כולם הכירו אההתקפה הייתה קרובה(נפתח בלשונית חדשה). אבל בדיוקכַּאֲשֵׁרתלוי במזג האוויר.

בתחילת יוני 1944, מטאורולוגים נאצים חזו שמזג האוויר מול חופי צרפת יהיה מתמשךלהביא רוחות סוערות(נפתח בלשונית חדשה)וים סוער - סיכול פלישת בעלות הברית ל"מבצר אירופה" של היטלר. אבל לבעלות הברית, שביקשו לחדור לרייך הגרמני הגדול, היה אתחזית טובה יותר(נפתח בלשונית חדשה). הם חזו חלון צר של תנאים רגועים ב-6 ביוני,באמצעות מפות מצוירות ביד(נפתח בלשונית חדשה)ותצפיות דלילות(נפתח בלשונית חדשה)של מזג אוויר סוער באזור. וכך היה. גנרל דווייט ד' אייזנהאוארהורה באופן מפורסם על פלישת יום ה-D ב-6 ביוני(נפתח בלשונית חדשה)לחסל את "העריצות הנאצית על העמים המדוכאים של אירופה". עִםהקרבה נוראה ושפיכות דמים(נפתח בלשונית חדשה), הפרו בעלות הברית את משטרו של היטלר, במידה רבה הודות לאחת מתחזיות מזג האוויר החשובות בהיסטוריה.

תחזית מזג האוויר המוקדמת הזו, מרשימה ככל שתהיה, הייתה פרימיטיבית. בעשורים האחרונים, תצפיות משופרות מאוד של האוויר והאוקיינוסים, הניזונות לסימולציות ממוחשבות מודרניות של אופן התנהגות האטמוספירה,חולל מהפכה בתחזית מזג האוויר(נפתח בלשונית חדשה). למה, תחזית שירות מזג האוויר הלאומי, עםדיוק מדהים(נפתח בלשונית חדשה), כמות המשקעים הכוללת מהוריקן פירנצהחמישה ימיםמִרֹאשׁ. הַיוֹם,לעולם לא נופתע מהוריקן(נפתח בלשונית חדשה). ותמיד נדע מתי פיצוץ של אוויר ארקטי יישפך לארה"ב, זמן רב מראש.

עם זאת, יש גבול לכמה רחוק לעתיד האנושות יכולה אי פעם לחזות את מזג האוויר היום-יומי: האם כנראה תכה סערה בעיר שלי? האם זה יהיה יום נורא לברביקיו? האם נהיגה תהיה מסוכנת מדי? הגבול המוחלט על סוג זה של חיזוי מזג אוויר הוא איפשהו בין שבועיים לשלושה, אמר פלקו ג'ודט, מטאורולוג מחקר במרכז הלאומי לחקר האטמוספירה. אפילו הצעדה הבלתי פוסקת של הטכנולוגיה - עם מחשבים מהירים יותר, טובים יותר וחכמים יותר - לא יכולה לדחוף מעבר לגבול הזה.

"זה הגבול הטבעי", אמר ג'ודט, שב-2018בדק את גבולות חיזוי מזג האוויר(נפתח בלשונית חדשה)במחשב על המריץ אלגוריתמים מתוחכמים כדי לדמות את האטמוספירה של כדור הארץ. "זה טבוע באווירה", הסביר ג'אדט. "זה משהו שנקבע על ידי הטבע עצמו."

(חשוב לציין, תחזיות של דפוסי מזג אוויר גדולים ורחבים, כמוכיפת חום נרחבת מעל הדרום מערב בשנת 2020(נפתח בלשונית חדשה), אינם מוגבלים בגבול הזמן הזה. גם לא תחזיות אקלים ארוכות טווח, המשתמשות במשוואות מתמטיות כדי לחזות באיזו מהירותעליית רמות גזי החממה(נפתח בלשונית חדשה)יחמם את כדור הארץ. למודלים של אקלים ישהוכח מדויק להפליא(נפתח בלשונית חדשה): הם חזו התחממות עשרות שנים לעתיד.)

מדוע צריכה להיות הגבלה קפדנית על חיזוי מזג האוויר של יום? כיצד ניתן להגביל את ההתקדמות וההבנה האנושית - לאחר שהכחידו את האבעבועות השחורות, בנו מחשבי-על ושלחו את האנושות לירח? מסתבר שאנחנו מוגבלים על ידי סוכן בלתי ניתן לדיכוי. זה נקרא כאוס. בטח, כאוס ניתן לאלף במידה מסוימת, אבל לא לכבוש. הודות לכאוס, העתיד לא נקבע במלואו.

