La trascendencia de los sistemas complejos

El pasado martes (05/10/2021) las ciencias de la complejidad captaron la mirada del mundo, en el momento en que la Real Academia Sueca de Ciencias anunció el Premio Nobel de Física 2021 para los científicos Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann y Giorgio Parisi “por sus innovadoras contribuciones a nuestra comprensión de los sistemas físicos complejos”.

Estos sistemas permiten resolver problemas relacionados con diferentes temas como la diabetes, la contaminación, el calentamiento global, las pandemias, entre otros. Por medio de diversos modelos o muestreos que son llevados a la práctica, es posible tomar decisiones en beneficio de la sociedad.

Los galardonados

El estadounidense Syukuro Manabe junto al alemán Klaus Hasselmann, fueron premiados "por la modelación física del clima de la Tierra, cuantificando la variabilidad y prediciendo de forma fiable el calentamiento global". Fueron quienes sentaron las bases para entender la compleja interacción entre el clima y los humanos.

Mientras que el italiano Giorgio Parisi fue reconocido "por el descubrimiento de la interacción del desorden y las fluctuaciones en los sistemas físicos, desde la escala atómica a la planetaria".

Cabe destacar que “no se está entregando el premio al tema específico del clima o a una técnica dada, sino a los sistemas complejos para entenderlo”, comentó José Luis Mateos, miembro del Centro de Ciencias de la Complejidad (C3) de la UNAM.

Aportaciones que nos permiten comprender el mundo

Gracias a las investigaciones de Manabe ha sido posible entender la complejidad del clima y hacer predicciones futuras al respecto. Fue el primero en llevar a cabo una modelación matemática, para comprender cómo el aumento de los niveles de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera, iban a producir un aumento de la temperatura.

Realizó sus primeros modelos climáticos por medio de simulaciones, donde acopló las temperaturas de la atmósfera con las del océano, para conocer las interacciones que existían en el sistema de la Tierra. Actualmente estos modelos son utilizados para la predicción climática.

Por su parte Klaus Hasselmann demostró que las variaciones en la temperatura presentan huellas dactilares, que están asociadas con el Sol, los fenómenos de efecto invernadero o la actividad humana. Esto le permitió dar a conocer que gran parte del aumento de los gases de efecto invernadero, son causados por huellas humanas. Y a su vez creó un modelo en el que vinculó el tiempo con el clima.

Mientras que el físico Giorgio Parisi fue uno de los pioneros en la investigación de los sistemas complejos, al estudiar los aspectos aleatorios de estos. Estudió un tipo de materiales desordenados, llamados vidrios de spin, y encontró la manera de calcular las propiedades del material como un todo.

“Con ello se reconoce la importancia de estos sistemas para la solución de problemas complejos que enfrentamos actualmente, como lo es el cambio climático; y a su vez reconoce la metodología de una nueva forma de ver el mundo, en que se integra el conocimiento, la multidisciplina, en la solución de problemas”, señaló el coordinador general del C3, el doctor Alejandro Frank.

¿Qué son los sistemas complejos?

Los sistemas físicos complejos no son un sistema de ecuaciones que siguen leyes claras o determinadas, sino que engloban múltiples factores entrelazados, que poseen propiedades emergentes. Las cuales no se pueden estudiar de manera aislada, ya que forman parte de un todo y su comportamiento puede regirse por el azar.

“Son sistemas que en muchos casos están fuera de equilibrio, es decir, cuando tienes un sistema en equilibrio generalmente está aislado, la temperatura es constante y son fáciles de estudiar (…) pero cuando el sistema está fuera de equilibrio es más complicado”, comentó el doctor José Luis Mateos.

El planeta Tierra es un ejemplo de un sistema fuera de equilibrio.

Anteriormente la Física de materia condensada o Física de estado sólido trabajaba con materiales simples y ordenados, como el cristal o los metales, que eran más fáciles de tratar matemáticamente. Hoy en día se busca estudiar y comprender materiales complejos y desordenados, por ello Giorgio Parisi decidió incursionar en esta área.

Otro aspecto de estos sistemas es que son no lineales, y pueden intervenir en ellos fluctuaciones grandes y fenómenos como el caos. Un claro ejemplo de un sistema caótico es el clima, por ello su estudio está ligado con los sistemas complejos.

De acuerdo con Alejandro Frank “los temas complejos tienen propiedades que emergen de la interacción entre ellos y tienen muchas capas que están relacionadas”

Importancia para la sociedad

Los sistemas complejos no pueden ser resueltos por una sola disciplina, ya que se requiere de diversas áreas para poder comprenderlos; por ello los problemas que enfrentamos actualmente, como el calentamiento global y el cambio climático, requieren ser estudiados por distintas disciplinas para buscar una solución.

Para la doctora Ana Leonor Rivera, resulta necesario darnos cuenta que el cambio climático es una realidad que tiene bases físicas. “Este premio nos está diciendo que el sistema que genera el clima de la Tierra y que ha producido este calentamiento global, tiene muchas partes que están interrelacionadas unas con otras”.

 Fuente:

¿Qué son los sistemas complejos y por qué acaban de ganar el Nobel? (05/10/2021).

*Becaria en la Dirección General de Divulgación de la Ciencia