بررسی بزرگترین و کوچکترین مقیاس در جهان هستی
بررسی بزرگترین و کوچکترین مقیاس در جهان هستی | ما در یک محیط خیلی پیچیده زندگی می کنیم: پیچیدگی و خاصیت پویایی و الگوهای شواهد از عکس های ماهواره ای، از ویدیوها. حتی می توانید از پنجره خود به بیرون نگاه کنید و آن را ببینید این بی نهایت پیچیده است، ولی به نوعی آشنا است، ولی الگوها تکرار می شوند، اما تکرار آنها دقیق نیست. یک چالش عظیم برای فهمیدن وجود دارد. الگوهایی که شما می بینید در تمامی مقیاس های گوناگون وجود دارند، اما نمی توان آن را خرد کرد و گفت، ” اجازه دهید تا اقلیم کوچکتری ایجاد کنم.” من نمی توانم از محصولات عادی اقلیم گرایی استفاده کنم تا یک چیز کوچک و کوچکتر برای مطالعه در آزمایشگاه داشته باشم و بگویم ” اوه، این چیزی است که حالا می فهمم.” یا باید کامل باشد یا اصلا نباشد.
00:55
مقیاس های متفاوتی که این نوع الگو ها به شما می دهند در اندازه، تفاوت های زیادی دارند تقریبا ۱۴ نوع قدرت و بزرگی از ذرات ریز میکروسکوپی که هسته تشکیل ابرها هستند تا اندازه خود سیاره زمین، از ۱۰ به توان منفی ۶ تا ۱۰ به توان ۸، که ۱۴ نوع قدرت فضایی هستند. در زمان، از میلی ثانیه تا هزاران سال، دوباره حدود ۱۴ نوع اندازه هستند.
01:24
این به چه معنی است؟ اگر به این فکر کنید که چطور می توانید این چیز ها را محاسبه کنید، می توانید چیزی که می بینید را در نظر بگیرید، خوب من می خواهم آن را خرد کنم در اندازه جعبه های کوچکی، و این نتیجه ی فیزیک است، درسته؟ و اگر درباره مدل آب و هوایی فکر کنید، در ۵ اندازه وجود دارد، از اندازه سیاره تا چندین کیلومتر، و مقیاس زمان از چندین دقیقه تا ۱۰ روز یا حتی یک ماه هستند. ما به چیزی بیش از این علاقه داریم. ما به اقلیم علاقه مند هستیم. این مربوط به سال ها است، هزاران سال، و ما به مقایس های کوچک تری نیاز داریم. چیزهایی که نمی توانبم حل کنیم، آن پردازش های زیر- مقیاسی را، باید به صورت تقریبی در نظر بگیریم. این یک چالش عظیم است. مدل های اقلیمی در دهه ۱۹۹۰ حتی تکه های کوچک تری از آن گرفتند، فقط در حدود ۳ اندازه و بزرگی بودند. و مدل های اقلیمی در دهه ۲۰۱۰، تقریبا همان چیزی که حالا با آن کار می کنیم، چهار نوع اندازه دارند. ما به ۱۴ نوع اندازه نیاز داریم، و ما در حال افزایش ظرفیت های خود در شبیه سازی آنها با سرعت یک اندازه اضافه به ازای هر دهه هستیم. یک اندازه جدید در فضا ۱۰ هزار برابر محاسبات بیشتر است. و ما در حال اضافه کردن چیزها و سوالات بیشتر به این مدل های گوناگون هستیم.
02:38
خوب یک مدل اقلیمی به چه شکل است؟ این یک مدل اقلیمی قدیمی است، مسلما، یک برگه منگنه شده و یک خط کد فرترن(زبان برنامه نویسی). ما دیگر از برگه های پانچ شده استفاده نمی کنیم. ولی هنوز ازبرنامه فرترن استفاده می کنیم. ایده های نو ظهور مثل C (زبان برنامه نویسی) واقعا تاثیر شگرفی بر روی جامعه مدل سازی اقلیمی نداشته اند.
02:58
اما ما چگونه آن را انجام می دهیم؟ ما چطور از آن پیچیدگی که شما دیدید به یک خط کد برنامه رسیدیم؟ ما آن را قدم به قدم انجام می دهیم. این تصویر یک دریای یخ است که در حال پرواز از روی قطب شمال گرفته شده است ما می توانیم به تمام معادلات گوناگون که در رشد یخ یا آب شدن آن، یا تغییر شکل آن نگاه کنیم. می توانیم به سیلاب‌ها نگاه کنیم. می توانیم به سرعت تبدیل برف به یخ نگاه کنیم و آن را تبدیل به کد برنامه کنیم. می توانیم همه آن را در قالب یک کد قرار دهیم. این مدل ها در حدود یک میلیون خط کد در زمان حال هستند، و هر ساله ده ها هزار خط کد به آنها افزوده می شود.