ביקום שלנו, כאוס הוא תכונה רבת עוצמה של כל מערכת שמתפתחת עם הזמן. כאוס מופיע בתחזית כאשר לא ידוע קטן או שגיאה מתגברת. זה דומה קצת לחללית שנשלחה לירח במסלול קצת מחוץ למסלול, שבסופו של דבר מפליגה על פני ואל האתר השחור של החלל. מערכות מסוימות מטבען כאוטיות יותר מאחרות (מסלול הירח כיום, למרבה המזל, די יציב). אבל האטמוספרה של כדור הארץ - מתפתחת ללא הרף עם אוויר עולה, שוקע ומסתחרר - מיועדת לכאוס. הכאוס משגשג שם מכיוון שאי אפשר לדעת את האווירה במלואה, לשלמות. למה לא? ברמה הקטנה ביותר, אי אפשר לדעת בדיוק היכן נמצא אטום וכמה מהר הוא נוסע, חוק פיזיקלי רב עוצמה הנקרא "עקרון אי הוודאות(נפתח בלשונית חדשה)." יתרה מכך, אפילו המערבולת הקטנה, הקטנה ביותר, או הפרעה באוויר, הקטנה ביותר, יכולה לשנות באופן דרמטי את העתיד האטמוספרי. כל זה אומר שלעולם לא תהיה לנו אחיזה ברורה של כל מה שמתרחש בשמיים רחבי הידיים והנדנודים. יהיו פערים ואי ודאויות. ובסופו של דבר, הם יהרסו את התחזית.

"מערבולת מילולית ברוח גדולה כמו התמונה הממוזערת שלך יכולה להשפיע בהמשך", אמר ג'אדט. "אפילו חוסר הוודאות הקטן הזה יתגבר ותהפוך את התחזית לבלתי צפויה בזמן של שבועיים עד שלושה."

"זה מרגש במובן מסוים," הוא הוסיף.

זה נהוג לכנות "אפקט הפרפר", בהתייחסו לפרפר שמנופף בכנפיו העדינות ומתחיל מפל של אירועים אטמוספריים. "אנשים חושבים שזו מטפורה", אמר קרי עמנואל, מדען אטמוספירה ב-MIT. "זה לא. זה אמיתי."

למה, ביום שמשי חמים (כאשר האווירה מטבעה דינמית ולא יציבה יותר מלילה קר ויציב) גם אתם יכולים לנופף בזרועותיכם בחוץ ועלול ליזום שינויים באוויר שמשנים את מהלך האירועים באטמוספרה. "כולם תורמים לכאוס בזמנים שונים", אמר עמנואל, שמצא בנפרד אתהגבול של חיזוי מזג האוויר היומי הוא כשבועיים(נפתח בלשונית חדשה). ("אף אחד לא מתיימר לדעת את המספר בדיוק", ציין עמנואל.)

היכולת הנוכחית של מדענים לחזות טוב יותר אירועי מזג אוויר יומיומיים (שמגיעים כעת כשבוע לעתיד) בהחלט יכולה להשתפר.זה מדע מרתק(נפתח בלשונית חדשה). אבל הכאוס תמיד שולט בערך בשבועיים. כדי להדגים את הגבול המוזר הזה, Judt העסיק אלפי מעבדים ב-מחשב העל של שיאן(נפתח בלשונית חדשה)בוויומינג כדי ליצור הדמיות מתקדמות של האטמוספירה המורכבת והמתפתחת של כדור הארץ. הוא הפעיל שתי סימולציות של 20 יום: האחת של תצפיות אמיתיות שנלקחו מיום אוקטובר האחרון, והשנייה יצירה מלאכותית של אותו יום ששונתה עם שינוי "קטן, זעיר" במזג האוויר. אירועים בקנה מידה קטן, כמו סופות רעמים, התממשו במקומות שונים תוך שעות. לאחר שישה ימים, דפוסי מזג אוויר גדולים בשטח של כ-100 מייל עד 1,000 מייל (כמו מערכות לחץ גבוה ונמוך) הופיעו במקומות שונים. בקצת יותר משבועיים, שתי האווירות לא היו דומות.

במחשב העל, הכאוס הרים את ראשו, ואז התפשט.

מערבולת מילולית ברוח גדולה כמו התמונה הממוזערת שלך יכולה להשפיע בהמשך.

