Quina relació hi ha entre el trencament de simetria de rèpliques de Giorgio Parisi i els models climàtics de Syukuro Manabe i Klaus Hasselmann, guanyadors tots tres del premi Nobel de Física 2021?
El catedràtic de Física de la UB Fèlix Ritort explica que totes dues línies inclouen la teoria de les variables lentes i les variables ràpides, i afegeix que la comunicació oberta entre científics de camps diversos és el que permet «crear les coses més grans».
També especula amb les similituds entre el fenomen descobert per Parisi i la teoria del caos descoberta per Edward Lorenz.
Escolta-ho aquí:
Aquesta és la transcripció aproximada d’aquest fragment:
Josep Maria Camps Collet (JMCC): No sé si els responsables d’atorgar el premi Nobel de Física han estat capaços de fer una lectura d’aquest tipus, perquè ells parlen de física, es clar, parlen d’escales moleculars a escales planetàries. Com es reflexa això? Perquè són paraules grans, és gairebé com si es pogués plantejar com una teoria del tot, no? Com es podria dir que una galàxia està determinada per aquest trencament de simetria de rèpliques?
Fèlix Ritort (FR): Molt bona pregunta. De fet el que t’he exposat abans és la meva opinió personal de la projecció cap al futur, el premi Nobel reconeix el que s’ha fet, percep que això pot tenir moltes implicacions…
JMCC: Sí, però afirma això de les «escales planetàries»…
FR: Vols que et digui la resposta sincera? I don’t know, no ho sé, perquè jo quan vaig veure això de «les escales planetàries»… la molecular ho he argumentat una mica, amb l’ARN, bé, a nivell molecular hi ha un cert desordre. Si em preguntes si al nucli atòmic, que té quarks, tot d’interaccions, gluons, es pot descriure per la simetria de rèpliques, doncs potser allà… Però jo crec que la resposta a la projecció cap a sistemes grans del comitè Nobel una mica és el que fa unió amb l’altra meitat del premi Nobel, el canvi climàtic. Aquí és on entren les grans escales. És a dir: el canvi climàtic té alguna cosa a veure amb la teoria de Parisi? De fet, la teoria de Hasselmann, que separa l’evolució dels canvis climàtics… fa una teoria diguéssim del que seria el canvi climàtic en escales de temps no de dies o de mesos, sinó amb escales de desenes d’anys, de centenars d’anys, a escales molt grans, és una mica la teoria de les variables lentes i de les variables ràpides, que també apareix en la teoria dels sistemes desordenats de Parisi, sobretot quan es fa la versió dinàmica.
Les espècies, els humans, com si fóssim estats d’aquest trencament de simetria de rèpliques, naixem i morim, i triguem 100 anys, una mosca tres dies, però l’espècie evoluciona molt més lentament. Hi ha dues escales de temps, la personal, entre cometes «ràpida», i la lenta a nivell d’espècie. Això és una mica com el canvi climàtic: avui plou, demà no plou, això és una escala ràpida, després hi ha el canvi climàtic que ha demostrat rigorosament Hasselmann, i també els models de Manabe, etc, de que és degut a causes humanes, i això són dues escales de temps, i hi ha aquesta analogia. Per tant, no és absurd pensar que aquests models, aquestes teories del canvi climàtic, que connecten també amb la teoria de Parisi, són les que projecten el que pot passar a escales ja molt més grans, a nivell de l’univers o d’una galàxia. Clar, no hi ha canvi climàtic, en una galàxia. Llavors jo crec que aquesta paraula, «escales molt grans», és per dir que a escales molt grans els sistemes estan fent moltes unitats constituents, moltes estrelles, una galàxia està feta d’estrelles que interaccionen.
JMCC: Es clar, a escales planetàries potser es referia només al planeta Terra. En això hi ha una cosa que m’ha picat la curiositat perquè de fet és una analogia, no sé fins a quin punt és una metàfora o realment hi ha relació: l’experiment o la troballa clàssica de Lorenz del seu atractor, i el que li va passar amb el seu «model de joguina» (em fa molta gràcia que el comitè Nobel ho considera «un model de joguina») amb el temps amb 3 o 6 equacions, creant un model i replicant-lo i anar fent diverses versions i veient que cadascuna sortia cap una banda i feia una previsió del temps a mig i llarg termini diferent, absolutament diferent, m’ha suggerit que allò era com un mètode de rèplica, que el que fa és repetir diverses vegades el mateix, veure que divergeixen, i després veure que, depèn de com es visualitzi el resultat, crea un atractor. No sé fins a quin punt hi ha una relació profunda o és només una analogia entre el que és el trencament de simetria de rèpliques de Parisi i l’atractor de Lorenz. O és una empanada meva?
