Учора Нобелівський комітет ухвалив рішення присудити Нобелівську премію з фізики в 2021 році. Вона була присуджена за два пов’язані між собою дослідження. Першу половину отримали японсько-американський кліматолог Сюкуро Манабе та німецький океанолог Клаус Гассельман, другу – італійський фізик-теоретик Джорджо Парізі. Чим займаються ці вчені і чому їхні дослідження визнали настільки важливими?
На перший погляд, цьогорічна Нобелівська премія може здатись трохи незвичною. Ні, звісно, в ній присутні і незмінні риси цієї нагороди, наприклад, її поділ між кількома людьми і дослідженнями (так, останню соло-нобелівку забрав виходець з України, Георгій Харпак, ще в 1992 році). І все ж – Нобелівка з фізики океанологу і кліматологу? Серйозно?
Але якщо розібратись детальніше, то, як на мене, таке нагородження – дуже і дуже доречне і вчасне. По-перше, це не перша Нобелівка за дослідження атмосфери. Так, у 1947 році Нобелівську премію присудили Едварду Епплтону за дослідження . По-друге, і що важливіше, нагородження за кліматологічні роботи йде в парі з нагородженням дослідника складних систем. А фізика складних систем – це топовий напрям фізики в ХХІ столітті.
Складна система – це вже цілком усталений термін, що використовується в фундаментальній та прикладній фізиці, системному аналізі і ще цілій низці наук, зокрема гуманітарних. Хоча строгого визначення й досі немає, вчені зійшлись на переліку атрибутів, властивих складним системам: , нелінійність, відкритість, наявність , зворотного зв’язку, довготривалої пам’яті та інші. Складні системи оточують нас всюди: від ланцюгових органічних молекул, живих організмів, до економіки і людського суспільства, а ще гідросфери, атмосфери нашої планети – й аж до космології. Без сумніву, яскравий приклад складної системи це людський мозок. Інший спосіб подивитись на такі системи: їх харакетризують прості правила, що тим не менш, приводять до складної, майже хаотичної поведінки системи. За дослідження взаємозв’язку між безпорядком та флуктуаціями – саме в такому формулюванні був нагороджений Джорджо Парізі.
«Як можна досліджувати такі різні системи схожими методами?» – спитаєте ви. На допомогу приходить звісно Її Величність математика. Значною мірою лауреат другої половини цьогорічної Нобелівської премії з фізики, Джорджо Парізі, є спеціалістом з математичної фізики. Це означає, що він добре вміє розв’язувати дифрівняння, а також знайти їм вдале застосування. Поміркуйте самі: роботи Джорджо стосуються фізики елементарних частинок, зокрема квантової хромодинаміки, моделей спінового скла, а ще…. динаміки тих дивних 3D-форм, які вимальовують зграї птахів у небі! Так, це також складна динамічна система з елементами . Такою системою є також і клімат на нашій планеті. Тож я сподіваюся, що серед моїх колег та журналістів не з’являться звинувачення цьогорічного нагородження в обслуговуванні екологічного чи кліматичного «порядку денного», який, звісно, теж потребує уваги. І загалом, так – вперше Нобелівку присудили за вивчення світового океану й атмосфери як комплексних єдиних систем, а не окремих явищ в них. Просто нарешті людство взялось за дослідження дійсно складних структур, – і давно пора!
Про самих лауреатів можна сказати, що це точно найдостойніші з найдостойніших. У Джорджо Парізі, здається, джекпот з усіх фізичних нагород, про які я знаю: медаль Дірака, премія Фермі, премія Лаґранжа, медаль Больцмана, медаль Макса Планка, премія Вольфа, премія Померанчука і ще з десяток інших. Нагородження його Нобелівкою є настільки логічним, наскільки це може бути можливим. Сюкуро Манабе та Клаус Гассельман також є легендами у своїй галузі. Перший – піонер комп’ютерного моделювання кліматичних змін та дослідження феномену глобального потепління і зокрема – ролі сумнозвісних парникових газів у ньому. Другий – провідний вчений у сфері океанології в Німеччині та й на всій планеті. Він створив модель світового океану як стохастичної системи, якій, зокрема, властива вже згадана «довга пам’ять» – ефект, коли океан поступово накопичує в собі зміни, які можуть проявитись доволі різко. Наскільки захопливими мають бути його дослідження, якщо цій людині вдалось наблизити формалізм діаграм Фейнмана (чисельні методи для розрахунків розсіяння та перетворень елементарних частинок) для опису взаємодії океанічних хвиль! Святі !
Тема складних систем є органічно пов’язаною з темою клімату – системи, поведінку якої важко обчислити через її колосальний об’єм, величезну кількість взаємозв’язків і потенційну здатність до непередбачуваних змін навіть від незначного впливу (саме так, тут йдеться про «ефект метелика»). Як не дивно, в Україні є вчені що досліджують різноманітні складні системи. Так, вчені Інституту фізики конденсованих систем НАНУ вже тривалий час вивчають властивості фазових переходів різних станів матерії, що демонструють ознаки складних систем, зокрема висококорельовність та нелінійність. А вже в ХХІ столітті в цьому інституті зародилась наукова школа, що розвиває соціодинаміку – поведінку соціальних зв’язків і суспільства методами математичної фізики. Стохастичні та високоскорельовані системи також вивчають в ІТФ ім. М. Боголюбова, зокрема плазмові та колоїдні середовища. В Інституті магнетизму ж досліджуються порядок, безпорядок і нелінійні явища в магнетиках і тих же спінових системах – це сфера досліджень Джорджо Разіні, а в Інституті проблем математичних машин і систем НАНУ можна знайти дослідників нелінійних хвиль у водоймах. І це, звісно, не вичерпний список. Що ж, будемо надіятись що така нагорода Нобелівською премією підживить інтерес суспільства до цих фундаментальних проблем науки в нашій країні – адже в нас є кому про них розказати!
