Nobel de Física 2021 vai para cientistas que contribuíram para modelos do aquecimento global

Os vencedores dividirão o prêmio, que totaliza 10 milhões de coroas suecas (cerca de R$ 6,1 milhões). Metade do prêmio será dividido por Syukuro Manabe e Klaus Hasselmann, por um modelo físico do clima da Terra, quantificando a variabilidade e prevendo com segurança o aquecimento global.

A outra metade irá para Giorgio Parisi, por suas "soluções teóricas para uma vasta gama de problemas na teoria de sistemas complexos".

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Todos os três vencedores contribuíram para o entendimento dos sistemas físicos complexos – que podem ter um número enorme de componentes ou serem governados pelo acaso. Um exemplo desse tipo de sistema é o clima da Terra.

Syukuro Manabe, da Universidade de Princeton, nos Estados Unidos, demonstrou como o aumento das concentrações de dióxido de carbono na atmosfera leva ao aumento da temperatura na superfície da Terra.

Ele descobriu que, quando o nível de CO2 na atmosfera dobrava, a temperatura global aumentava mais de 2ºC.

Na década de 1960, Manabe liderou o desenvolvimento de modelos físicos do clima da Terra e foi a primeira pessoa a explorar a interação entre o balanço de radiação e o transporte vertical de massas de ar. Seu trabalho lançou as bases para o desenvolvimento de modelos climáticos.

Cerca de dez anos depois, Klaus Hasselmann, do Instituto Max Planck de Meteorologia, em Hamburgo, na Alemanha, criou um modelo que liga o tempo e o clima – respondendo, assim, à pergunta de por que os modelos climáticos podem ser confiáveis apesar de o tempo ser mutável e caótico.

Ele também desenvolveu métodos para identificar sinais específicos – "impressões digitais" – que fenômenos naturais e atividades humanas imprimem no clima. Seus métodos têm sido usados para provar que o aumento da temperatura na atmosfera é devido às emissões humanas de dióxido de carbono.

Na avaliação do comitê, Manabe e Hasselmann "contribuíram para o maior benefício para a humanidade, no espírito de Alfred Nobel, fornecendo uma base física sólida para nosso conhecimento do clima da Terra".

"Não podemos mais dizer que não sabíamos – os modelos climáticos são inequívocos. A Terra está esquentando? Sim. A causa é o aumento da quantidade de gases de efeito estufa na atmosfera? Sim. Isso pode ser explicado apenas por fatores naturais? Não. As emissões da humanidade são a razão para o aumento da temperatura? Sim", diz o comitê em uma explicação sobre as pesquisas no site.

O terceiro laureado, Giorgio Parisi, da Universidade Sapienza de Roma, na Itália, ficou com metade do prêmio sozinho (5 milhões de coroas suecas, cerca de R$ 3,1 milhões). A descoberta dele é do campo da física teórica – e um pouco mais complexa de entender.

Veja, a seguir, o exemplo que o comitê do Nobel deu para explicar a contribuição do físico para a área dos sistemas complexos:

• Imagine as partículas em um gás. Elas podem ser consideradas como pequenas bolas, voando a velocidades que aumentam com temperaturas mais altas.
• Quando a temperatura cai ou a pressão aumenta, as bolas primeiro se condensam em um líquido e, em seguida, em um sólido. Este sólido é geralmente um cristal, em que as bolas são organizadas em um padrão regular.
• No entanto, se essa mudança acontecer rapidamente, as bolas podem formar um padrão irregular que não muda – mesmo se o líquido for mais resfriado ou comprimido.
• Se o experimento for repetido, as bolas assumirão um novo padrão, apesar de a mudança ocorrer exatamente da mesma forma (veja na imagem abaixo). Por que os resultados são diferentes?

As bolas comprimidas são um modelo simples para vidro comum ou materiais granulares, como areia ou cascalho.

O tema do trabalho de Parisi, entretanto, era um tipo diferente de sistema – o vidro de spin (em inglês, "spin glass"). Este é um tipo especial de liga metálica em que átomos de ferro, por exemplo, são misturados aleatoriamente em uma grade de átomos de cobre.

Mesmo que haja apenas alguns átomos de ferro, eles mudam as propriedades magnéticas do material: cada átomo de ferro se comporta como um pequeno ímã (ou spin), que é afetado pelos outros átomos de ferro próximos a ele.

Em um ímã comum, todos esses "spins" dentro dele apontam para a mesma direção, mas, em um vidro de spin, eles são "frustrados": alguns pares de ímãs querem apontar na mesma direção e outros na direção oposta – então, como eles encontram uma orientação ideal?

Na década de 1970, muitos físicos, incluindo vários ganhadores do Prêmio Nobel, procuraram uma maneira de descrever os vidros spin. Parisi foi o que conseguiu fazer isso, em 1979. Mesmo assim, foram necessários muitos anos para que sua solução fosse provada matematicamente correta.

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"O que o Parisi fez foi tentar descrever macroscopicamente como essas interações microscópicas entre os átomos funcionam. E isso se aplica a vários outros sistemas – até grupos de passarinhos voando juntos", explica o físico Leandro Tessler, professor do Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW), da Unicamp.

"Quando pássaros voam em bando, todos querem estar na região turbulenta, onde gastam menos energia ao bater as asas. Parisi mostrou que considerando somente isso é possível prever a forma e tamanho dos bandos de aves", explica Tessler.

Para o brasileiro, a descoberta é importante porque "permitiu que a gente entenda coisas muito profundas sobre o que chama de sistemas frustrados – sistemas que não conseguiram encontrar o mínimo de energia – aí entra o clima também. Qualquer sistema que por algum motivo não consegue atingir o seu mínimo de energia, a sua configuração mais estável, é descrita pelas equações do Parisi", conclui.

• Syukuro Manabe nasceu em 1931 em Shingu, no, Japão. Obteve o doutorado em 1957 na Universidade de Tóquio. Hoje, é meteorologista sênior da Universidade de Princeton, nos EUA.
• Klaus Hasselmann nasceu em 1931 em Hamburgo, na Alemanha. Obteve o doutorado em 1957 na Universidade de Göttingen. É professor do Instituto Max Planck de Meteorologia em Hamburgo.
• Giorgio Parisi nasceu em 1948 em Roma. Obteve o doutorado em 1970 na Universidade Sapienza de Roma, onde é professor.

No ano passado, o prêmio de Física foi para três cientistas, por descobertas sobre buracos negros.

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A láurea em Medicina foi a primeira a ser anunciada, na segunda (4). Os prêmios em Química, Literatura e Paz serão entregues ainda nesta semana; já a láurea em Economia será divulgada na próxima segunda (11). Veja o cronograma:

• Medicina: segunda-feira, 4 de outubro
• Física: terça-feira, 5 de outubro
• Química: quarta-feira, 6 de outubro
• Literatura: quinta-feira, 7 de outubro
• Paz: sexta-feira, 8 de outubro
• Economia: segunda-feira, 11 de outubro