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Premio Nobel de Física 2021.
Aunque nada pueda hacer
volver la hora del esplendor en la yerba,
de la gloria en las flores,
no debemos afligirnos
porque la belleza permanece siempre en el recuerdo.
William Wordsworth
Premio Nobel de Física 2021. Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann y Giorgio Parisi
La Real Academia Sueca de Ciencias ha otorgado el Premio Nobel de Física 2021 “por sus innovadoras contribuciones a nuestra comprensión de los sistemas físicos complejos” con una mitad conjuntamente a Syukuro Manabe (Princeton University, Estados Unidos) y Klaus Hasselmann (Instituto de Meteorología, Max Planck, Hamburgo, Alemania) y la otra mitad a Giorgio Parisi (Universidad Sapienza de Roma, Italia).
Los tres galardonados, anuncia la Academia Sueca, comparten el Premio Nobel de Física de este año por sus estudios de fenómenos caóticos y aparentemente aleatorios.
¿Qué significa exactamente fenómenos caóticos, aleatorios?
Y, ¿sistemas complejos?
Vamos a intentar arrojar algo de luz sobre este apasionante capítulo de la física-matemática actual.
La Teoría del caos y el efecto mariposa
Podemos estar de acuerdo en que el gran poder de la ciencia descansa en la capacidad de relacionar causa y efecto. A partir de las leyes de la gravedad, por ejemplo, los eclipses pueden predecirse con miles de años de antelación.
Pero hay otros fenómenos naturales cuya predicción no es tan sencilla. Aunque los movimientos de la atmósfera obedecen las leyes de la física en la misma medida que los movimientos de los planetas, las predicciones meteorológicas se realizan en términos de probabilidades. En contra de lo que se pensó durante largo tiempo, que un sistema esté gobernado por leyes completamente deterministas no garantiza que su comportamiento pueda predecirse en el futuro.
Este tipo de fenómenos se engloban en la llamada Teoría del caos y han venido por tanto en llamarse sistemas caóticos. Están caracterizados en que minúsculas variaciones en las condiciones iniciales derivan muy pronto en enormes diferencias en la evolución del sistema.
Esto tiene una consecuencia muy importante y es que en el régimen caótico es imposible realizar predicciones a largo plazo, ya que nunca se van a poder conocer las condiciones iniciales del sistema con infinita precisión.
Una forma, hoy en día muy popular, de referirse al fenómeno anterior es el término efecto mariposa, que proviene del título de la conferencia pronunciada por Edward N. Lorenz en 1972 en la Sociedad Americana para el Avance de la Ciencia: “¿Puede el aleteo de una mariposa en Brasil desencadenar un tornado en Texas?”. Lorenz quería enfatizar, con una imagen provocativa, la dependencia extrema a las condiciones iniciales de un sistema caótico por excelencia como es el tiempo metereológico.
Sistemas caóticos: tiempo meteorológico y clima de la Tierra
Así, el tiempo meteorológico es un ejemplo típico de sistema caótico bajo esta definición y no han sido muchos los científicos que se han arriesgado a encontrar leyes de comportamiento o patrones y sacar conclusiones ante este fenónemo.
Precisamente por atreverse a esto han sido galardonados Manabe y Hasselmann, dos climatólogos que han definido los fundamentos de nuestro conocimiento del clima de la Tierra y cómo la humanidad influye en él.
El científico japonés Syukuro Manabe a lo largo de sus 90 años de vida ha liderado el desarrollo de modelos físicos del clima de la Tierra (ya en las décadas de 1960 y 1970), basados en gran parte en la interacción entre la circulación atmosférica y su transporte de calor. Estos estudios han dado lugar a los fundamentos de los modelos climáticos que se manejan en la actualidad, y es lo que le ha valido el máximo galardón, el Nobel de Física de este año.
Unos años más tarde, el investigador alemán Hasselmann, fundador del Instituto Max Planck de Meteorología, desarrolló un modelo que relacionaba el tiempo meteorológico (caótico y, como tal, impredecible a largo plazo) y el clima. En particular, Hasselmann demostró que la dinámica caótica del tiempo meteorológico subyacía a la variabilidad del clima a largo plazo. Entre otras aplicaciones, sus métodos se emplearían más tarde para demostrar que el aumento global de la temperatura terrestre se debe a las emisiones de dióxido de carbono generadas por el ser humano.
Sistemas complejos. ¿Qué podrían tener en común el clima, los hormigueros, las selvas tropicales, el cerebro humano, el lenguaje y el mundo bursátil?
Una de las consecuencias inmediatas de la Teoría del caos, es la idea de que el todo es algo más que la suma de las partes.
En un influyente artículo de 1972 titulado «More is different», el físico y premio Nobel Philip W. Anderson enfatizó que existe una profunda diferencia conceptual entre las propiedades de los constituyentes individuales y las características emergentes de un sistema o agregado.
En cada nivel de organización surgen fenómenos completamente nuevos y leyes que no guardan ninguna relación obvia con las que rigen el nivel anterior. Anderson defendió que esas leyes emergentes revestían un carácter tan fundamental como las primeras, de modo que un gran número de constituyentes en interacción no solo da lugar a un sistema mayor, sino a uno fundamentalmente distinto.
