Бури, земетресения, войни: Защо светът е толкова нестабилен в момента и можем ли да го предотвратим?

През повечето време животът ни протича гладко и предвидимо, но е склонен и към периодична нестабилност с опустошителни последици. Можем ли да направим повече, за да предвидим тези периоди и дори да се намесим, за да ги предотвратим?

Всъщност изглежда, че едно от най-големите ни притеснения е да не попаднем в задръстване. Но след това, сякаш от нищото, светът ни се преобръща с главата надолу. Поразява ни глобална пандемия, която убива милиони хора и принуждава цели държави да се затворят. След това инфлацията тръгва нагоре, а икономическият спад застрашава препитанието ни. А после една държава нахлува в друга и възникналата война засяга всички ни. Уау! Откъде, за Бога, се взе всичко това?

За тези внезапни непредвидени катастрофи има обща причина. Това е нещо, което често се среща в много "нелинейни системи" във физическите, биологичните и социалните науки: периодична нестабилност. Това означава, че след дълги периоди на скучно и предсказуемо поведение тези системи изведнъж стават диво непредсказуеми, проявявайки екстремни колебания.

Какво е нелинейна система? Това е система, чийто изход не е пряко пропорционален на началото. Ние, хората, сме нелинейни системи: ако спечелим 1 млн. долара от лотарията, вероятно ще бъдем наистина много щастливи. Но ако спечелим 4 млн. долара, вероятно няма да сме четири пъти по-щастливи. Казано по-ясно, ако удвояването на богатството ни в лотарията би ни направило щастливи, загубата на богатството ни в резултат на някаква глупава игра не просто би ни натъжила, а би ни съсипала.

Нелинейността е ключова съставка на явлението хаос - процесът, който е в основата на известния ефект на пеперудата - как една малка несигурност може да нарасне и да направи цялата система непредсказуема. В хаотичните системи обаче ефектът на пеперудата не действа напълно през цялото време. Понякога една хаотична система може да бъде предсказуема за доста дълъг период в бъдещето. В други случаи, в близост до периодична нестабилност, размахването на крилата на пеперудата може да унищожи предсказуемостта за много кратък период от време. Всичко това е следствие от нелинейността.

Времето е нелинейна хаотична система. През по-голямата част от времето то е доста скучно и предвидимо, но понякога става диво непредсказуемо и екстремно. През октомври 1987 г. синоптикът на Би Би Си Майкъл Фиш каза на зрителите да не се притесняват от силните ветрове, които се оказаха най-силната буря, която Южна Англия е преживявала от 300 години, само ден преди да се случи. Метеоролозите се поучиха от това. Осъзнали са, че развитието на това, което в някои среди стана известно като "бурята на Фиш", е изключително чувствително към ефекта на пеперудата - много повече от обикновено. И така, в днешно време, когато се опитват да предскажат времето, синоптичните центрове провеждат ансамбли от 50 симулации, всяка от които се различава леко в началните си условия (чрез махане на крилата на метеорологична пеперуда). Когато атмосферата е много нестабилна, както беше през октомври 1987 г., тогава различните прогнози в рамките на ансамбъла ще се различават драстично една от друга: някои от тях ще показват екстремно време със сила на ураган, а други ще показват много по-благоприятно време. Единственото, което може да направи синоптикът в такава ситуация, е да оцени вероятността или невероятността екстремното събитие да се случи.

Днес ансамбловото прогнозиране на времето революционизира начина, по който хуманитарните организации и организациите за помощ при бедствия изпращат спешна храна, подслон, лекарства и дори финансови средства в региони, застрашени от екстремни метеорологични условия. Такива изпреварващи действия се предприемат, когато базираните на ансамбъла вероятности за екстремни метеорологични условия надхвърлят предварително определен праг.

Можем ли ние, хората, да повлияем на вероятността от такива периодични нестабилности? Да, можем.

