Πόσο μπροστά μπορούν πραγματικά να δουν οι μετεωρολόγοι χωρίς να τα κάνουν θάλασσα και να τσαντίσουν κάθε ιδιοκτήτη ομπρελών και παγωτατζίδικου; Μέχρι σήμερα ξέραμε ότι μια πρόγνωση «με αξία» κρατάει γύρω στις 14 μέρες· μετά, τα πράγματα θολώνουν όσο περνάει ο καιρός. Μια νέα μελέτη, όμως, έρχεται να βάλει ένα απόλυτο, θεωρητικό «ταβάνι» σε αυτή την ικανότητα: 129 μέρες. Ούτε μία παραπάνω. Και ο λόγος δεν είναι κάποιο τεχνολογικό εμπόδιο που θα λύσει η επόμενη γενιά υπολογιστών, αλλά κάτι πολύ πιο θεμελιώδες: η αβεβαιότητα σε κβαντικό επίπεδο.
Πώς φτιάχνεται σήμερα μια πρόγνωση καιρού
Η σύγχρονη πρόγνωση καιρού είναι ένα τιτάνιο έργο συλλογής δεδομένων από κάθε γωνιά του πλανήτη — θερμοκρασία αέρα, θερμοκρασία επιφάνειας, ατμοσφαιρική πίεση, υγρασία, ταχύτητα ανέμου, ρεύματα των ωκεανών — τα οποία στη συνέχεια «χωνεύονται» από υπολογιστικά μοντέλα που προσπαθούν να αναπαραστήσουν τη δυναμική ολόκληρης της ατμόσφαιρας.
Το πρόβλημα είναι ότι όσο μεγαλύτερος ο όγκος δεδομένων, τόσο περισσότερες οι μεταβλητές που μπλέκονται μεταξύ τους, δημιουργώντας βρόχους ανάδρασης που μπορούν να μεγεθύνουν ένα ασήμαντο σφάλμα σε κάτι τεράστιο. Είναι, στην ουσία, η κλασική εικόνα της «πεταλούδας» — μια πεταλούδα χτυπάει τα φτερά της εδώ, και μια εβδομάδα μετά έχεις ανεμοστρόβιλο αλλού. Ένα μικρό λάθος υπολογισμού ή ένα δεδομένο που λείπει, και όλη η πρόγνωση καταρρέει.
Λογικά, θα σκεφτόσασταν: αν κάποια στιγμή μάθουμε όλα τα δεδομένα με απόλυτη ακρίβεια και κατανοήσουμε πλήρως τη δυναμική της ατμόσφαιρας, δεν θα μπορούσαμε τότε να προβλέπουμε τον καιρό επ’ αόριστον; Σύμφωνα με τη νέα έρευνα, η απάντηση είναι, δυστυχώς, όχι.
Το φως του ήλιου κρύβει ένα κβαντικό «λάθος» που δεν διορθώνεται
Για να εντοπίσει αυτό το θεωρητικό όριο, η ομάδα του Dr. Wei Zhang, κλιματολόγου στο Πανεπιστήμιο του Μαϊάμι και στο NOAA Cooperative Institute for Marine and Atmospheric Studies, εμβάθυνε στον κύκλο ενέργειας της ατμόσφαιρας.
Αυτό που ανακάλυψαν είναι ότι, αργά ή γρήγορα, κάθε μακροπρόθεσμη πρόγνωση θα «σκαλώσει» σε έναν αντίπαλο που κανείς δεν μπορεί να νικήσει: την κβαντική αβεβαιότητα των φωτονίων που φτάνουν από τον ήλιο.
Το φως φτάνει σε εμάς με τη μορφή φωτονίων, και η κβαντομηχανική λέει κάτι παράξενο· η φάση ενός φωτονίου δεν έχει καθορισμένη τιμή μέχρι τη στιγμή που αυτό αλληλεπιδράσει με κάτι άλλο. Μέχρι εκείνη τη στιγμή, η τιμή αυτή είναι ουσιαστικά άγνωστη — όχι απλά δύσκολο να την υπολογίσουμε, αλλά κυριολεκτικά αδύνατον, εξ ορισμού.
Σε μικρή κλίμακα χρόνου, αυτή η αβεβαιότητα δεν μας ενοχλεί ιδιαίτερα. Το πρόβλημα είναι ότι η ηλιακή ενέργεια φτάνει σιγά-σιγά παντού, επηρεάζοντας πρακτικά κάθε μόριο της ατμόσφαιρας. Έτσι, αυτή η μικροσκοπική αβεβαιότητα συσσωρεύεται με τον καιρό, μέχρι που τελικά «πνίγει» και θολώνει κάθε προσπάθεια πρόβλεψης, όσο καλό και να είναι το μοντέλο.
Όπως σημειώνουν οι ερευνητές στη μελέτη τους: «Η κατάσταση ενός συστήματος, όταν είναι γνωστή με απόλυτη ακρίβεια σε μια δεδομένη στιγμή, παραμένει γνωστή για πάντα. Ο θόρυβος όμως που εισέρχεται στην ατμόσφαιρα από τις άγνωστες κβαντικές ιδιότητες των φωτονίων αλλάζει εντελώς αυτή την εικόνα».
Το σημείο όπου αυτή η αβεβαιότητα φτάνει στο απόλυτο όριο της — το λεγόμενο «energy turnover point» — υπολογίστηκε στις 129 μέρες, με περιθώριο απόκλισης περίπου 7 ημερών προς τα πάνω ή προς τα κάτω.
Ακόμα κι αν φτάσουμε εκεί, δεν πάμε πιο πέρα
Στην εποχή της τεχνητής νοημοσύνης και της, φαινομενικά, ατελείωτης υπολογιστικής ισχύος, οι 129 μέρες μπορεί να ακούγονται λίγες. Ωστόσο, οι ερευνητές θέλησαν να ξεκαθαρίσουν κάτι σημαντικό: σήμερα βρισκόμαστε ακόμα στις 14 μέρες αξιόπιστης πρόγνωσης, οπότε το να φτάσουμε στο θεωρητικό μέγιστο θα απαιτούσε βελτίωση σχεδόν 10 φορές μεγαλύτερη από την τωρινή μας ικανότητα.
Άρα ναι, τα επόμενα χρόνια μπορεί να μας φέρουν πιο κοντά σε αυτό το ανώτατο όριο. Αυτό όμως που δεν πρόκειται να αλλάξει, σύμφωνα με τους επιστήμονες, είναι το ίδιο το «ταβάνι»: πέρα από τις 129 μέρες, η πρόγνωση καιρού δεν είναι απλά δύσκολη — είναι, θεωρητικά, αδύνατη.
Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Advances in Atmospheric Sciences.