Falko Judt, המרכז הלאומי לחקר אטמוספירה

"זה לא משנה כמה מהר יותר או כמה קרובים למושלם המחשבים שלך", אמר אדילסון מוטר, פיזיקאי באוניברסיטת נורת'ווסטרן שחוקר כאוס. מחשבים דיגיטליים לעולם לא יוכלו להסביר את כל הפרטים של העולם האמיתי, הוא אמר. כאוס יתפרץ עם חוסר התאמה או שגיאת עיגול הקלה ביותר.

המגבלה הטכנולוגית דומה לבניית חללית שעשויה (איכשהו) להתקרב למהירות האור (670,616,629 קמ"ש), המהירות המותרת שכל עצם יכול לנוע. "אנחנו יודעים שאנחנו לא יכולים ללכת מהר יותר ממהירות האור", אמר ג'אדט. "אפילו עם טכנולוגיה עתידנית, אנחנו לא יכולים ליצור חלליות שיכולות לנסוע מהר יותר."

הכאוס, אם כן, הוא חלק מכונן, בלתי ניתן לשינוי, מהקיום שלנו. "גילוי הכאוס נחשב לתגלית השלישית בגודלה במאה ה-20", אמר עמנואל, מאחורי התגלית של איינשטייןתורת היחסות הכללית(נפתח בלשונית חדשה)ותורת הקוונטים(נפתח בלשונית חדשה).

בתחזית מזג האוויר של D-Day לא היה נשק חזק: מחשבים.

זמן קצר לאחר סיום המלחמה, ב-1950, מטאורולוגיםעשה את תחזית מזג האוויר הראשונה(נפתח בלשונית חדשה)במחשב אדיר. המכונה תפסה אחדר בשטח של 1,500 רגל מרובע(נפתח בלשונית חדשה). כיום, תחזיות מזג אוויר נוצרות עם הדמיות מחשב מתקדמות הרבה יותר של מזג האוויר. הדמיות אלו מבקשות לדכא כאוס.

"אני אוהב לדבר על אילוף אפקט הפרפר", אמר רוברטו Buizza, פיזיקאי ומדען ראשי לשעבר של המרכז האירופי לתחזיות מזג אוויר בטווח בינוני.

כל תחזית חייבת לבלום כאוס מכיוון שהמידע שלנו על האווירה אינו שלם מטבעו. "אימצנו לחלוטין את הרעיון של מערכות כדור הארץ שלנו כאוטיות ביסודו", אמר פיטר באואר, סגן מנהל מחלקת המחקר במרכז האירופי לתחזיות מזג אוויר בטווח בינוני. "לעולם לא נצפה בתנאים או סימולציה מושלמת."

ובכל זאת, כדי לבצע חיזוי מזג אוויר היום, מטאורולוגים מחברים מיליוני תצפיות על טמפרטורת האטמוספרה, לחץ האוויר, הרוח ומעבר להן לתוך הדמיות מחשב. בארה"ב,מעל 210 מיליון תצפיות מזג אוויר(נפתח בלשונית חדשה)מתחנות מזג אוויר, מכ"מים, לוויינים, בלוני מזג אוויר, מצופים, ספינות וממקומות אחרים מועברים לדגמי מחשב בכל יום. באופן מכריע, עבור כל חיזוי מטאורולוגים מריצים סימולציות רבות (אולי עשרות), אך משנים מעט את תנאי מזג האוויר הלא ידועים, או פערים בתצפיות, במהלך כל ריצה. התחזית הסופית היא טווח של חוזים עתידיים, אך מתגלה דפוס שבו הסימולציות מסכימות באופן כללי. טווח זה הוא התחזית.

"זו הדרך היחידה לקבל תחזיות סבירות", אמרה קתרין אוונס, מנהלת חטיבה בחטיבת מדעי החישוב וההנדסה במעבדה הלאומית של Oak Ridge.

דוגמה מצוינת היא קונוס ההוריקן של שירות מזג האוויר הלאומי, המראה את הנתיב שאליו צפויה הוריקן. סוכנות מזג האוויר אף פעם לא מציגה הוריקן המכוון על מסלול ספציפי אחד למקום ספציפי אחד. זה בגלל שאף פעם אין תשובה אחת. לא יכול להיות. "לעולם לא נדעאת התשובהעם מזג האוויר, אי פעם", הדגיש אוונס. "האווירה היא פשוט מערכת מורכבת מאוד". אבל מגוון זה של תרחישים סבירים מצייר תמונה טובה של מה שמגיע, לעתים קרובות ימים מראש. "תוזהר," אמר באואר.

