Zgodnie z niepisaną tradycją szwedzki Komitet Noblowski o swojej decyzji zwykł zawiadamiać nowych laureatów z prawdziwie skandynawską skromnością, dzwoniąc do nich o poranku. O przyznaniu Nagrody Nobla szczęśliwcy dowiadują się w najróżniejszych okolicznościach i o różnym czasie, gdyż godziny poranne w Sztokholmie na ogół nie odpowiadają tym samym porom dnia w innych miejscach globu. Nowo nagrodzeni zaskakiwani są na przykład na pokładzie samolotu lub podczas robienia prania. Bywają też wyrywani z głębokiego snu dobijaniem się do drzwi przez sąsiada, który przed chwilą również dowiedział się, że otrzymał to zaszczytne wyróżnienie i krzyczy: „Paul, tu Bob Wilson. […] Dostałeś Nagrodę Nobla. Próbują się z tobą skontaktować, ale nie mogą. Wygląda na to, że nie mają do ciebie numeru”1.
Taka właśnie zabawna historia przydarzyła się dwóm przyjaciołom, a zarazem laureatom Nagrody Nobla w dziedzinie ekonomii w roku 2020 Paulowi Milgromowi oraz Robertowi Wilsonowi (obejrzeć ją można w serwisie YouTube).
W dniu ogłaszania zeszłorocznej Nagrody Nobla z fizyki, 5 października, słynny telefon od Thomasa Perlmanna, sekretarza Komitetu Noblowskiego rozdzwonił się w Princeton, Hamburgu i Rzymie. Odebrali go naukowcy zajmujący się zagadnieniami dotyczącymi klimatu: Japończyk Syukuro Manabe i Niemiec Klaus Hasselmann, a także włoski fizyk teoretyk Giorgio Parisi badający między innymi układy szkliste. Nagrodę przyznano „za przełomowy wkład w rozumienie złożonych układów fizycznych” – tak Szwedzka Królewska Akademia Nauk uzasadniła swoją decyzję. Mnie jednak zagadnienia, którymi interesują się nagrodzeni naukowcy, czyli klimat, a zatem pogoda oraz układy szkliste, w slangu fizyków zwane po prostu „szkłem”, uparcie kojarzą się z tytułem wielkiego przeboju zespołu Lombard „Szklana pogoda” brawurowo wykonywanym przez Małgorzatę Ostrowską.
Czy klimat oraz tajemnicze „układy szkliste”, których naturę postaram się za chwilę wyjaśnić, możemy uważać za układy złożone? I jaki jest związek owych „układów szklistych” ze szkłem? Ogólnie mówiąc, systemy złożone obejmują niezmiernie szeroką gamę zjawisk, w których ogromna liczba składników oddziałuje ze sobą w sposób nieuporządkowany. Tymi składnikami mogą być zarówno atomy, cząsteczki, neurony, białka, ale też gatunki zwierząt, ptaki w stadzie, ludzie w społeczeństwie… Bez wątpienia klimat, jego zmiany i ich przewidywanie oraz wpływ, jaki wywiera na niego działalność człowieka, należą do bardzo złożonych, a zarazem trudnych do opisania zagadnień. Układy szkliste rzeczywiście mają wiele wspólnego ze zwykłym szkłem, w którym sposób rozmieszczenia podstawowych budujących je elementów jest nieuporządkowany i przypomina rozmieszczenie cząsteczek w cieczy lub gazie. Każde szkło wykazuje tendencję do krystalizacji i tworzą się w nim niewielkie „kryształki”, które jednak bardzo szybko zanikają. Konkurencja procesów tworzenia się i rozpadu owych kryształków powoduje, że wiele szkieł nie zdoła skrystalizować nawet w nieprawdopodobnie długim czasie, porównywalnym z wiekiem wszechświata. Dobrym przykładem stanu szklistego jest niekrystaliczna „wata cukrowa” otrzymywana przez gwałtowne schłodzenie roztopionej masy cukrowej, podczas gdy przy bardzo powolnym chłodzeniu tej masy powstaje krystaliczny cukier.
Giorgio Parisi zajmował się właściwościami innych, ciekawych przedstawicieli rodziny układów szklistych jakimi są szkła spinowe. W tym przypadku nieporządek oraz rodzące się obszary uporządkowane związane są z ogromną liczbą spinów, które możemy utożsamiać z „mikroskopijnymi magnesami” rozmieszczonymi we wnętrzach ciał magnetycznych. Właściwości takich ciał są oczywiście bardzo złożone. Aby je zrozumieć, Giorgio Parisi użył specjalnego triku matematycznego tzw. metody repliki. Udowodnienie, że rozwiązanie, które zaproponował Parisi, jest poprawne, zajęło wiele lat. Wysiłek ten, podjęty przez francuskiego matematyka Michela Talagranda, według Yana Fyodorova, fizyka z King’s College London, „stworzył całe pole badań [zjawisk] prawdopodobieństwa” [²]. Inny z wieloletnich współpracowników noblisty, Juan Jesús Ruiz- Lorenzo z Uniwersytetu w Estremadura, wspomina, że Parisi „to osoba, która myśli bardzo szybko. […] Czasami nie pisze końca równania na tablicy. Nie możesz tego [końca] zobaczyć, ale on może.”².
