Hava Tahminlerinin Teorik Sınırı 129 Gündür – Ve Kuantum Mekaniğini Suçlayabilirsiniz
Meteorologlar, şemsiye üreticilerini ve dondurmacıları ciddi şekilde üzecek kadar yanlış yapmadan, hava durumunu ne kadar önceden tahmin edebilirler? Öyle görünüyor ki, ötesinde hava durumunu gerçek bir kesinlikle tahmin etmenin neredeyse imkansız olduğu teorik bir sınır var.
Bugün 14 gün içinde “ustaca tahminler” yapmak mümkün. Bunun ötesinde, makul bir darbe almak hala mümkün, ancak günler geçtikçe işler giderek belirsizleşmeye ve daha az tahmin edilebilir olmaya başlıyor.
Ancak yeni bir çalışma, doğru hava tahminleri için daha önce beklenenden daha yüksek bir tavan öneriyor. Görünüşe göre bu sınır yaklaşık 129 gün, bunun ötesinde kuantum ölçeğindeki belirsizlik devreye giriyor ve tahminlerin kullanılamayacak kadar gürültülü olmasına neden oluyor.
Hava durumunu nasıl tahmin ederiz?
Modern hava tahmini tamamen dünyanın her köşesinden büyük miktarda veri toplamak, hava sıcaklığından yüzey sıcaklığına, hava basıncına, neme, rüzgar hızına ve okyanus akıntılarına kadar her şeyi ölçmek ve ardından bunu, işin altında yatan tüm farklı dinamikleri anlayabilecek bir bilgisayar modeline bağlamakla ilgilidir.
Zorluklar, veri noktalarının zenginliği ve atmosferdeki hava koşullarındaki değişiklikleri belirleyen birçok değişkenden kaynaklanmaktadır. Bunun içinde zaman içinde küçük hataları büyütebilen karmaşık geri bildirim döngüleri de vardır.
Bu bir markanın ayırt edici özelliği kaotik sistemBir kelebeğin kanatlarını çırpıp ertesi hafta kasırgaya neden olmasıyla ilgili meşhur atasözünde de görüldüğü gibi. Küçük bir yanlış hesaplama veya eksik veri noktası ve tahmin kolaylıkla boşa çıkabilir.
Ancak atmosferdeki tüm doğru veri noktalarını yeterli düzeyde doğrulukla bilseydik ve bunların altında yatan dinamikleri mükemmel bir şekilde anlasaydık, tahminler teorik olarak sonsuza kadar doğru kalamaz mıydı? Bu yeni araştırmaya göre cevap hala hayır.
Kuantum ölçeğindeki belirsizlik denklemin içine giriyor
Miami Üniversitesi ve NOAA Deniz ve Atmosfer Çalışmaları İşbirliği Enstitüsü'nden iklim bilimci Dr. Wei Zhang liderliğindeki bir bilim insanı ekibi, hava durumu tahminlerine teorik bir sınır bulmak için atmosferin enerji döngüsünü derinlemesine inceledi.
Uzun vadeli hava durumu tahminlerinin kaçınılmaz olarak kaçınılmaz bir dönek tarafından tetikleneceğini buldular: gelen güneş fotonlarının kuantum düzeyindeki belirsizliği.
Güneşten gelen ışık fotonlar halinde gelir ve kuantum mekaniği bir fotonun fazının, bir şeyle etkileşime girene kadar sabit bir değerinin olmadığını öngörüyor. O noktaya kadar bu değer aslında bilinemez ve dolayısıyla bir fotonun davranışını tahmin etmek sadece zor değildir; temel olarak bilgimizin ötesindedir.
Nispeten kısa zaman dilimlerinde fotonların getirdiği bu belirsizlik yönetilebilir. Ancak güneş enerjisi eninde sonunda atmosferin her köşesine ulaşıp neredeyse her molekülü etkilediği için belirsizlik artıyor, her modelin öngörülebilirliğini gölgede bırakıyor ve bulanıklaştırıyor.
Çalışmada, "Bir sistemin mükemmel bir şekilde bilinen durumu, bir seferde bilinerek, durum hakkındaki bilgiler sonsuza kadar korunur. Ancak fotonların bilinmeyen kuantum özelliklerinden atmosfere giren gürültü, bu durumu değiştirir" ifadesine yer veriliyor.
Bunun kırılma noktasına ulaştığı an - "enerji dönüşüm noktası" - kabaca 129 gün olarak hesaplanıyor, her iki tarafta da 7'şer gün var veya yok.
Bu, bir dünyada nispeten kısa bir süre gibi görünebilir. yapay genel zeka ve tanrısal işlem gücü görünüşe göre çok yakında. Ancak araştırmacılar, yetenekli tahminlerin geçerli olduğu mevcut pencerenin sadece 14 gün olduğunu, dolayısıyla bu sınıra ulaşmanın yaklaşık 10 kat iyileştirme gerektireceğini yinelemeye istekliydi.
Dolayısıyla, önümüzdeki birkaç yıl teorik olarak bizi bu 129 günlük sınıra yaklaştırabilirken, hiç kuşkunuz olmasın, bu noktanın ötesine geçmenin aslında imkansız olacağı sonucuna varıyorlar.
Yeni çalışma dergide yayınlandı Atmosfer Bilimlerindeki Gelişmeler.