Сигнал и шум. Почему одни прогнозы сбываются, а другие - нет
Шрифт:
Бак любил приводить пример с горкой песка на пляже. Если бросить на нее еще одну песчинку (а что может быть проще, чем песчинка?), то это может привести к одному из трех последствий. В зависимости от формы и размеров горка песка может остаться почти неизменной. Либо же с нее, после того как на нее упадет песчинка, каскадом сползут другие песчинки, скатившись до самой земли. Либо же может произойти нечто совершенно иное – если горка песка слишком неустойчива, то дополнительная песчинка способна дестабилизировать всю систему и привести к возникновению своеобразной песчаной лавины. Сходным свойством обладают и комплексные системы. Значительные периоды кажущегося застоя сменяется внезапными и катастрофическими динамичными процессами. Эти процессы в буквальном смысле не будут случайными, но они настолько сложны, что вы можете предсказать их возникновение только до определенного
Красота шума
Тем не менее если вы будете рассматривать комплексный процесс с достаточно большого расстояния, то увидите в нем порядок и красоту. В этой книге я порой вольно обхожусь с понятиями «сигнал» и «шум», однако изначально эти термины появились в электротехнике. Инженеры выделяют несколько разных типов шума. Все они достаточно случайны, но при этом следуют определенным типам вероятностного распределения. Если вы послушаете настоящий «белый шум», создаваемый случайными всплесками звука над обычным распределением частот, то он покажется вам свистящим и довольно грубым. Другой тип шума, связанный с комплексными системами и называемый броуновским шумом, кажется более успокаивающим и чем-то напоминает звук падающей воды {369} .
369
SilentASMR, «2 Hours of Brown Noise (Read Description)», YouTube.com, February 25, 2012. http://ww.youtube.com/watch?v=0BfyKQaf0TU.
Те же тектонические силы, которые создали линии разлома под поверхностью земли, позволили возникнуть потрясающим по своей красоте горам, плодородным долинам и живописным берегам рек и морей. Это значит, что люди, скорее всего, так и не перестанут жить в этих районах, несмотря на сейсмическую угрозу.
Суд над наукой
История с землетрясением в Л’Акуиле имела ироничный финал: в 2011 г. группа из семи ученых и правительственных чиновников предстала перед судом по обвинению в непредумышленном убийстве {370} . Прокуроры из Л’Акуилы утверждали, что подсудимые не обеспечили адекватного уведомления жителей об опасности значительного бедствия после целого «роя мелких землетрясений».
370
Livia Borghese, «Italian Scientists on Trial Over L’Aquila Earthquake», CNN World, September 20, 2011.EUROPE.
Очевидно, что этот суд был достаточно смехотворным. Но можно ли считать, что ученые могли лучше сделать свою работу? Вероятно. Существуют достаточно четкие доказательства того, что риск значительного землетрясения существенно (порой в 100–500 раз {371} ) повышается после роя мелких. Тем не менее риск все же был крайне мал. Большинство «роев землетрясений» не приводит к возникновению серьезных последствий. Но было бы не совсем правильно предположить, что проблем нет и не может возникнуть и что жители могут расслабиться и выпить бокал вина.
371
Thomas H. Jordan and Lucile M. Jones, «Operational Earthquake Forecasting: Some Thoughts on Why and How», Seismological Research Letters 81, 4 (July/August 2010). http://earthquake.usgs.gov/aboutus/nepec/meetings/10Nov_Pasadena/Jordan-Jones_SRL-81-4.pdf.
В основе этой книги лежит убеждение в том, что первый долг любого прогнозиста состоит в сохранении верности истине. Политика в широком смысле этого слова порой может встать у него на пути.
Сейсмологическое сообщество до сих пор остается напуганным неудачными предсказаниями в Лиме и Паркфилде и тем, что ему приходится противостоять сильным противникам типа Джулиани. Это лишает ученых стимулов к работе и отвлекает от главной миссии. Плохие и безответственные прогнозы могут заменить собой хорошие.
