Le leggi della fisica spesso si applicano a modelli semplificati.
In realtà, se si guarda all'interno di ogni oggetto macroscopico, si scopre sempre una gerarchia di strutture sottostanti che lo rendono estremamente complesso. Lo studio dei sistemi complessi è un nuovo campo di ricerca, che si caratterizza, fra l'altro, per la sua natura altamente interdisciplinare. Lo stesso termine ‘complesso’ non ha una definizione precisa: a volte è usato nel senso di complicato, cioè composto da molti elementi, altre volte la sua connotazione è piuttosto quella di ‘imprevedibile’. Dal punto di vista di un fisico, l'obiettivo da raggiungere consiste nel trovare le leggi macroscopiche che regolano il comportamento globale di tali sistemi. Tutti i sistemi fisici tradizionali sono semplici e la complessità, tradizionalmente, era esclusa dal mondo della fisica. In questi ultimi anni la situazione è cambiata: la scoperta dell’esistenza di sistemi fisici relativamente semplici con una descrizione macroscopica complessa, permette di intraprendere la costruzione di una teoria fisica della complessità.
Il premio Nobel per la fisica del 2021 è stato assegnato a tre scienziati, tra cui l'italiano Giorgio Parisi, che si sono dedicati allo studio di tali sistemi e hanno sviluppato nuovi metodi per descriverli e per prevederne il comportamento a lungo termine.
Un sistema complesso di particolare importanza è il clima, infatti metà del premio di quest'anno è stato assegnato a Syukuro Manabe (Princeton University, USA) e Klaus Hasselmann (Max Planck Institute for Meteorology, Amburgo, Germania), per i loro studi sull’influenza che l’uomo ha nei confronti del clima.
In particolare, Syukuro Manabe ha dimostrato come l'aumento dei livelli di anidride carbonica () nell'atmosfera porti a un aumento delle temperature sulla superficie terrestre. Klaus Hasselmann, invece, ha creato un modello che collega tra loro il meteo e il clima, spiegando come i modelli climatici possano essere attendibili anche se il meteo è spesso imprevedibile e caotico. Ciò è stato utilizzato per dimostrare che l'aumento della temperatura dell'atmosfera è dovuto alle emissioni umane di anidride carbonica (e altri gas serra).
L’altra metà del premio è andata a Giorgio Parisi per i suoi studi sulla struttura nascosta di materiali complessi disordinati. Ha dato uno dei più importanti contributi alla teoria dei sistemi complessi, studiando la struttura di materiali come il vetro, che hanno una caratteristica particolare: in apparenza hanno una forma definita come quella dei solidi; a livello microscopico, però, hanno una struttura disordinata simile a quella di un liquido. Parisi ha condotto i suoi studi in particolare su alcune strutture magnetiche dette “spin glass” (vetri di spin), individuando in seguito leggi matematiche che si applicano anche in molte altre situazioni, come i mezzi granulari, alcuni meccanismi di neuroscienze, l'andamento delle borse e gli stormi di uccelli.
Carla Massa