Más es diferente.
Así, podríamos señalar que son sistemas complejos aquellos que, formados por un gran número de elementos, exhiben propiedades “emergentes”. Estas se caracterizan por el hecho de que, aunque aparecen como consecuencia de la interacción entre los componentes individuales del sistema, no pueden explicarse a partir de la simple “suma” de estos. El todo es mucho más que la suma de sus partes.
La razón por la que estos sistemas se denominan “complejos” es porque es muy difícil modelar su interacción y predecir su evolución futura.
Así, el clima, los hormigueros, las selvas tropicales, el cerebro humano, el lenguaje y el mundo bursátil son solo algunos ejemplos de sistemas complejos dotados de propiedades especiales a medio camino entre el orden y el desorden.
Parisi y las bandadas de estorninos
En este contexto, las investigaciones del físico teórico italiano Giorgio Parisi le llevaron a conseguir crear nuevas técnicas para entender los sistemas complejos. Ya en la década de 1980 descubrió patrones ocultos en materiales complejos desordenados. Estos descubrimientos se encuentran entre las contribuciones más importantes del mundo a la teoría de sistemas complejos.
No es de extrañar que la Academia sueca no ahorre en halagos cuando expresa la inmensa y extensa actividad de Parisi: “recibe el Nobel por el descubrimiento de la interacción del desorden y fluctuaciones en sistemas físicos desde la escala atómica a la escala planetaria“.
Sus principales contribuciones en física han sido en teoría cuántica de campos, física estadística y sistemas complejos: desde los vidrios de espín hasta las redes neuronales e inteligencia artificial…….pasando por las bandadas de estorninos.
Fijémonos en este último sistema complejo: una bandada de estorninos.
Son cientos de aves que se mueven formando ondas, en una mezcla de orden y de caos. La bandada es un ejemplo de sistema complejo: los pájaros por separado no saben volar en ondas. El movimiento de la bandada es una propiedad emergente. Solo tiene lugar cuando existe el grupo o sistema.
Con simulaciones informáticas se han podido crear estos patrones de movimiento haciendo que cada individuo del grupo siguiese solo tres simples reglas: no debe alejarse del grupo, debe mantener cierta distancia de sus adyacentes y debe volar alineado con los demás. Se cree que los pájaros de la bandada solo interactúan realmente con unos siete vecinos cercanos, pero como forman una red, acaban conectándose todos con todos.
En palabras de Parisi: “El cambio de comportamiento de un animal afecta y es afectado por todos los animales del grupo, sin importar lo grande que sea”.
Sistemas complejos. El lenguaje humano
Para finalizar vamos a intentar exponer de manera sucinta otro interesante sistema complejo: el lenguaje humano.
Si adoptamos una visión realista y natural del lenguaje, esto es, intentamos explicar su uso real por parte de los hablantes, nos encontramos con que su comportamiento es muy similar al de los sistemas complejos.
Podríamos decir que el lenguaje es complejo por dos razones: porque está compuesto por diferentes subsistemas (fonológico, morfológico, sintáctico, semántico,..) y, lo que es más, porque estos subsistemas son interdependientes, es decir, un cambio en cualquiera de ellos produce modificaciones, bien de forma directa o indirecta, en los demás.
En definitiva, el lenguaje es complejo porque su comportamiento global emerge de la interacción de los subsistemas, no es una mera suma o producto de ellos.
Esperamos con este blog haber despertado la curiosidad del lector y agradecemos que la Academia sueca haya reconocido un campo que es de enorme ayuda para el futuro desarrollo de la humanidad.
Como colofón, dejo al lector que saboree la propiedad emergente que se desprende de tan solo veintinueve palabras del poema de W. Wordsworth “Oda a la Inmortalidad” que encabeza este artículo.
Autora: Manuela Maza Ruiz
Bibliografía
https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2021/press-release/
https://repositorio.uam.es/bitstream/handle/10486/684812/EM_7_2.pdf?sequence=1&isAllowed=y
https://www.investigacionyciencia.es/revistas/temas/complejidad-y-caos-763
https://www.ansa.it/canale_scienza_tecnica/notizie/fisica_matematica/2021/10/05/alle-1145-lannuncio-dei-vincitori-del-nobel-per-la-fisica-diretta_592745dd-6f74-4cb9-814e-cd6f6e86141f.html
https://trianarts.com/poema-del-dia-oda-a-la-inmortalidad-de-william-wordsworth/#sthash.oBowlM0X.dpbs
Genial! Gran post en Norak!
Grandes pensadores Manabe, Hasselmann y Parisi, yo diría, más que físicos, que también!