Возможно, что Хоф права, утверждая, что мы никогда не сможем обрести святой Грааль в предсказании землетрясений. Даже если отдельные сейсмологи и ведут себя достаточно ответственно, мы тем не менее вынуждены оценивать коллективный исход этой научной дисциплины, а следовательно, все тысячи гипотез предсказуемости землетрясений.
Пока что можно вполне смело сказать, что если мы раз за разом используем один и тот же метод с небольшими корректировками, то это приводит к тем же самым результатам. Но история науки имеет массу примечательных страниц. Наука часто сталкивается с «непредсказуемыми» прорывами. Одна из областей, в которых сейсмологи смогли добиться определенного прогресса, связана с краткосрочными прогнозами землетрясений, что вполне могло бы помочь жителям Л’Акуилы.
Помимо закона Гутенберга – Рихтера, знание о том, что значительные землетрясения почти всегда приводят к появлению афтершоков, получило широкое признание в этой дисциплине. Некоторые сейсмологи, с которыми я общался, например Джон Рандл из Калифорнийского университета в Дэвисе и Том Йордан из Университета Южной Калифорнии, концентрируются на изучении этих краткосрочных прогнозов и убеждают других, что информация о содержимом таких прогнозов должна доноситься до публики ясно и в полном объеме.
Например, исследования Йордана показывают, что иногда афтершоки движутся в предсказуемом географическом направлении вдоль линии разлома. При движении в направлении населенных пунктов они могут представлять потенциальную угрозу для жизни и имущества даже при снижении магнитуды. Например, землетрясение магнитудой 5,8 балла в Крастчерче, Новая Зеландия, в 2011 г., когда погибло 185 человек, было афтершоком землетрясения в 7 баллов, возникшего в сентябре 2010 г. в отдаленном районе страны {372} . Когда речь заходит об афтершоках, у нас появляется значительно больше сигналов, поэтому концентрироваться на их изучении вполне естественно.
372
Alicia Chang, «Location a Major Factor in New Zealand Earthquake Devastation», Washington Post, February 22, 2011. http://www.washingtonpost.com/wp-dyn/content/article/2011/02/22/AR2011022205105.html.
Кроме того, не стоит на месте и технология. Довольно многообещающими представляются недавние попытки NASA и Рандла измерить напряжение разлома с помощью систем дистанционного зондирования GPS-спутников {373} . Хотя в результате этих усилий пока что получены довольно грубые данные, в будущем они смогут обеспечить сейсмологов большим объемом данных и приблизить их к пониманию первопричин землетрясений.
Со временем эти методы приведут к определенной степени прогресса. Если на протяжении тысячелетий мы не могли говорить о сколь-нибудь значимом успехе в деле предсказания землетрясений, то стоит вспомнить, что то же самое мы говорили и о прогнозах погоды всего 40 лет назад. Возможно, что благодаря лучшему пониманию теории сложности – достаточно новой научной области – мы сможем прийти к заключению о том, что землетрясения не так уж и непредсказуемы.
373
Ya-Ting Leea, Donald L. Turcottea, James R. Holliday, Michael K. Sachs, John B. Rundlea, Chien-Chih Chen, and Kristy F. Tiampoe, «Results of the Regional Earthquake Likelihood Models (RELM) Test of Earthquake Forecasts in California», Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, September 26, 2011. http://www.pnas.org/content/early/2011/09/19/1113481108.abstract?sid=ea35f085-e352-42a8-8128-19149a05c795.
Как бы то ни было, нам еще предстоит столкнуться с большим количеством неудачных предсказаний. Но, когда память о них ослабнет, мы вновь увидим, что на горизонте брезжит сигнал. И мы в своем стремлении к прогнозированию вновь направимся в его сторону, даже если это – всего лишь мираж.
Глава 6
Как утонуть на метровой глубине
Политические опросы общественного мнения всегда содержат в себе элемент допуска на ошибку, и мы всегда ожидаем, что в них присутствует некая неопределенность. Однако экономические прогнозы чаще всего ограничиваются одной-единственной цифрой. В следующем месяце будет создано 150 тыс. рабочих мест. ВВП вырастет в следующем году на 3 %. Цена нефти достигнет 120 долл. за баррель.