05.10.2021 г.
Русский след в Нобелевской премии. Почему высоко оценили работы по климату

МОСКВА, 5 окт — РИА Новости, Альфия Еникеева, Татьяна Пичугина. Нобелевскую премию по физике в этом году разделили ученые, внесшие большой вклад в моделирование сложных систем, таких как климат Земли и квантовые явления. Половина досталась Клаусу Хассельману (Германия) и Сюкуро Манабе (США), половина — Джорджио Паризи (Италия). РИА Новости вместе с экспертами разбирается, в чем значение их открытий.

Кто меняет климат

В 1972 году выдающийся советский геофизик, академик Михаил Будыко опубликовал книгу "Влияние человека на климат". Он писал о неизбежности глобального потепления из-за парникового эффекта и предсказал, например, что Арктика будет освобождаться ото льда.

Будыко опирался на климатическую модель, разработанную Сюкуро Манабе, американским ученым японского происхождения, который работал в Принстонском университете. Это была первая модель, учитывавшая параметры атмосферы, в частности концентрацию углекислого газа, и океана, выявлявшая связь между ними. Благодаря Манабе удалось доказать, что антропогенные выбросы парниковых газов меняют климат.

"Фактически группа Манабе в 1960-х создала надежный инструментарий, метеорологическую основу, позволившую моделировать, прогнозировать, анализировать изменения климатической системы", — комментирует Александр Родин, исполнительный директор научно-технического центра мониторинга окружающей среды и экологии МФТИ.

Спустя десять лет немецкий физик Клаус Хассельман из Института Макса Планка в Германии связал погоду и климат и продемонстрировал, что климатические модели имеют предсказательную силу, несмотря на изменчивость погоды. Применив теорию броуновского движения, ученый показал, что изменения накапливаются внутри системы под влиянием коротких аномалий.

"Очень важный шаг вперед тогда сделали, нужно было соединить массу сложных и разных процессов, в том числе в океане, причем в масштабе планеты", — говорит Алексей Кокорин, директор программы "Климат и энергетика" Всемирного фонда дикой природы.

В 1960-1970-е информации о климате и погоде было гораздо меньше, чем сейчас, однако ученые понимали: нужно формировать научную базу для описания наблюдаемых явлений.

"Когда у вас много процессов, которые так или иначе влияют на климат, без моделирования не обойтись. Если хотите прогнозировать, создайте модель того, что происходит, и меняйте параметры. Эти модели исследовательские, они позволяют понять, как процессы в океане и атмосфере взаимодействуют друг с другом, там масса обратных связей", — отмечает эксперт.

Теперь есть более совершенные модели климатической системы, они постоянно уточняются. По словам Алексея Кокорина, в докладах Межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC) их несколько десятков, включая модель, созданную под руководством Евгения Володина из Института вычислительной математики имени Г. И. Марчука РАН.

Сюкуро Манабе одним из первых исследовал взаимодействие радиационного баланса — так называют разницу между поглощенной радиацией и эффективным излучением поверхности Земли — и вертикальным перемещением воздушных масс, происходящих благодаря конвекции. При этом он учитывал нагрев воды морей и океанов, с которого начинается гидрологический цикл — круговорот воды в природе

Вклад в климатологию советских и российских ученых сложно переоценить, считает Александр Родин.

"Когда мне в свое время довелось работать в лаборатории геофизической гидродинамики, где была создана модель Манабе, меня поразило количество книг на русском языке в библиотеке. Среди тех, кого сегодня награждали, вполне мог стоять Андрей Сергеевич Монин, наш крупнейший советский и российский климатолог, метеоролог, гидродинамик, один из создателей геофизической гидродинамики, которая послужила физической основой климатического моделирования", — указывает ученый.

Лаборатория геофизической гидродинамики в кампусе Принстонского университета подчиняется NOAA — Национальному управлению США по атмосфере и океану. "Это климатический аналог НАСА", — уточняет Родин. И один из самых авторитетных источников прогнозов глобальных изменений климата.

"В научную школу этой лаборатории советские ученые внесли очень серьезный вклад. И американцы об этом помнят. Жаль, что это не так хорошо известно у нас, здесь, считаю, есть над чем работать. Потому что Россия располагает крупнейшими в мире климатическими ресурсами, а наша экономика, наверное, в зоне наибольших рисков из-за политики декарбонизации. Мы, безусловно, просто обязаны обладать компетенциями на мировом уровне — в частности, в исследовании, моделировании и прогнозировании климата", — подчеркивает исследователь.

По его мнению, Нобелевскую премию в этом году присудили за климат неслучайно, этому способствует особая политическая и экономическая ситуация.

"Крупнейшие экономики мира испытывают очень серьезное воздействие климатического фактора. И российская в том числе. Возникла целая отрасль — декарбонизация, что свидетельствует об энергетическом переходе. И совершенно ясно, что в ближайшие десятилетия произойдет очень серьезный сдвиг в промышленности всего мира", — поясняет исследователь.

Понять мозг и построить квантовый компьютер

Весной прошлого года весь мир, затаив дыхание, следил, как Италию накрывает мощная волна COVID-19. Заболеваемость, смертность, коллапс здравоохранительной системы поражали. Правительство критиковали со всех сторон, включая научное сообщество. За жесткие ограничения выступил президент Академии деи Линчеи, один из самых выдающихся физиков мира — Джорджио Паризи, нынешний нобелиат.

Паризи занимается квантовой теорией поля, достижений у него очень много. Прославился он не в последнюю очередь благодаря теории спиновых стекол — особой категории магнитных материалов, перспективных для создания компьютерной памяти. "В 1980-х Паризи открыл закономерности в хаотичных сложных материалах", — говорится в пресс-релизе Нобелевского комитета. В результате ученые смогли описать немало разных явлений, не только в физике, но и в математике, биологии, нейронауке, машинном обучении.

Джорджио Паризи дал математическое описание сложным неупорядоченным системам

"Паризи изучал сложные хаотические системы, которые присутствуют в нашей жизни, фактически везде. Скажем, как птицы летают стаей или действует наш мозг. Еще более близкий нам пример — автомобильные пробки в большом городе. Это тоже сложная система с большим количеством степеней свободы. Работы Паризи, кстати, пригодились при создании нового квантового компьютера. В ближайшие десять лет такие машины могут заменить те, что у нас сейчас", — рассказывает Даниэль Барретин из Средиземноморского института фундаментальной физики, приглашенный профессор Университета ИТМО, специалист по квантовым точкам и органическим фотоэлементам.

"Он был моим научным руководителем, когда я учился в Институте физики в Риме, — продолжает профессор. — Паризи не только гениальный педагог и ученый, он очень хороший человек, постоянно общался со студентами, проводил с нами много времени. Один из лучших профессоров, которые мне в жизни встречались. То исследование, что я выполнил в его команде, сильно помогло мне в профессии и карьере. Если меня спрашивали, каковы мои основные научные достижения, я всегда мог сказать, что работал в команде профессора Паризи. Этого достаточно. В нашем профессиональном сообществе это как медаль, как знак качества", — вспоминает ученый.

Всех троих лауреатов объединяет тема больших сложных систем. Фактически они дали науке инструменты для их описания и понимания.

"Важно не только что-то теоретически исследовать и в чем-то разобраться. Если мы хотим эти знания применять на практике, у нас должны быть приборы, дающие адекватную информацию, и инструменты для моделирования", — заключает Родин.

По сути, присуждение премии — признание того, что мы научились строить модели, которым можно доверять, добавляет эксперт. Вся мировая экономика сейчас вынуждена перестраиваться, основываясь на этих моделях.