Названы лауреаты нобелевской премии по физике 2018 года

Лауреатами Нобелевской премии 2018 года стали Жерар Мура и Донна Стрикланд

Жерара Мура и Донну Стрикланд наградил Нобелевский Комитет за то, что они изобрели метод генерирования ультракоротких оптических импульсов высокой интенсивности. Эта технология известны усилением чирпированных импульсов. По словам представителей Комитета, благодаря ей были открыты ранее неизвестные области для проведения дальнейших исследований.

Во время исследований и работы над генерацией высокоинтенсивных ультракоротких оптических импульсов специалисты длительное время не могли сгенерировать крайне мощный импульс света. Существуют лазерные усилители, позволяющие увеличивать мощность, однако в определенный момент при максимально большой мощности происходит разрушение самой среды.

Мура и Стрикланд нашли способ разбивания импульса по цветам, создавая, таким образом, радугу — они прогоняли его через усилители несколько раз. После чего, сжимали его обратным процессом. В результате создаются высокоинтенсивные мощные лазерные импульсы, использующиеся в дальнейшей работе для различных задач. Технологию широко используют сейчас в промышленности и медицине. А Донна Стрикланд — это третья женщина-лауреат Нобелевской премии по физике.

Призовой фонд Нобелевской премии в 2018 году — 9 млн крон, что приравнивается к 1 млн долларов США.

Предсказание климата

Несмотря на то что погода на нашей планете изменчива и хаотична, ее можно предсказывать — и вполне надежно. Сюкуро Манабе считается пионером компьютерного моделирования климатических изменений. Он начал изучать феномен глобального потепления задолго до того, как это стало мейнстримом, — еще в 1960-х годах. Манабе одним из первых продемонстрировал, как повышенный уровень углекислого газа в атмосфере приводит к повышению температуры на поверхности Земли. Также он был первым ученым, исследовавшим взаимодействие между радиационным балансом и вертикальным переносом воздушных масс. Его работы лежат в основе современных климатических моделей.

О том, что может произойти с нашей планетой из-за потепления климата, мы рассказывали в материале «Пять теорий скорого апокалипсиса», основанном на исследованиях ученых и компьютерном моделировании. Даже краткий перечень может вогнать в уныние: глобальное потепление грозит затоплением прибрежных городов и целых стран из-за поднимающегося уровня океана, вымиранием 40% насекомых и многих видов животных, для которых они служат пищей, опустыниванием больших территорий, экстремальными природными явлениями, переселением животных и насекомых с юга и приходом сопутствующих смертельных болезней (таких как малярия, лихорадка денге, вирус Западного Нила и пр.) и другими опасными последствиями. Также климатологи видят большую угрозу на дне Мирового океана. Если вода потеплеет на несколько градусов, гигантские запасы природного газа поднимутся к поверхности, спровоцировав резкое прогревание атмосферы Земли. В истории планеты такое случалось несколько раз и приводило к окончанию ледниковых эпох или наступлению термических максимумов с катастрофическими последствиями для биосферы.

Свежий нобелевский лауреат Клаус Хассельман доказал, что повышение температуры в атмосфере вызвано антропоморфным фактором, а именно — выбросами углекислого газа человеком. Разработанные им методы предсказаний позволили объединить погоду и климат с учетом случайных процессов, таких как деятельность человека и стихийные природные явления. Ученый не раз подчеркивал необходимость широты знаний в физике и говорил о том, что выход за пределы своей специализации сулит новые открытия. Это подтверждает и биография лауреата. В своих исследованиях Хассельман начал с изучения океанических волн, прошел через физику элементарных частиц и квантовую теорию поля и лишь затем пришел в область моделирования климата.

Дожить до Нобеля и не умереть

Физики шутят: чтобы получить Нобелевскую премию, надо долго жить. И в этом году сработал тот же принцип. Нобелевский комитет присудил премию по физике двум 90-летним ученым и их более «молодому» коллеге 73 лет. Из призового фонда в $1,1 млн одну половину разделят поровну японец Сюкуро Манабе (родился 21 сентября 1931 года), который много лет живет в Америке и работает в Принстонском университете, и его ровесник из Германии Клаус Хассельман (ему исполнится 90 лет 25 октября), представляющий Институт метеорологии Макса Планка. Усилия обоих ученых были направлены на оценку изменения климата и его предсказание. Нобелевский комитет премирует их «за физическое моделирование климата Земли, количественную оценку изменчивости и надежное прогнозирование глобального потепления».

