Nobelprijs voor scheppers van orde in complexiteit – zoals het klimaat

Nobelprijs Natuurkunde Hoe zijn chaotische systemen zoals het klimaat te voorspellen? Drie wetenschappers speelden hierbij een belangrijke rol.

Zicht op een zeer zware onweersbui (een supercel). Het weer is een soort ruis boven klimaatvoorspellingen.
Zicht op een zeer zware onweersbui (een supercel). Het weer is een soort ruis boven klimaatvoorspellingen. Foto Getty Images

Eindelijk: klimaatonderzoek heeft nu ook de hoogst mogelijke natuurwetenschappelijke onderscheiding gekregen. De Nobelprijs voor Natuurkunde ging naar het bestuderen van complexe systemen, en het klimaat op aarde ís zo’n complex systeem. Veel verschillende processen die plaatsvinden op verschillende tijd- en ruimteschalen, van een enkele regendruppel tot grootschalige oceaancirculaties, spelen een rol in de voorspelling hoe het klimaat er over jaren uitziet.

Het Nobelcomité van de Zweedse Academie van Wetenschappen maakte de winnaars van de prijs dinsdag bekend. Het is een gedeelde prijs voor uiteenlopende onderzoeken met een gemeenschappelijk thema. De ene helft van de prijs gaat naar de Japanner Syukuro Manabe (1931) en de Duitser Klaus Hasselmann (1931). Zij speelden een belangrijke rol in de ontwikkeling van klimaatmodellen. De andere helft gaat naar de Italiaan Georgio Parisi (1948). Hij ontvangt de prijs voor zijn ontdekking van patronen in complex, chaotisch materiaal.

Complexiteit is niet alleen het onderwerp van de prijs, „de prijs zelf zit dit jaar dus ook complex in elkaar”, zegt Robbert Dijkgraaf, directeur van het Institute for Advanced Study in Princeton. „Wat de prijzen gemeen hebben, is dat ze beide vanuit de natuurkunde omschrijven hoe we complexe, chaotische systemen op de lange termijn voorspellen. De wiskunde werkt voor beide onderwerpen hetzelfde, dat is wat ze verbindt. Mooi dat de prijs laat zien hoe breed de fysica is.”

Oorzaak klimaatverandering

Manabe is de grondlegger van de fysische klimaatmodellen. In de jaren zestig maakte hij een model waarmee hij voorspelde hoe de temperatuur op aarde stijgt door een toename aan CO2 in de atmosfeer. Nieuwere modellen, met meer rekenkracht en meer detail, zijn op het model van Manabe gebaseerd.

Hasselmann koppelde klimaatmodellen aan weermodellen. Hij ziet het weer als iets chaotisch, als een soort ruis boven de klimaatvoorspellingen. Ook leverde hij een belangrijke bijdrage aan het bepalen van de oorzaak van de klimaatverandering. Hij bedacht een methode waarmee wetenschappers de menselijke en natuurlijke invloeden op het klimaat van elkaar kunnen onderscheiden. Zijn methode bewees dat mensen de oorzaak zijn van de klimaatverandering.

Parisi werkte niet aan klimaatmodellen, maar aan spinglas. Dat is een mengsel van koper en ijzer met een gekke oriëntatie van de magnetische onderdelen. Normaal, in standaardmagneten, wijzen de magnetische onderdelen allemaal in een bepaalde richting, maar in spinglas is die oriëntatie willekeurig. Parisi vond toch een patroon in de chaos, door te bestuderen hoe de atomen zich als groep in het spinglas gedragen. „Een beetje zoals vogels in een zwerm”, zegt Daniel Bonn, natuurkundige aan de Universiteit van Amsterdam. „Om het systeem, de zwerm, te begrijpen, kijk je niet naar één vogel, maar naar het collectieve gedrag van de vogels en hoe zij zich onderling gedragen.”

„In klimaatmodellen zijn chaotische systemen zoals spinglas ook belangrijk”, zegt Dijkgraaf. „Het klimaat is een samenstelling van heel veel willekeurige processen bij elkaar, soms op microscopische schaal. Parisi laat ons zien dat complexiteit geen excuus is om het klimaat niet te voorspellen.”

Onomkeerbare gevolgen

Maarten Krol, hoogleraar luchtkwaliteit en atmosferische chemie in Wageningen, vindt de prijs terecht en benadrukt dat klimaatmodellen nu cruciaal zijn. „We hebben geen extra aarde om experimenten mee te doen in het lab. De enige manier om te voorspellen wanneer het westen van Nederland onderloopt door de stijgende zeespiegel, is met modellen.”

Anna von der Heydt, universitair hoofddocent vloeistofdynamica en turbulentie aan de Universiteit Utrecht, ziet deze Nobelprijs dan ook als boost voor klimaatvoorspellingen: „Er wordt nu veel onderzoek gedaan naar de onomkeerbare gevolgen van klimaatverandering, bijvoorbeeld het smelten van de ijskappen en zee-ijs en het ontdooien van permafrost. In dat onderzoek worden veel theorieën gebruikt uit de studie naar complexe systemen.”

Het is bijzonder dat de Nobelprijs voor Natuurkunde gaat naar zo’n maatschappelijk thema. De Nobelprijs voor de Economie en de Vredesprijs gingen wel al eerder naar klimaat. Op 31 oktober is de klimaatconferentie van de Verenigde Naties. Dan zullen landen gezamenlijk hun plannen herformuleren om de klimaatdoelstellingen van het Parijsakkoord te halen.

Manabe, Hasselmann en Parisi ontvangen een bedrag van 10 miljoen Zweedse kronen (ongeveer 955.000 euro) én een gouden medaille met een afbeelding van Alfred Nobel. Het geld wordt verdeeld over de winnaars.

Met medewerking van Bram van Duinen