Продължавайки да изпускаме парникови газове в атмосферата, като по този начин затопляме и овлажняваме въздуха, ние насочваме нашата нелинейна климатична система към по-голяма периодична нестабилност. Може би един от най-опустошителните видове нестабилност е свързан с повратна точка, например свързана с разпадането на голяма ледена покривка, което води до значително повишаване на морското равнище. В тази ситуация не можем да поправим причинените щети, като просто обърнем емисиите; това би означавало да заключим вратата на конюшнята, след като конят е избягал.

Имаме възможност да намалим вероятността от тези климатични нестабилности, като регулираме емисиите на парникови газове. Но кои действия ще бъдат най-ефективни?

През 50-те години на миналия век беше предложена идеята за взривяване на ядрени бомби в подходящи части на атмосферата, за да се отклонят ураганите от предвидените им траектории, ако застрашават населени райони. За да вземат тези решения, климатолозите се опитват да моделират климатичната система и да оценят как ще се промени климатът в резултат на различни възможни сценарии за бъдещи емисии. Но тези оценки са несигурни, не на последно място поради ефекта на тези емисии върху вътрешните атмосферни процеси, като например облачната покривка.

Моето лично мнение е, че имаме да свършим много работа и наистина трябва да обединим ресурсите си на международно ниво, за да създадем нов вид "Церн за климатичните промени" - междуправителствена изследователска организация, която ще се фокусира върху науката за климата, а не върху физиката на частиците, както прави Церн.

Дори нашата Слънчева система, за която често се смята, че е най-точната и предсказуема система от всички, е хаотична и може да проявява периодична нестабилност.

Преди повече от сто години френският физик Анри Поанкаре показа, че по принцип нищо не пречи на планетите да бъдат изхвърлени много внезапно от Слънчевата система. За щастие, въз основа на ансамбловите прогнози за Слънчевата система можем да бъдем сигурни, че този вид периодична нестабилност няма да се случи в обозримо бъдеще (в случая много милиони години).

Много по-вероятна обаче е миниверсия на тази нестабилност: от астероидния пояс да бъде непредсказуемо изхвърлен малък астероид, който да удари Земята с ефект, подобен на този на една или повече ядрени бомби. Поради тази причина НАСА подобрява възможностите си за прогнозиране на астероиди в близко бъдеще и разработва средства за отклоняване на астероиди, ако те внезапно се насочат към Земята. Мисията "Дарт", при която космически кораб се разби в астероида Диморфос, успешно изпробва способността ни да се справим с периодичната нестабилност на астероидния пояс, като променим курса на космическа скала, която може да се окаже насочена към Земята. В този случай разполагаме със средства за частично контролиране на нестабилността и за предотвратяване на най-лошите ѝ последици.

Бихме ли могли да предотвратим появата на отделни метеорологични явления, като бурята от 1987 г., връхлетяла Англия, или ураганите, които ежегодно поразяват източното крайбрежие на САЩ, чрез подобен вид намеса? През 50-те години на миналия век беше предложена идеята за взривяване на ядрени бомби в подходящи части на атмосферата, за да се отклонят ураганите от предвидените им траектории, ако застрашават населени райони. Въпреки очевидния проблем с радиоактивните валежи обаче, времето е твърде сложно, за да може да се осъществи надежден контрол от този тип.

За да има какъвто и да е шанс да се повлияе на тежка метеорологична система, експлозията би трябвало да се извърши много дни предварително, преди системата да е узряла. Оценката на мястото на взривяване на бомбата на този обхват зависи много чувствително от дребномащабните детайли на прогнозираните модели на атмосферна циркулация - ако се сгреши прогнозираното място за взривяване дори с няколко километра, бомбата може да има слабо въздействие върху целевата екстремна метеорологична система. Способността ни да изчислим тези чувствителни местоположения на прогнозен обхват, на който техниката по принцип би могла да работи, просто не е толкова добра. Това е интересна идея - но (може би за щастие) е малко вероятно да работи надеждно на практика.

Но екстремните метеорологични условия не са единствената нелинейна система, която напоследък влияе на живота ни.