Вторую половину премии получит 73-летний итальянец Джорджо Паризи из римского университета Ла Сапиенца. Ему достанется полмиллиона долларов «за открытие взаимодействия беспорядка и флуктуаций в физических системах от атомных до планетарных масштабов». Флуктуация — это любое случайное отклонение какой-либо величины.

На протяжении четырех десятилетий Паризи изучал сложные неупорядоченные системы, заинтересовавшись ими еще в 1980 году, и с тех пор заложил мощный научный фундамент для различных предсказаний в тех системах, где господствуют хаос и беспорядок (например, климат Земли). «Его открытия являются одними из самых важных вкладов в теорию сложных систем, — говорится в пресс-релизе Нобелевского комитета. — Они позволяют понять и описать множество различных и явно совершенно случайных материалов и явлений не только в физике, но и в других, очень разных областях, таких как математика, биология, нейробиология и машинное обучение».

Отметим, что победу Джорджо Паризи предсказывали эксперты. Его имя фигурировало в рейтинге самых цитируемых ученых 2021 года, которую накануне Нобелевской премии традиционно выпустила компания Clarivate. Мы также упоминали его в обзоре «Кто получит Нобелевскую премию — 2021?». Так что его номинирование не стало сюрпризом. А вот тему изменения климата на Земле никто в прогнозах не упомянул.

Скрытые закономерности

Другая половина Нобелевской примени присуждена за открытие в начале 1980-х годов «скрытых закономерностей в неупорядоченных сложных материалах», что сокрыты за кажущимися случайными движениями и завихрениями в газах или жидкостях. Его работа являются важным вкладом в теорию сложных систем, а также примечательно тем, что ее аспекты можно применить к нейробиологии, машинному обучению и формированию полета скворцов.

Итальянский физик-теоретик Джорджо Паризи. Система, которая была им рассмотрена около 1980 года, называется спиновым стеклом, хотя разработанные методы и сформулированные принципы оказались применимыми к значительно более широкому спектру объектов.

Доктор Паризи – итальянский физик-теоретик, родившийся в 1948 году в Риме, чьи исследования были сосредоточены на квантовой теории поля и сложных системах. Он получил степень доктора философии в Римском университете Сапиенца в 1970 году. Является профессором Римского университета Сапиенца.

Итак, какие системы ученые называют сложными? Те, что состоят из множества частей, взаимодействующих друг с как самостоятельные элементы. Их одновременное взаимодействие, будучи разнонаправленным, придает сложной системе ее отличительную черту, а именно появление новых свойств, которые отсутствуют на уровне отдельных элементов и не сводятся к характеристикам элементов, составляющих систему.

Уже исходя из одного определения, можно понять, насколько сложная эта тема. И описать ее с помощью математики невероятно трудно, ведь необходимо учесть все возможные варианты взаимодействия элементов друг с другом. А элементы, как известно, часто ведут непредсказуемо, так что в любой системе огромную роль играет Его Величество Случай.

Церемония вручения Нобелевской премии по физике, 2021 год.

Но около 40 лет назад Джорджо Паризи доказал, что совершенно случайные на первый взгляд факторы связаны между собой и даже подчиняются определенным правилам. Если попробовать объяснить совсем простыми словами, то работа итальянского физика позволяет свести воедино все неизвестные переменные. Их объединение, например, в «общий фактор неопределенности» значительно повышает точность не только расчетов, но и предсказаний.

Что вновь возвращает нас к предыдущим лауреатам и их работе по климатическому моделированию: работа Паризи позволяет климатологам строить значительно более точные модели происходящих климатических изменений, как в результате антропогенной деятельности, так и множество других факторов.

Развитие физического познания охватывает все новые области действительности. И физика сложных систем – как раз одно из них.

В заключении же хочу сказать, что работа итальянского физика демонстрирует нам, что «понять лес, созерцая дерево – не сложно. На самом деле это невозможно». Порядок, отмечает Паризи, существует только на соответствующем масштабе и хаос «на нижнем уровне» ему не помеха. Безусловно, можно искать закономерности и в климате и погоде – но лишь на уровне статистики и учтя при этом множества прочих факторов – сложные системы требуют неординарных решений.