Urodzony w Rzymie w 1948 roku Parisi ukończył fizykę na Uniwersytecie Sapienza w 1970 roku, wstępując w szeregi szkoły, której początki sięgają czasów Enrico Fermiego. „To było niezwykłe środowisko, zapewniające poziom wykształcenia nieporównywalny z żadną inną uczelnią [nawet] za granicą. To była awangarda”²– powiedział Parisi publiczności zgromadzonej na rzymskim uniwersytecie w dniu, w którym otrzymał Nagrodę Nobla. Swojej kariery naukowej Giorgio Parisi nie rozpoczął bynajmniej od badania układów szklistych. Początkowo zajmował się fizyką wysokich energii, pracując pod kierunkiem Nicola Cabibbo – wybitnego specjalisty w tej dziedzinie, który był „zdecydowanie najbardziej błyskotliwym teoretykiem w Rzymie w owym czasie”². Brał wtedy również udział w projekcie APE, związanym z superkomputerami służącymi do wykonywania obliczeń kwantowych. Owa różnorodność zainteresowań powoduje, że Parisi jest naukowcem bardzo wszechstronnym, a jego prace badawcze obejmują takie dziedziny, jak cząstki elementarne, fizyka ciała stałego i fizyka statystyczna oraz materiały nieuporządkowane. „Mam tendencję do jednoczesnej pracy nad różnymi tematami, bo żeby wpaść na pomysł, potrzeba czasu. Musisz przetrawić koncepcje”²– wyjaśnia mnogość swoich naukowych pasji Giorgio Parisi. Bogactwo podejmowanej przez niego tematyki zostało dostrzeżone również przez Komitet Noblowski, który podkreślił wkład laureata w „odkrycie wzajemnego oddziaływania nieporządku i fluktuacji w układach fizycznych od skali atomowej do planetarnej”.
W ostatnich latach Giorgio Parisi zainteresował się… sposobem lotu ogromnych stad szpaków, liczących nawet milion osobników (polecam film na YouTube). Dla Giorgia Parisiego „szpaki są interesujące, ponieważ wykonują bardzo szybkie ruchy w powietrzu. Poruszają się bardzo prosto, bardzo szybko, a robią to tysiące z nich. […] Jednym z problemów jest to, jak się komunikują, aby ten zbiorowy ruch był realizowany razem?”³. Stada szpaków „mogą wydawać się w ogóle nie związane ze szkłami spinowymi, ale jest w nich coś wspólnego. […] To, co je łączy i co jest bardzo interesujące to to, jak powstają złożone zachowania. Jest to temat powracający w fizyce i biologii, a większość badań, które przeprowadziłem, dotyczy tego: jak złożone zbiorowe zachowanie może powstać z elementów, z których każdy ma proste zachowanie.”³. Wyjaśnienie sposobu koordynacji lotu szpaków w wielkich stadach może być przełomem dla transportu lotniczego. Wystarczy tylko uświadomić sobie, jak wielkie problemy stwarza kontrola ruchu samolotów nad zatłoczonymi lotniskami. W przeciwieństwie do ludzi wspomaganych przez najnowsze urządzenia elektroniczne, szpaki nie mają z kontrolą lotu żadnych problemów!
Giorgio Parisi jest obecnie profesorem Uniwersytetu Sapienza w Rzymie oraz szóstym z kolei włoskim naukowcem, który zdobył Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki, po Guglielmo Marconim (1909), Enrico Fermim (1938), Emilio Segré (1959), Carlo Rubbii (1984) oraz Riccardo Giacconim (2002).
Na zakończenie tego artykułu przytoczę anegdotę również związaną z telefonami. Giorgio Parisi wspomina: „Zadzwonił do mnie Prezydent Mattarella, telefon odebrałem tylko przez przypadek, ponieważ zobaczyłem numer centrali Kwirynalskiej, którą znam.”⁴. Miało to miejsce zaraz po otrzymaniu przez naukowca Nagrody Nobla.
1 „Paul, it’s Bob Wilson,” Wilson says. „You’ve won the Nobel Prize. And so they’re trying to reach you, but they cannot. They don’t seem to have a number for you.”; LINK
² Nature Italy https://www.nature.com/articles/d43978-021-00122-6
³ PNAS 2006 103(21) 7945-7947; https://doi.org/10.1073/pnas.060311310
⁴ https://www.notizie.it/covid-il-nobel-parisi-fondamentale-finire-cicli-di-vaccinazione-io-ho-gia-prenotato-la-terza-dose/
foto: Quirinale.it
***
Interersują Cię włoscy naukowcy? Kliknij tutaj i przeczytaj więcej na ten temat.
