2021 Nobel Fizik Ödülü Sahiplerini Buldu
2021 yılı Nobel Fizik Ödülü’nü Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann ve Giorgio Parisi kazandı.
2021 Nobel Fizik Ödülü’nün bu yılki sahipleri Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann ve Giorgio Parisi oldu. İsveç Kraliyet Bilimler Akademisinden yapılan açıklamada Manabe ve Hasselmann’ın geliştirdikleri iklim modelleri ve insanların Dünya’nın iklimine etkileri ile ilgili çalışmaları nedeniyle, Parisi’ninse düzensiz karmaşık malzemelerle ilgili kuramlara katkısı nedeniyle ödüle layık görüldükleri açıklandı.
Manabe (Princeton Üniversitesi), Güneş’ten gelen radyasyon, Dünya’dan gelen IR, atmosferdeki konveksiyon ve su buharının gizli ısısının etkileşimini araştırmak için erken iklim modelleri geliştirdi. 1967 yılında artan atmosferik karbondioksitten kaynaklanacak küresel yüzey sıcaklıklarındaki artışın ilk tahminini sundu.
Yaklaşık on yıl sonra, Hasselmann (Hamburg, Almanya’daki Max Planck Meteoroloji Enstitüsü), havadaki dalgalanmaları gürültü olarak birleştiren stokastik bir iklim modeli yarattı. Ayrıca, insanların etkisi de dahil olmak üzere iklim üzerindeki ayrık etkilerin ve bıraktığı izlerinin nasıl tanımlanabileceğini ve çıkarılabileceğini de gösterdi.
Parisi (Roma Sapienza Üniversitesi) spin-cam problemini ele aldı: Manyetik spinler, rekabet halindeki enerjik ve geometrik kısıtlamalara maruz kaldıklarında kendilerini nasıl yönlendirir? Olası konfigürasyonlarda kalıplar bulan çözümü matematik, biyoloji, sinirbilim ve makine öğrenimini etkiledi.
Karmaşık sistemler birbiriyle etkileşim hâlinde olan çok sayıda alt sistemden oluşur. Bu sistemleri matematik diliyle ifade etmek zordur. Ayrıca karmaşık sistemler kaotik olabilir; başlangıç koşullarındaki ufak farklar, sistemin zaman içindeki gelişiminde çok büyük değişikliklerin ortaya çıkmasına neden olur. Bu yüzden karmaşık sistemlerle ilgili hassas tahminler yapmak zordur. Bu yıl Nobel Fizik Ödülü’nü kazanan araştırmacıların her üçü de karmaşık sistemler ve bu sistemlerin zamanla gelişimi hakkındaki bilgi birikimine önemli katkılar yaptılar.
Bir sıvıyı soğutarak katılaştırdığımızı düşünelim. Ortaya çıkan katı genellikle kristalli yapıda olur yani içerisindeki atomlar düzenli bir yapı oluşturur. Ancak soğutma işlemi yeteri kadar hızlı yapılırsa atomlar düzenli bir yapı oluşturacak zamanı bulamaz, sonuçta ortaya düzensiz bir yapı çıkar.
Düzensiz yapıdaki malzemelerin örneklerinden biri, günlük hayatımızın her alanında karşımıza çıkan camlardır. Cam üretimi sırasında ham maddeler önce sıvılaştırılır, sonra hızla soğutulur. Böylece düzensiz yapıda bir katının ortaya çıkması sağlanır.
Giorgio Parisi’nin üzerine çalışmalar yaptığı spin camları da sıradan camlar gibi düzensiz yapıdaki malzemelerdir. Bu malzemelere örnek olarak içine demir karıştırılmış bakırı örnek verebiliriz. Demir atomları sayıca az olsa da malzemenin manyetik özelliklerinde önemli değişikliklere sebep olur. Her bir demir atomu küçük bir mıknatıs gibi davranır ve çevresindeki diğer demir atomlarıyla etkileşim hâlindedir. Sıradan bir mıknatısta tüm atomların spinleri aynı yönde hizalanma eğilimindedir. Ancak spin camlarındaki atomların spinleri düzenli bir yapı oluşturmakta zorlanır.
Parisi, 1979’da istatistiksel mekanikte sıklıkla kullanılan bir yöntemin spin camları ile ilgili çalışmalara uyarlanabileceğini gösterdi. Parisi’nin bulduğu çözümün matematiksel olarak ispatı ise ancak yıllar sonra yapıldı. Parisi’nin yöntemi bugün karmaşık sistemlerle ilgili bilimsel çalışmalar açısından bir kilometre taşı olarak görülüyor.
Parisi, karmaşık sistemlerle ilgili başka problemler üzerine de önemli çalışmalar yaptı. “Neden periyodik olarak tekrar eden buzul çağları var?”, “Kaos ve türbülansın daha genel bir matematiksel ifadesi mümkün mü?”, “Sığırcık kuşlarının mırıldanmasında örüntüler nasıl ortaya çıkar?” gibi ilk bakışta birbiriyle pek ilgili gibi görünmeyen ancak tamamı karmaşık sistemler çatısı altında değerlendirilebilecek çeşitli konularda başarılı sonuçlar elde etti.