En la matemática-física nos hemos “inventado” unas leyes que pueden explicar las observaciones que hemos ido detectando con nuestros aparatos de medida y raciocinio: leyes de Newton, leyes de la termodinámica, leyes de Kepler, leyes de la física cuántica (ecuación de Schrödinger) …
Algunas cosas son capaces de ser explicadas mediate estas leyes pero a medida que somos capaces de observar cosas nuevas (emisiones de ondas de microondas lejanas, distorisones del espectro IT, agujeros de gusano, …) no tenemos leyes que lo expliquen, y algunos decimos que existe el caos (ka-os). Pero el caos no existe, y si una ley universal simplificada, que explique todo.
Todo está ordenado, pero aún no sabemos cómo. Quizás hagan falta siglos, milenios o eones para que lo comprábamos y expliquemos todo. Pero, seguro, al final, lo sabremos.
Llegará un día en que el clima, los hormigueros, las selvas tropicales, el cerebro humano, el lenguaje y el mundo bursátil sean comprendidos y explicados por leyes simples, de las que hoy ignoramos todo.
Muy buena excelente 👍👍
👏🏼👏🏼👏🏼 super!!
Un blog realmente elaborado, pensado y muy creativo. Me gusta mucho los ejemplos que se ponen, así como el “juego” de hacerte pensar el elemento emergente de la poesía :D
¡Gran trabajo!
* pensar cuál es la propiedad emergente en la poesía
Cosas así realmente merece la pena atender, ejemplo así motiva a la poesía. Muy bien elaborado
Excelente desarrollo de estas ideas emergentes
Interesante, cada día aprendemos algo nuevo. ¡Genial!
Excelente post … realizado con pasión! entusiasma seguir leyendo.. ya que nos da mucho que pensar. Felicidades
Muy buena Lectura, de verdad que merece la pena compartir y ser difundida. Así que ir muchas felicidades.
Quede fascinado con esta lectura, me gustaría leer más articulos y otras lecturas, me gustaron mucho
Fascinante lectura, quede muy enganchado con cada párrafo, me gustaría leer más sobre esto
Muy interesante articulo, que pone de manifiesto el insaciable deseo humano por comprender todo lo que nos rodea. Sin embargo, en mi opinión siempre habrá algo bonito en el caos y desconocimiento. ya que esto es lo que nos hace seguir preguntándonos y cuestionándonos cosas, algo que solo pertenece a los humanos, lo que nos distingue del resto de seres vivos.
Enhorabuena por el blog!
Deberían existir más premios para todas estas personas que dedican su vida para hacernos fácil de comprender lo que es
difícil de explicar.
Me ha llamado la atención el ejemplo de la bandada de estorninos ya que los veo volar casi todos los años en grupo y me
sigue asombrando esa sincronización que tienen. Lo que a priori puede ser difícil de entender, puede ser fácil de explicar.
Enhorabuena. Un post muy interesante.
Francamente interesante el blog, sobre todo porque le deja a uno pensando y eso hoy en día no tiene precio. Si bien vamos avanzando en la explicación de los fenómenos naturales y sus interacciones sociales, me quedo con la frase que diría Sócrates, “Solo sé que no sé nada”.
Gracias y enhorabuena por el blog!
Me ha fascinado el artículo! Gracias Manuela por hacer de algo complejo y difícil para mi, sencillo y bello de entender. Felicitaciones para los galardonados.
En los últimos 20 años los fenómenos climáticos se han incrementaron drásticamente .Como menciona el artículo el clima es un sistema complejo y gracias a los científicos Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann y Giorgio Parisi han echo posible que se entienda mejor la entropía del clima ese grado desorden , caos y fenómenos aleatorios. Además el cambio climático no es un problema muy lejano es una gran amenaza para la humanidad .Queda mucho trabajo por hacer , pero esto es un gran avance.
Me parece muy interesante también como nuestro universo este lleno sistemas como el clima, los hormigueros, las selvas tropicales y el lenguaje.
Desde luego elucubrar sobre esto es muy importante.
Muy bien elaborado mis felicitaciones
¡Brillante artículo sobre los sistemas complejos!
Hace mucho tiempo que no estudio física y química, por lo que ha sido un placer leer un artículo tan bien elaborado, con explicaciones comprensibles y con un hilo conductor perfectamente desarrollado.
Por otra parte, siempre me han llamado la atención el caos y el llamado «efecto mariposa» y estoy de acuerdo con comentarios previos en los que se habla de la belleza que hay en los sistemas caóticos y en lo desconocido.
¡Enhorabuena a la escritora! Sus artículos siempre son estupendos.
Gran trabajo!!!Felicitaciones
Una poesía importante
Mucho nivel el comentario de la Autora!
También vale la pena leer el comentario del Sr. Enric.
He disfrutado!
Gracias!!!
Enhorabuela Manuela, me ha encantado tu artículo. Siempre lo bordas, viniendo de ti, no se puede esperar otra cosa.
Gran artículo !! demuestra el buen gusto por la elección de los temas y la exposición de los mismos !!
No dejes de publicar Manuela !!
Gracias por el artículo, ayuda a entender cosas que son muy complicadas para aquellos que apenas sabemos de física.
Y gracias también a todas las mentes prodigiosas, como los Nobel, que han hecho más fácil la vida a la humanidad con sus conocimientos, descubrimientos, inventos y aportaciones.