Разпространението на Covid -19 не беше особено добре прогнозирано в ранните фази на заболяването. Въпреки това то даде тласък на разработването на епидемиологични модели за прогнозиране на смъртността и хоспитализацията в резултат на заразяване с Covid. Както и при изменението на климата, това са не толкова прогнози, колкото оценки, предвидени за различни варианти на политиката - от строги забрани до липса на реакция. Въпреки че самите по-ранни модели на заболяванията не бяха особено надеждни, с разработването на повече модели с различни допускания станаха възможни многомоделни ансамбли за хоспитализациите и смъртните случаи от Covid чрез обединяване на резултатите от моделите във вероятностна форма. Те дават много по-надеждни оценки на вероятните най-лоши сценарии, отколкото биха могли да бъдат предоставени чрез прогнози на отделни модели.

Световната икономика е друга нелинейна система, която може да окаже силно влияние върху живота на всички нас. Според бившия главен икономист на Английската централна банка Анди Халдейн икономистите са имали своя момент през 2008 г., когато кралица Елизабет II е попитала събранието на икономистите в Лондонското сити защо не са предвидили финансовата катастрофа от същата година. Според Халдейн икономическият модел, използван от Английската централна банка, просто не е в състояние да представи вида на периодичната нестабилност, която може да възникне във финансовата система.

Сравнително лесно е да се опишат качествено условията, при които може да възникне периодична финансова нестабилност. В повечето случаи хедж фондът потиска нестабилността в цената на дадена акция, като я придвижва към нейната вътрешна стойност. Банките обаче отпускат пари на хедж фондовете и за да ограничат риска, ограничават сумата, която са готови да отпуснат.

Сега да предположим, че стойността на акциите спада. Хедж фондът ще трябва да продаде акциите си, за да изплати част от заема. Но продажбата на акциите по този начин може да доведе до по-нататъшен спад на стойността на акциите. Това прави още по-трудно за хедж фонда да изплати заема. Може би не само хедж фондът, но и банката ще фалира, ако това поведение е широко разпространено. По този начин се задвижва своеобразна спирала на смъртта, която води до нестабилност за цялата икономика, особено ако тази икономика зависи от състоянието на финансовия сектор.

Проблемът е, че традиционните неокласически модели на макроикономиката просто не включват такива процеси на микроравнище.

И разбира се, способността ни да прогнозираме икономиката зависи от това дали светът е в мир или във война. Един от пионерите на количественото прогнозиране на времето, Люис Фрай Ричардсън, разработи и някои от първите количествени модели за прогнозиране на конфликти. Прогнозирането на конфликти също започва да се развива като зряла област, използваща модели, и отново техниките за ансамблово прогнозиране, при които ключовите несигурности се променят между членовете на ансамбъла, са от жизненоважно значение за изготвянето на надеждни вероятностни прогнози. Тези модели подчертаха, че Украйна е потенциална гореща точка за конфликт преди нахлуването на Русия.

Нека съберем всичко това. Периодичните нестабилности са характерни за много нелинейни системи в природата и в глобалното общество. Като цяло въздействието им изглежда дълбоко негативно, нарушавайки живота ни по лош начин. Как можем да се справим с тези нестабилности? Може би можем да спрем появата им изобщо. В случай на астероид това наистина изглежда възможно. В случая с метеорологичните условия или дори с икономиката системите са твърде сложни, за да бъде това осъществимо. Въпреки това, за последните примери, можем да направим появата на периодични нестабилности по-малко вероятна, дори и да не можем да ги премахнем напълно, като например чрез регулиране на емисиите на парникови газове, от една страна, или чрез регулиране на финансовите трансакции, от друга. Можем също така да се опитаме да предприемем превантивни действия за смекчаване на въздействието на нестабилностите, когато те се прогнозират.

Може би през следващите години "Уау! Откъде се взе това?" при поредната периодична нестабилност от една от многото възможни посоки, ще се чува по-рядко. /БГНЕС

-------------------------

Тим Палмър - професор по физика на климата в Оксфордския университет и пионер в разработването на техники за вероятностно ансамблово прогнозиране на времето и климата. Анализ за Би Би Си