Упорядочивание хаоса
Нобелевскую премию по физике 2021 года присудили Сюкуро Манабэ из США, Клаусу Хассельману из Германии и Джорджо Паризи из Италии «за новаторский вклад в наше понимание сложных физических систем». Первые два лауреата разделят между собой половину суммы в 10 млн шведских крон (около $1,14 млн). Премия присуждена им «за физическое моделирование климата Земли, количественную оценку его изменчивости и надежное прогнозирование глобального потепления». Паризи, исследовавший магнитные явления в твердых телах, получит оставшуюся половину премии «за открытие взаимодействия беспорядка и флуктуаций в физических системах от атомных до планетарных масштабов».
Недружеская теплота
Глобальное потепление — это наблюдаемый факт. Теплее становится воздух (как у поверхности Земли, так и на высоте нескольких километров) и океан. Горные ледники тают по всей планете, а уровень моря увеличивается. Все это не теория, а результаты прямых измерений за многие десятилетия. Сегодня более 90% климатологов согласны с тем, что причина этого потепления — антропогенные выбросы углекислого газа. Но чтобы разобраться в такой сложной системе, как климат, потребовались десятки лет исследований. Важнейший вклад в этот коллективный труд внесли нынешние лауреаты. Манабэ — пионер изучения глобального потепления и климата Земли в целом. В 1960х годах он руководил разработкой первой климатической модели, охваты вающей всю атмосферу Земли. Она потребовала решения тысяч взаимосвязанных уравнений, зато воспроизводила такие интересные явления, как реактивные потоки и муссоны. Разумеется, подобное было бы невозможно без прогресса вычислительной техники.
В 1967 году Манабэ в соавторстве с Ричардом Ветеральдом использовал упрощен ную версию этой модели, чтобы впервые рассчитать влияние парникового эффекта на климат. Получилось, что увеличение концентрации углекислого газа вдвое приведет к потеплению на 2,3°C. Хотя эта модель была очень примитив ной (атмосфера рассматривалась как одномерный столбец), она дала почти тот же прогноз, что и современные сверх сложные модели.
В 1969 году Манабэ и океанолог Кирк Брайан создали первую модель климата, включающую не только атмосферу, но и океаны. А в 1975 году Манабэ и Ветеральд использовали эту модель для пред сказания глобального потепления. Они вычислили, что будет, если концентрация CO2 увеличится с 300 частей на миллион (уровень начала XX века), до 600. Результатом стало общее потепление, особенно заметное в Арктике, уменьшение ледяного и снежного покрова, увеличение среднего уровня осадков и пониже ние температуры в стратосфере. Сегодня содержание CO2 немного превышает 400 частей на миллион, но все предсказан ные эффекты уже налицо.
Укрощение хаоса Хассельман также внес огромный вклад в климатологию. Его исследования позволили установить, что причиной глобального потепления стала деятельность человека, а не природные факторы. Да, в далеком прошлом климат Земли неоднократно менялся без нашего участия, но на сей раз именно мы вывели его из равновесия.
Также Хассельман ответил на вопрос, который часто ставит в тупик непрофессионалов: как ученые прогнозируют кли мат на столетия вперед, если даже про гноз погоды на неделю не всегда сбывает ся? Поясним, в чем тут дело. Всякий физический прибор имеет погрешность. Физик, измеривший темпе ратуру за окном бытовым термометром, должен сказать не «10°C», а «10±1°C». Конечно, такая погрешность вряд ли повлияет на решение, как одеться на прогулку. Так же как погрешность настенных часов в секунду-другую не влияет на нашу пунктуальность. Кредо физики можно выразить так: «Сделай погрешность измерений настолько малой, чтобы она перестала быть важна».