03:36
پس شما می توانید به آن تکه نگاه کنید، ولی می توانید به تکه های دیگر نیز نگاه کنید. چه اتفاقی می افتد وقتی شما ابر دارید؟ چه اتفاقی می افتد وفتی ابرها شکل می گیرند، وقتی پراکنده می شوند، وقتی تمام می شوند؟ آن یک تکه دیگر است. چه اتفاقی می افتد وقتی ما تابش عبوری خورشید از جو را داریم، که جذب و بازتاب می شود؟ ما می توانیم هر یک از این تکه های کوچک را تبدیل به کد کنیم. تکه های دیگری وجود دارد: بادها امواج اقیانوس ها را تغییر می دهند. می توانیم درباره نقش پوشش گیاهی در انتقال آب از خاک و همچنین به جو صحبت کنیم. و هر یک از این عناصر گوناگون می تواند جمع شود و درون یک سیستم قرار داده شود. هر یک از این تکه ها به کل اضافه می شود.
04:22
و شما چیزی مثل این دارید. شما یک نمایش زیبا از رویدادهای داخل سیستم اقلیمی دارید، که هر یک از آنها الگوهای ظهوریافته‌ای که می توانید ببینید، در اقیانوس جنوبی چرخش می کند، گردباد گرمسیری در خلیج مکزیک، و دو نمونه دیگری که در زمان نزدیکی شاهد آنها در اقیانوس آرام خواهیم بود، رودخانه های آب های جَوی، همه آن خواص ظهوریافته‌ای که از ارتباط بین پردازش های مقیاس کوچکی که ذکر کردم حاصل می شوند. هیچ کدی وجود ندارد که بگوید “یک تکان در اقیانوس جنوبی بخور” هیچ کدی وجود ندارد که بگوید “دو گردباد گرمسیری سالیانه دارد” همه اینها برآیند ویژگیهای ظهوریافته هستند.
05:09
همه اینها خیلی خوب هستند. عالی هستند اما چیزی که واقعا می خواهیم بدانیم این است وقتی ما به سیستم ضربه می زنیم، چه اتفاقی برای این ویژگی های ظهوریافته می افتد؟ وقتی چیزی تغییر می کند، چه اتفاقی برای آن ویژگی ها رخ می دهد. و روش های زیادی برای ضربه به سیستم وجود دارد. در مدار های زمین لرزش هایی وجود دارد با قدمت بیش از صدها هزار سال که اقلیم را تغییر می دهند. تغییراتی در چرخه های خورشیدی وجود دارند، که هر ۱۱ سال و بیشتر اقلیم را تغییر می دهند. آتشفشان های عظیم که فعالیت می کنند و اقلیم را تغییر میدهند. تغییرات با سوختن زیست توده، دود با ذرات افشانه ها، همه آنها اقلیم را تغییر می دهند. سوراخ اوزون اقلیم را تغییر داده است. جنگل زدایی با تغییر خواص سطحی و با تغییر نحوه تبخیر و جابجایی آن در سیستم باعث تغییر می شود. آب های تغلیظ شده در موتور جت ها با ایجاد ابرهایی که قبلا وجود نداشتند، باعث تغییر و البته گازهای گلخانه ای باعث تغییر می شوند.
06:07
هر یک از این روش های گوناگون یک هدف برای ما فراهم می کنند تا بسنجیم که آیا چیزی درباره این سیستم درک می کنیم. پس ما می توانیم به مدل مهارتی نگاه کنیم. حالا من آگاهانه از کلمه “مهارتی” استفاده می کنم چون مدل های غلط یا درست نیستند، همیشه غلط هستند. آنها همیشه تقریبی هستند. سوالی که باید بپرسید این است که آیا یک مدل اطلاعات بیشتری از قبل به شما می دهد یا خیر؟ اگر به این صورت است، پس مهارتی هست. این تاثیر سوراخ اوزون بر فشار سطح دریا، فشار بالا و پایین، در اطراف اقیانوس جنوبی و قطب شمال است. این اطلاعات مشاهده شده اند. این اطلاعات مدل سازی شده اند. یک تطبیق خوب وجود دارد چون ما فیزیکی که دما را در اتمسفر کنترل می کند و کاری که با بادها در اطراف اقیانوس جنوبی می کند را متوجه می شویم.
07:01
می توانیم به مثال های دیگری نگاه کنیم. فوران آتشفشان کوه پینتابو در سال ۱۹۹۱ مقدار زیادی از افشانه ها ذرات ریز، را وارد اتمسفر کرد. این تعادل تابش کل سیاره را بر هم میزند. انرژی کمتری نسبت به قبل وارد زمین می شد، و این باعث خنک شدن سیاره شد، و آن خط های سبز و قرمز، آنها اختلافاتی هستند بین انتظارات ما و چیزهایی که واقعا اتفاق افتاد. مدل مهارتی است، نه فقط در تعریف جهانی بلکه در الگوهای منطقه ای
07:30
من می توانستم به چندین مثال دیگر اشاره کنم: مهارت مرتبط با چرخه های خورشیدی، که اوزون داخل اتمسفر را تغییر می دهد؛ مهارت مربوط به تغییرات محورها در طول ۶ هزار سال. ما می توانیم به آنها نگاه کنیم ولی مدل ها مهارتی هستند. این مدل ها در پاسخ به بستر های یخ ۲۰ هزار سال قبل نیز مهارتی هستند. این مدل های برای بررسی روند قرن بیستم در طول دهه ها کارایی دارند. مدل ها در مدل سازی طغیان های دریچه های اقیانوس اطلس شمالی در ۸ هزار سال گذشته موفق هستند. و ما می توانیم یک تطابق خوب برای اطلاعات پیدا کنیم.
08:06
هر یک از این هدف های گوناگون، هر یک از این ارزیابی های گوناگون، ما را به سمت گسترده تر کردن این مدل های نزدیک می کند. همچنین ما را به سمت شرایط پیچیده تر که سوالات جالب و جالب تری می پرسیم نزدیک تر می کنند، مثل، چگونه گرد و خاک صحرای بزرگ آفریقا، که می توانید در قسمت نارنجی ببینید، با گردباد های گرمسیری در اقیانوس اطلس تعامل دارند؟ چگونه افشانه های آلی حاصل سوخت زیست توده، که در نقاط قرمز می بینید، با ابرها و الگوهای بارشی تداخل دارند؟ چگونه آلودگی، که می توانید در باریکی های سفید آلودگی سولفات در اروپا است را ببینید، چگونه آنها دمای سطح و نور خورشید که روی زمین می گیرید را تغییر دهند؟
08:53
می توانیم در سر تا سر جهان به این نگاه کنیم. می توانیم به آلودگی در چین نگاه کنیم. می توانیم به تاثیر طوفان ها بر ذرات نمک در جو نگاه کنیم. می توانیم ترکیب همه این چیزهای گوناگون را به صورت یکجا ببینیم، و می توانیم سوالات خیلی جالب تری بپرسیم. چگونه آلودگی هوا و اقلیم همزمان وجود دارند؟ آیا می توانیم چیزهایی را تغییر دهیم که بر آلودگی هوا و اقلیم همزمان تاثیر دارند؟ پاسخ “بله” هست.
09:27
خُب این تاریخ قرن بیستم است تصویر اولی مدل است. آب و هوا کمی متفاوت است نسبت به چیزی که واقعا اتفاق افتاد. دومین تصویر مشاهدات هستند. ما از سال ۱۹۳۰ نگاه می‌کنیم. تغییر پذیری وجود دارد و چیزهایی در حال رویدادن هستند، ولی به نوعی دربه هم‌ریخته و مخطل هستند. وقتی نزدیک دهه ۱۹۷۰ می شوید، به شروع تغییرات نزدیک می شوید. آنها در حال شبیه هم شدن هستند، و وقتی به دهه ۲۰۰۰ می رسید، شما در حال مشاهده الگوهای گرم شدن زمین هستید، هم در مشاهدات و هم در مدل ها.
09:59
ما می دانیم که چه چیز های در قرن بیستم اتفاق افتاد. درسته؟ می دانیم که هوا گرم تر شده است. می دانیم که کجا گرم تر شده است ولی وقتی از مدل های می پرسید چرا این اتفاق افتاده، و می گویید خوب بله، درسته، در حقیقت این به خاطر دی اکسید کربن است که ما در جو وارد کردیم. ما تا به امروز یک تطابق خیلی خوب داریم.
10:18
ولی یک دلیل کلیدی وجود دارد که ما به مدل ها نگاه می کنیم، و آن به خاطر این عبارتی که اینجا وجود دارد است. چون اگر ما مشاهدات آینده را داشتیم، ما مسلما بیشتر از مدل ها به آنها اعتماد می کردیم، ولی متاسفانه، مشاهدات آینده در حال حاضر در دسترس نیستند.
10:37
پس وقتی به آینده می رویم تفاوتی وجود دارد. آینده نادانسته است، آینده نا معلوم است، ولی گزینه هایی وجود دارند. اینها گزینه هایی هستند که ما داریم. می توانیم کارهایی کنیم که تولید دی اکسید کربن به جو را کاهش می دهنیم. این مهمترین هست. می توانیم کارهای بیشتری کنیم تا آن را در حقیقت کاهش دهیم تا در پایان قرن، خیلی بیشتر از چیزی که اکنون وجود دارد نباشد. یا می توانیم آن را به سرنوشت خود رها کنیم و نگرش همیشگی خود ادامه دهیم. تفاوت بین این گزینه ها با نگاه کردن به مدل های قابل پاسخ نیست.
11:19
یک سخن بزرگ از شرود روولند هست برنده جایزه نوبل که منجر به تخلیه اوزون از جو شد، در زمان دریافت جایزه نوبل گفت، او این سوال را پرسید: “فایده توسعه دادن یک علم برای انجام پیش بینی ها چیست، «اگر در نهایت، تمام چیزی که تمایل داریم انجام دهیم این است» که کنار بایستیم و منتظر بمانیم تا آنها به حقیقت بپیوندد؟” مدل های مهارتی هستند، ولی کاری که با اطلاعات به دست آمده از آنها انجام دهیم کاملا در دستان خودتان است.
11:52
سپاسگزارم.
11:54
(تشویق حاضرین)