FR: Tu hauràs llegit segurament el report del comitè Nobel, precisament comença parlant de la complexitat, els inicis, una mica la història, i la teoria del caos, la teoria de Poincaré és una teoria matemàtica, que és de sensibilitat de les equacions deterministes no lineals a les condicions inicials. Llavors això és una de les primeres teories que demostren que un sistema d’equacions diferencials de 3 variables et pot donar una complexitat enorme, i de fet et dona una impredictibilitat a nivell pràctic. Té una certa relació amb la teoria de Parisi, el que passa és que no hi ha una teoria de les rèpliques que jo conegui pels sistemes caòtics deterministes, o si es vol, no hi ha una teoria de rèpliques aplicable a la solució del model de Lorenz, jo no la he vist.
No vol dir que no existeixi, de vegades hi ha coses molt separades en el temps i la comunitat científica que aborda un problema desconeix el que s’ha fet posteriorment i viceversa. Llavors, hi ha una certa similitud, perquè en els sistemes desordenats una cosa és la descripció de molts estats, però després hi ha el problema dinàmic, és a dir: si jo començo amb una configuració, cap on vaig? I això, quan he parlat abans de la física del no equilibri, de la dinàmica dels vidres d’espí, és tota aquesta problemàtica: com evoluciona un sistema amorf en molts estats quan jo començo aquí o començo allà. I en això sí que s’assembla a la teoria del caos, perquè aquesta teoria té aquesta sensibilitat a les condicions inicials: si tu tens una infinitat d’estats, perquè aquesta teoria de Parisi no prediu que hi ha dos o tres estats, però diu que hi ha una infinitat, n’hi ha un que domina, però després n’hi ha molts més.
Es clar, depèn d’on comencis te’n vas cap aquí o te’n vas cap allà, i això és una cosa que passa amb els sistemes desordenats, per tant, hi ha aquesta sensibilitat a les condicions inicials. Per exemple: les molècules d’ARN o les proteïnes de vegades es pleguen en molts estats, la biologia vol que es pleguin en una, que és la que dona la funcionalitat, però pobres proteïnes, quan es degraden en el cervell, ja no es pleguen correctament, i donen lloc a unes estructures, que es diuen prions, que comencen a formar uns agregats que són tòxics, i això són les malalties neurodegeneratives, el Parkinson, l’Alzheimer, etc. hi ha aquesta similitud a nivell de condicions inicials. Però seria molt maco fer una solució analítica del model de Lorenz amb la teoria de rèpliques, no l’he vist però segurament si ens hi posem ho podem fer.
JMCC: Bé, Parisi diu, i penso que té raó i que la història de la ciència li corrobora: que una idea que surt en un lloc es pot anar aplicant a molts altres llocs, ho anomena «cross fertilization», que és un concepte molt bonic: surt una idea en un camp però diuen, això té analogia allà, i podem intentar aplicar-ho, i per això em suggeria que potser, no que hi hagués hagut una «cross fertilization», però que haguessin arribat al mateix punt amb una idea similar.
FR: És així… Cross fertilization, l’altre dia estava llegint, ara em vull llegir l’article del Hasselmann del 60, perquè està molt relacionat amb una cosa que estic fent ara en col·laboració amb un grup italià, de la universitat de Padova, molt maca, molt nova, que són aquelles coses que són complicades, no l’entenc encara totalment però intueixo que és profunda. Trobes una cosa, i dius: no ho estic entenent, però no deixis això, continua perquè és profund, hi ha alguna cosa. I quan vaig llegir el resum de l’article (l’abstract del paper) del Hasselmann, més que no pas el Manabe, perquè aquest havia fet models més clàssics de convecció, de transferència de massa i de calor.
Però el Hasselmann és el que fa aquest model pel canvi climàtic que és el que ara ens ha demostrat sobretot que hi ha un canvi climàtic per causes externes, exògenes, degut a l’acció humana. I això passa de vegades, amb aquesta cross fertilization hi crec totalment, i en això hi contribueix la comunicació entre humans, entre persones diferents. Si pots parlar amb la gent més diferent és quan pots crear les coses més grans, perquè són dos punts de vista diferents, i el poliedre que és el coneixement comença a girar i et porta en qualsevol direcció. Una mica poètic, però com que m’estàs gravant, hala, ho dic! (riu)
Aquest és un fragment del segon programa de Sistema Gaia, pots escoltar-lo sencer en aquest podcast:
I aquí trobaràs la transcripció de la xerrada sencera:
Perquè Giorgio Parisi ha rebut el premi Nobel de Física 2021?
Sistema Gaia 