Nobelprijs

Nobelprijs natuurkunde voor onderzoek naar opwarming van de aarde, én naar onderzoek orde en wanorde

De winnaars van de Nobelprijs voor Natuurkunde worden bekendgemaakt.  Beeld AFP
De winnaars van de Nobelprijs voor Natuurkunde worden bekendgemaakt.Beeld AFP

De Nobelprijs voor natuurkunde gaat dit jaar naar drie fysici die patronen hebben ontdekt in complexe systemen, zoals het klimaat.

Joep Engels

Twee eeuwen geleden was de wereld van de fysica nog overzichtelijk. “Zeg mij waar alle deeltjes van het universum zich nu bevinden en hoe snel ze bewegen”, beweerde de Fransman Pierre-Simon de Laplace, “en ik kan voor u berekenen hoe de wereld er in de toekomst uitziet.” Maar zo simpel is de natuurkunde niet meer. Kijk maar naar het weer. Ook met supercomputers kunnen we niet verder dan twee weken vooruit kijken. Het weer gedraagt zich chaotisch. De spreekwoordelijke vlinder in Brazilië, die met zijn vleugels wappert en in Texas een orkaan veroorzaakt.

Toch is het de fysica gelukt hier orde in te scheppen. Niet in het weerbericht voor volgende maand, maar wel in de ontwikkeling van het klimaat in de komende eeuw. De Japanner Syukuro Manabe en de Duitser Klaus Hasselmann (beiden geboren in 1931) gingen uit van de fysica van het weer (temperatuur, druk, luchtstromen) en legden van daaruit de basis voor de huidige klimaatmodellen. Daarvoor worden ze beloond met de helft van de Nobelprijs. De andere helft gaat naar de Italiaan Giorgio Parisi (1948) voor zijn werk aan complexe materialen (zie kader).

Het licht van de zon raakt de aarde en de aarde straalt die energie als warmte weer uit. De Zweed Svante Arrhenius begreep eind negentiende eeuw al dat hier een evenwicht ontstaat. Terwijl het zonlicht de aarde ongestoord bereikt, houden sommige gassen in de atmosfeer de warmtestraling tegen. Zonder deze zogeheten broeikasgassen (zoals waterdamp en kooldioxide) was de temperatuur op aarde ruim dertig graden lager.

De dynamiek van de broeikas

Maar dat is een gemiddelde. De atmosfeer is een dynamisch geheel. Warme lucht stijgt bijvoorbeeld op. Manabe bouwde een simpel model van de atmosfeer – een kolom die veertig kilometer oprees – waarin hij de concentraties van de gassen kon variëren. Het vergde begin jaren zestig nog weken computertijd, maar zo kon Manabe voorrekenen dat de temperatuur op aarde twee graden steeg als de hoeveelheid kooldioxide verdubbelde.

Tien jaar later tilde Hasselmann dit model naar een hoger plan. Hij wist het chaotische gedrag van het weer te koppelen aan de verandering van het klimaat. Simpel gezegd, door die snelle weersveranderingen als een soort ruis te behandelen, kon hij, als hij zijn model een paar keer liet draaien, de onderliggende processen tevoorschijn laten komen.

Dat Manabe en Hasselmann dit jaar de Nobelprijs krijgen, is ook een boodschap aan wereldleiders, die binnenkort samenkomen op een klimaattop in het Schotse Glasgow. “Klimaatmodellen zijn stevig gebaseerd op natuurkundige theorieën. Opwarming van de aarde wordt ondersteund door degelijke wetenschap”, aldus het Nobelcomité.

Gefrustreerde magneetjes

Ook Giorgio Parisi werkte aan complexe systemen, waarin hij orde probeerde te ontdekken. Hij vroeg zich af waarom ijstijden met een zekere regelmaat terugkeren, of hoe de patronen ontstaan in een zwerm spreeuwen.

Zijn belangrijkste werk gaat over complexe materialen. IJzeratomen zijn kleine magneetjes en als je vloeibaar ijzer laat stollen, zullen de magneetjes zich naar elkaar schikken. Maar wat gebeurt er als je een mengsel van twee verschillende materialen laat afkoelen? Het gedrag van de individuele atomen lijkt op dat van acteurs in een tragedie van Shakespeare, schreef Parisi ooit. Ze willen vrienden worden met tegenspelers die elkaars vijanden zijn. Dit is voor de atomen net zo frustrerend als voor de acteurs. Parisi ontdekte een patroon in de groep zodat hij hun gedrag toch wiskundige kon beschrijven.

Lees ook:

Nobelprijs voor Geneeskunde is voor onderzoek naar zintuigen

Maandag werd de Nobelprijs voor de Geneeskunde uitgereikt. Die ging naar twee Amerikanen die hebben onderzocht hoe we voelen of iets warm of koud is, en hard of zacht.

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2022 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden