Bu yıl Nobel fizik ödülü karmaşık sistemler ve iklim modelleri üzerine yapılan çalışmalara verildi.
Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann ve Giorgio Parisi karmaşık fiziksel sistemleri anlamamıza sağladıkları katkılarından dolayı Nobel fizik ödülüne layık görüldüler.

Dünya ikliminin fiziksel modellemesi, değişkenliği ölçmek ve küresel ısınmayı doğru bir şekilde tahmin etmek için yaptıkları çalışmalar için Syukuro Manabe ve Klaus Hasselmann ödülün ilk yarısını aldılar. Giorgio Parisi ise atomik ölçekten gezegen ölçeğine kadar fiziksel sistemlerdeki düzensizliği ve dalgalanmaların etkileşimlerinin keşfi için ödülün ikinci yarısını aldı2.
Syukuro Manabe’nin çalışmaları atmosferdeki artan karbondioksit seviyelerinin dünya yüzeyinde artan sıcaklıklara nasıl yol açtığını göstermiş ve mevcut ilkim modellerinin geliştirilmesinde temel sağlamıştır2.
Sera etkisi dünya üzerindeki yaşam için gerekli bir mekanizmadır. Atmosferde bulunan sera gazları Dünya’nın kızılötesi radyasyonunu absorbe eder. Absorbe olan bu enerji daha sonra serbest kalarak havayı ve toprağı ısıtır. Bu şekilde sıcaklık yönetilmiş olur. Eğer atmosferdeki sera gazları bu radyasyonu absorbe etmeseydi Dünya’nın 15 ℃ olan yüzey sıcaklığı -18 ℃ civarında olurdu3.
Atmosferdeki en güçlü sera gazı su buharıdır ancak su buharını kontrol edemeyiz, karbondioksiti kontrol edebiliriz. Atmosferdeki su buharı miktarı büyük ölçüde sıcaklığa bağlıdır ve bu da bir geri besleme mekanizması oluşturur. Atmosferde daha fazla karbondioksit bulunması atmosferi daha sıcak hale getirerek daha fazla su buharı tutulmasına yol açar. Böylece sera etkisi artar ve sıcaklıklar daha fazla yükselir. Karbondioksit seviyesinin düşmesi su buharını yoğunlaştırarak sıcaklıkların düşmesini sağlar. Manabe, yükselen karbondioksit seviyesinin Dünya’daki sıcaklıkları nasıl etkilediğini incelediği modelde karbondioksit seviyesi iki katına çıktığında sıcaklığın 2 ℃’nin üzerinde artış sergilediğini göstermiştir. Model, bu ısınmanın gerçekten karbondioksit miktarındaki artıştan kaynaklandığını doğrulamıştır3.
Manabe Princeton’da düzenlediği basın toplantısında, “Çalışmaya başladığım bu şeyin bu kadar büyük sonuçları olabileceğini düşünmemiştim, sırf merakımdan yaptım.” demiştir1.
Nobel fizik komitesi üyesi Yale Üniversitesinden John Wettlaufer da ödülün açıklanmasından sonra bir röportajda “gelecekteki tüm iklim modellerlinin inşa edildiği modelleri gerçekten inşa etti” demiştir1.
Klaus Hasselmann 1980’lerde kaotik bir şekilde değişen hava olaylarını nasıl hızla değişen gürültü olarak tanımlanabileceğini göstermiş ve böylelikle uzun vadeli iklim modellerini sağlam bir temele yerleştirmiştir. Bunların yanı sıra, gözlemlenen küresel sıcaklık üzerindeki insan etkilerini belirtmek için de yöntemler geliştirmiştir. Hasselmann, hava ve iklimi birbirine bağlayan bir model oluşturmuştur. Oluşturduğu model, Hasselmann’ın iklim modelerine yaptığı en önemli katkısıdır. Bu sayede iklim tahminleri için önemli bir sorun olan kaotik hava olayları da iklim modellerine dâhil edilebilmiştir. Metotları, atmosferdeki artan sıcaklığın insan karbondioksit emisyonlarından kaynaklandığını kanıtlamak için kullanılmıştır3.
Giorgio Parisi, düzensiz karmaşık sistemlerde gizli kalıpları keşfetmiş ve buluşları karmaşık sistemler teorisine en önemli katkılardan biri olmuştur. Giorgio Parisi’nin asıl çalışma alanı spin camlarıdır. Spin camın yapısındaki keşifleri sadece fiziği değil, matematik, biyoloji, sinirbilim ve makine öğrenmesi (ML) konularını da ilgilendirmektedir2.

Ayrıca Parisi, yapıların nasıl oluştuğu ve nasıl geliştiği konusunda rastgele süreçlerde belirleyici rol oynayan birçok fenomeni incelemiş ve “Neden periyodik olarak buzul çağları yaşanıyor?”, “Kaos ve türbülanslı sistemlerin daha genel bir matematiksel açıklaması var mı?” veya “Binlerce sığırcığın mırıltısında kalıplar nasıl ortaya çıkıyor?” gibi sorulara cevaplar aramıştır. Bu son soru spin camlarla alakasız gözükebilir. Ancak Parisi, araştırmalarının çoğunun basit davranışların nasıl karmaşık kolektif davranışlara yol açtığını ve bunun hem spin camlar hem de sığırcıklar için geçerli olduğunu ifade etmiştir2.
Parisi’nin çalışmaları doğrudan iklime odaklanmasa da Nobel duyurusu sırasında ödülün bu yarısı için şöyle bir açıklama yapmıştır: “Gelecek nesiller için şimdi çok hızlı hareket etmemiz gerektiği açık.”
Kaynaklar:
- Conover E. (2021), Work On Complex Systems, Including Earth’s Climate, Wins the Physics Nobel Prize, Alınma Tarihi: 12/10/2021 https://www.sciencenews.org/article/nobel-prize-physics-2021-complex-systems-climate
- Vetenskaps Akademian (2021), The Nobel Prize in Physics 2021, Alınma Tarihi: 12/10/2021 https://www.kva.se/en/pressrum/pressmeddelanden/nobelpriset-i-fysik-2021
- The Nobel Prize (2021), Popular Information, Alınma Tarihi: 12/10/2021 https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2021/popular-information/
Görsel Kaynaklar:
- Ocak M.E. (2021), 2021 Nobel Fizik Ödülü Sahiplerini Buldu, Alınma tarihi: 12/10/2021 https://bilimgenc.tubitak.gov.tr/2021-nobel-fizik
- Kungl. Vetenskaps Akademian (2021), The Nobel Prize in Physics 2021, Alınma tarihi: 12/10/2021 https://www.kva.se/en/pressrum/pressmeddelanden/nobelpriset-i-fysik-2021
Denetleyen: Süleyman ŞAHİN