulai pelajari ini memiliki konsekuensi yang begitu besar,” kata Manabe pada konferensi pers di Princeton. “Aku melakukannya hanya karena rasa ingin tahuku.”

Hasselmann mempelajari evolusi iklim bumi sambil mempertimbangkan berbagai rentang waktu di mana proses yang berbeda beroperasi. Keacakan cuaca harian sangat kontras dengan variasi musiman dan proses yang jauh lebih lambat seperti pemanasan bertahap lautan di Bumi. Karya Hassleman membantu menunjukkan bagaimana kegelisahan jangka pendek dapat dimasukkan ke dalam model untuk memahami perubahan iklim jangka panjang.

Foto Giorgio Parisi
Giorgio Parisi dari Sapienza University of Rome dikenal karena karyanya yang menyelidiki fisika bahan yang tidak teratur, seperti kacamata spin, di mana atom yang berbeda tidak dapat mencapai kesepakatan tentang arah mana untuk menunjukkan spin mereka. Lorenza Parisi/Wikimedia Commons

Penghargaan ini merupakan penegasan pemahaman para ilmuwan tentang iklim, kata Michael Moloney, CEO American Institute of Physics di College Park, Md. kelas sains di atas sana dengan semua penemuan hebat lainnya yang diakui [by] Hadiah Nobel beberapa tahun yang lalu.”

ilustrasi atom besi diselingi dalam kisi atom tembaga, dengan panah yang menunjukkan putaran menunjuk ke arah yang berbeda
Dalam kaca putar, diilustrasikan di sini, atom besi (merah), di dalam kisi atom tembaga (biru), memiliki putaran (panah hitam) yang tidak dapat menyepakati arah ke titik.C. Chang

Sama seperti pola cuaca di Bumi, dunia bagian dalam atom di dalam material bisa menjadi kompleks dan tidak teratur. Karya Parisi bertujuan untuk memahami proses dalam sistem yang tidak teratur seperti jenis bahan yang disebut kaca spin (SN: 18/10/02). Dalam kacamata spin, atom berperilaku seperti magnet kecil, karena sifat kuantum yang disebut spin. Tetapi atom-atom tidak dapat menyetujui ke arah mana magnet mereka diarahkan, menghasilkan susunan yang tidak teratur.

Itu mirip dengan jenis kaca yang lebih dikenal — bahan di mana atom tidak mencapai susunan yang teratur. Parisi datang dengan deskripsi matematis untuk kacamata berputar tersebut. Karyanya juga menyentuh berbagai topik kompleks lainnya, mulai dari turbulensi hingga pola berkelompok yang menggambarkan gerak hewan seperti jalak (SN: 31/7/14).

Meskipun karyanya tidak secara langsung berfokus pada iklim, dalam sebuah wawancara selama pengumuman Nobel, Parisi berkomentar tentang setengah dari hadiah itu: “Jelas bahwa untuk generasi mendatang kita harus bertindak sekarang dengan cara yang sangat cepat.”

Carolyn Gramling berkontribusi untuk melaporkan cerita ini.

Related posts