Dopo ben 13 anni, il premio Nobel per la fisica torna in Italia grazie a Giorgio Parisi e i suoi studi sui sistemi complessi. Il riconoscimento è stato insignito al fisico italiano, in condivisione ad altri due scienziati, Syukuro Manabe e Klaus Hasselmann.
Sebbene i motivi di assegnazione del premio ai tre ricercatori sembrano apparentemente non correlati, il collegamento tra le scoperte scientifiche c’è. Giorgio Parisi viene premiato per le sue scoperte sull’interazione tra il disordine e le fluttuazioni nei sistemi fisici complessi. Manabe e Hasselmann invece per i risultati delle loro ricerche riguardo il clima terrestre e il cambiamento climatico. Il lavoro dei tre ricercatori ha permesso di raggiungere un importante risultato: un fenomeno non potrà mai essere compreso a fondo se non si è in grado di capire la natura della sua variabilità.
La ricerca del Professor Parisi nel campo della fisica teorica per cui ha vinto il Nobel è legata allo studio dei sistemi complessi, che ha iniziato circa quarant’anni fa, nel 1978. Ma cosa si intende con “sistemi complessi”? Come ha spiegato il prof Parisi in un’intervista rilasciata dopo il Nobel, un bicchiere d’acqua è un sistema semplice. Esso infatti viene descritto attraverso la misurazione di volume, pressione e temperatura e il suo contenuto è un insieme di molecole uguali. Diversamente invece, un essere vivente, come ad esempio un animale, è un sistema estremamente complesso. Per spiegarlo è infatti necessario studiarne non solo l’aspetto esteriore, ma anche quello interiore (cellule, organi, ormoni, etc… ) oltre che quello affettivo.
All’interno dei sistemi complessi
La complessità di un sistema deriva da quello che viene chiamato disordine. Questo può essere visto come una sorta di diversità che determina comportamenti del sistema casuali, non facili da prevedere. Consideriamo ad esempio un insieme di 10 palline tutte uguali. Queste sono disposte a una certa distanza le une dalle altre. Ognuna di esse è legata alle altre con un filo rosso. Questo legame rappresenta quella che in fisica viene chiamata “interazione“. Assumendo il colore rosso del filo come se fosse una specifica tipologia d’interazione, in questo sistema, quindi, ogni pallina interagisce con le altre allo stesso modo.
Se ora però alcune palline, scelte a caso, vengono legate con fili di colore diverso, ad esempio giallo e blu, si viene a creare del disordine. Le interazioni reciproche sono differenti e di conseguenza il modo con cui queste palline si comportano è più complesso rispetto al caso precedente. Perché?
Lo studio di un sistema risiede nella ricerca del cosiddetto “minimo energetico“, ossia lo stato in cui il sistema è in equilibrio con ciò che lo circonda. La presenza di fili di diverso colore nel nostro insieme di palline rende questa indagine complicata. Il disordine infatti determina diversi minimi energetici in cui il sistema può trovarsi, rendendo difficile una descrizione complessiva della struttura studiata. Semplificando il concetto, il professor Parisi ha introdotto una quantità che permette di muoversi tra la moltitudine di possibili stati in cui si può trovare il sistema. Il suo contributo in questo campo di ricerca permette tuttora di comprendere e descrivere molti materiali e fenomeni di natura complessa, sia su scale atomiche che planetarie.
Il clima e i suoi sottosistemi
Com’è legato questo studio sui sistemi complessi alle ricerche sul clima terrestre e sui cambiamenti climatici? In queste indagini, sono stati importanti i contributi di Syukuro Manabe, meteorologo e climatologo giapponese, e Klaus Hasselmann, oceanografo e modellista climatico tedesco, che condividono la seconda metà del Nobel. Manabe è stato il primo ricercatore a comprendere che l’aumento di anidride carbonica nell’atmosfera determina un incremento della temperatura del pianeta. La causa di questo fenomeno, noto come “effetto serra“, risiede nella capacità di questo gas di assorbire la radiazione solare che la Terra è solita riflettere nello spazio.
Il lavoro di Hasselmann invece, si è concentrato sulla creazione di modelli per collegare il tempo al clima. Ma non solo. Ha infatti sviluppato dei metodi per identificare le cause maggiori di emissione di anidride carbonica nell’atmosfera, attribuite non solo a fenomeni naturali ma anche all’attività umana. Il legame delle ricerche di Parisi con quelle sul clima riguardano la natura stessa di quest’ultimo, ossia quella di sistema complesso. Il suo studio infatti prevede una caratterizzazione di diversi sottosistemi climatici, come ad esempio l’atmosfera, l’oceano, la biosfera, su molte scale temporali. Questi studi hanno quindi dimostrato che il riscaldamento globale è scientificamente provato e basato su solide basi delle fisica.
Chi è Giorgio Parisi?
Nato il 4 agosto del 1948 a Roma, Giorgio Parisi è un fisico teorico italiano noto soprattutto nel campo della fisica statistica e nella teoria dei campi. Da ricercatore presso il CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche) e successivamente l’INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), nel 1981 è diventato un docente ordinario in fisica teoria all’Università di Tor Vergata. Circa 10 anni dopo, gli viene conferita la stessa cattedra al La Sapienza di Roma.
Una delle domande a cui il professor Parisi si è trovato a rispondere è proprio cosa ci si aspetta nel futuro della fisica italiana? I nomi di Guglielmo Marconi ed Enrico Fermi si trovano tutt’ora nei libri di scuola e universitari. A essi da aggiungere quelli di Segrè, Rubbia e Giacconi, oltre che quello dello stesso Parisi.
Il pensiero condiviso dallo scienziato neo vincitore rispecchia la realtà che molti studenti e ricercatori si trovano a vivere di persona. Perché, come dice il professore, la scuola della fisica italiana ha formato, e sta tuttora formando, moltissimi giovani in grado di portare avanti la ricerca. Ma almeno la metà di questi sono costretti ad andare all’estero perché in Italia non trovano posto. La speranza quindi, nell’attesa del prossimo premio Nobel italiano per la fisica, è quella di trovare nell’Italia un paese più ospitale per i giovani ricercatori, che hanno solo il sogno di contribuire alla comprensione di ciò che muove il mondo e l’Universo. Il Professor Parisi, a questo scopo, nel 2016 è stato uno dei fondatori e sostenitori della campagna Salviamo la ricerca.
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