세상은 크고 작은 복잡한 시스템으로 가득 차 있습니다. 대규모로 보면 지구의 기후는 복잡한 상호작용의 망입니다. 작은 규모에서는 원자와 분자를 지배하는 물리학도 마찬가지입니다. 2021년 노벨 물리학상은 이러한 복잡한 시스템을 밝힌 세 명의 과학자에게 경의를 표합니다.
우승자 중 두 명은 지구의 기후에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 작업을 했습니다. 하나는 기후 과학자 슈쿠로 마나베입니다. 그는 뉴저지의 프린스턴 대학교에서 근무합니다. 다른 하나는 Klaus Hasselmann입니다. 기후 과학자이기도 한 그는 Max Planck 기상 연구소에서 근무합니다. 바로 독일 함부르크입니다. 세 번째 수상자 Giorgio Parisi는 이탈리아 로마 사피엔자 대학의 물리학자입니다. Parisi는 물질 내 원자의 무질서한 행동에 대한 연구로 수상했습니다.
왕립 스웨덴 과학 아카데미는 10월 5일 수상을 발표했습니다.
세 사람 모두 복잡성을 해결하기 위해 비슷한 전략을 사용했습니다. 그들은 각각 컴퓨터 모델에서 복잡한 시스템의 특정 부분을 캡처했습니다. 모델은 실제 세계의 무언가를 수학적으로 표현한 것입니다. 그들의 모델을 연구함으로써 각 연구원은 새로운 지식을 얻었습니다. 그런 다음 그 지식은 자연 현상에 대한 보다 복잡한 설명을 만드는 데 사용될 수 있습니다.
이 기술은 연구원들이 복잡한 시스템을 이해하는 데 도움이 되었다고 Brad Marston은 말합니다. 그는 R.I. 프로비던스에 있는 브라운 대학교의 물리학자입니다. “흥미로운… 결과를 제공할 수 있을 만큼 풍부하면서도 이해하기를 바랄 수 있을 만큼 단순한 모델을 구성하는 데 예술이 있습니다.”라고 그는 말합니다.
상금의 일부를 기후 연구에 수여하는 것은 세계 지도자들에게 메시지를 보내는 것이라고 Göran Hansson은 말했습니다. 그는 스웨덴 왕립 과학 아카데미의 사무총장입니다. 그는 수상소감에서 말했다. Hansson은 그 메시지가 “지구 온난화는 확실한 과학에 의존하고 있다”고 말했습니다.
기후 포착
인간은 대기를 이산화탄소(CO2)와 기타 온실 가스로 채우고 있습니다. 그 결과 지구의 평균 기온은 지난 2세기 동안 섭씨 1도(화씨 1.8도) 이상 상승했습니다. 그 온난화는 지구의 모든 지역에 영향을 미치고 있습니다. 가뭄, 산불 및 기타 극한 기상 현상을 악화시킵니다. 기후 모델은 과학자들이 이 위기를 이해하고 예측하는 데 도움이 됩니다.
Manabe의 작업은 기후 모델링의 토대를 마련했습니다. John Wettlaufer는 “그는 미래의 모든 기후 모델이 구축된 모델을 실제로 구성했습니다.”라고 말합니다. 그는 노벨 물리학 위원회의 위원입니다. Manabe의 연구는 기후 예측을 개선하는 데 필수적이라고 Wettlaufer는 말합니다.
Manabe는 상승하는 CO2 수준이 지구의 온도를 어떻게 변화시키는지 연구했습니다. 하나의 간단한 모델에서 Manabe는 대기의 단일 열을 시뮬레이션했습니다. 그 기둥의 기단은 따뜻해지면서 상승했다가 식으면서 떨어졌습니다. 이것은 대기 중 CO2를 두 배로 늘리면 온도가 섭씨 2도(화씨 3.6도) 이상 상승한다는 것을 보여주었습니다. Manabe의 기술은 더 큰 모델을 만들기 위해 확장됩니다. 예를 들어 이러한 모델은 전체 대기를 시뮬레이션할 수 있습니다. 또는 바다의 영향을 포함할 수도 있습니다.
마나베는 “내가 연구를 시작한 것이 이렇게 큰 결과를 가져올 것이라고는 상상도 못했다”고 말했다. 그는 10월 5일 프린스턴에서 열린 기자회견에서 “호기심 때문에 한 것”이라고 말했다.
Hasselmann은 서로 다른 기후 과정이 서로 다른 시간 척도에서 어떻게 작동하는지 연구했습니다. 예를 들어, 날씨는 매일 바뀝니다. 계절 변화는 더 느립니다. 그리고 지구 해양의 점진적인 가열은 여전히 더 느립니다. Hassleman은 장기 기후 변화 모델을 강화하기 위해 어떻게 단기적인 불안감을 추가할 수 있는지 보여주었습니다.
이 연구를 존중하는 것은 기후 변화에 대한 과학자들의 이해를 확증한다고 Michael Moloney는 말합니다. 그는 미국 물리학 연구소를 이끌고 있습니다. 메릴랜드 칼리지 파크에 있습니다. 기후 변화를 이해하는 데 사용되는 모델은 “세계적 수준의 과학”이라고 그는 말합니다. 그들은 노벨상을 수상한 “다른 모든 위대한 발견과 함께 저 위에” 있습니다.
재료 이해하기
지구의 기후와 마찬가지로 원자의 내부 세계도 복잡합니다. Parisi는 이러한 미세한 장애를 이해하는 것을 목표로 했습니다. 그는 스핀 글래스라고 불리는 일종의 물질을 연구했습니다. 그것의 원자는 작은 자석처럼 행동합니다. 그들은 스핀이라는 양자 속성을 가지고 있기 때문에 이렇게 합니다. 그러나 원자들은 자석을 어느 방향으로 향하게 할지에 대해 의견이 일치하지 않습니다. 이것은 지저분한 배열을 초래합니다.
Parisi는 이러한 회전 안경을 설명하기 위해 수학을 사용했습니다. 그의 작업은 다른 복잡한 주제도 다루고 있습니다. 예를 들어, 그는 찌르레기와 다른 동물들의 무리짓는 패턴을 연구했습니다.
Parisi의 작업은 기후에 직접 초점을 맞추지 않습니다. 그러나 노벨상 발표 중 인터뷰에서 그는 그 상금의 절반에 대해 언급했습니다. 미래 세대를 보호하기 위해 그는 “우리는 지금 매우 빠른 방식으로 행동해야 합니다.”라고 말했습니다.
Manabe, Hasselmann 및 Parisi는 그들의 작업으로 노벨상을 나눌 것입니다. 상금은 1000만 스웨덴 크로나다. 110만 달러가 조금 넘는 금액입니다. Manabe와 Hasselmann은 절반을 공유합니다. 나머지 절반은 Parisi로 갈 것입니다.