הודות לתצפיות משופרות מאוד של האטמוספירה (במיוחד כאשר לוויינים נכנסו לאינטרנט כדי לצפות באטמוספירה המתערבלת מאלפי קילומטרים מעל) יחד עם מחשבים מהירים יותר, קהילת החיזוי הרחיבה את חיזוי מזג האוויר בערך ביום לכל עשור ב-30 השנים האחרונות. זה הישג באואר שנקרא "עצום".

עם זאת, לא ידוע כמה רחוק לעתיד האנושות תחזה אי פעם בצורה מהימנה את מזג האוויר - או אם אפילו נתקרב לגבול השבועיים. אנחנו מרחפים סביב מגבלת השבוע, אמר עמנואל מ-MIT. כמה רחוק אנחנו יכולים ללכת?

את הגבול התיאורטי ניתן להשיג רק עם טכנולוגיה שלא קיימת.

Falko Judt, המרכז הלאומי לחקר אטמוספירה

לראות אולי עוד יומיים או שלושה אל העתיד, או אפילו מעבר לכך, ידרוש תצפיות משופרות מאוד של האטמוספירה והגברת המחשוב. זה לא יהיה קל. כבר עכשיו, ההתקדמות בשיפור יכולת הניבוי כמעט נעצרה, אפילו עם מחשוב-על ותצפיות לווייניות מתקדמות. "היא האטה משמעותית במהלך חמש עד שבע השנים האחרונות", אמר ג'ודט, וציין כי זה מרמז עד כמה קשה לאלף את הכאוס. התקרבות לגבול השבועיים, בינתיים, עשויה להיות אפשרית תיאורטית, אבל מציאותית לא באה בחשבון. זה הישג שדורש פי טריליון יותר כוח מחשוב ותצפיות על כל מילימטר של האטמוספירה, הסביר ג'ודט.

"את הגבול התיאורטי ניתן להשיג רק עם טכנולוגיה שלא קיימת", אמר ג'אדט.

אם למחשבים עתידיים לא ניתן מידע מדויק להפליא על המתרחש בעולם - הרוחות שמתערבלות באוקיינוס ​​השקט הנפרד, גשם שוטף קצר מועד במדבר המקסיקני הנידח, רפרופי האוויר שנעשו על ידי שקנאי שחוטף מעל הים - תחזיות יורידו בהכרח מהפסים ככל שהסימולציה מעמיקה בזמן. הכל חוזר לכאוס. "ברגע שאתה עושה שגיאה קטנה איפשהו, השגיאה הזו תגדל ותתפשט", אמר Buizza.

והתחזית נכשלת.

מטאורולוג של חיל האוויר של צבא ארה"ב במהלך מלחמת העולם השנייה, אדוארד לורנץ, יגלה כאוס לאחר המלחמה.

לורנץ הפך למדען סקרן במזג האוויר ב-MIT. שם, הוא השתמש במחשב מוקדם (בגודל של שידה(נפתח בלשונית חדשה)) כדי לחקור את חיזוי מזג האוויר. בשנת 1961, לורנץ ניהל מודל מזג אוויר פשוט, המדמה חודשיים של מזג אוויר לעתיד. לאחר שסיים את הסימולציה, הוא חיבר שוב את המספרים והחל מחדש את אותה ריצת מזג אוויר מדומה. או לפחות כך הוא חשב. בזמן שהמכונה חורצת משוואות, לורנץ יצא לשתות קפה. כשחזר כעבור שעה, הוא מצא את המחשב יורק מספרים (או תחזיות מזג אוויר) שונים בתכלית מהריצה הקודמת.איך זה יכול להיות?לורנץ גילה שהוא לא הקליד את אותם המספרים המדויקים (או את המצב הראשוני של מזג האוויר). הוא עשה אשגיאת עיגול של חלק אחד לאלף(נפתח בלשונית חדשה). טעות קטנה. אבל השגיאות הקטנות האלה שינו הכל. "הם התגברו בהתמדה עד שהם שלטו בפתרון,"כתב לורנץ(נפתח בלשונית חדשה).

ניסוי המחשב הרציני הוכיח שההבדל הקטן ביותר בתנאים יגדל, ובסופו של דבר יפיק תוצאות שונות מאוד. "ההבנה של הכאוס נבעה על ידי מחשבים", אמר מוטר, הפיזיקאי החוקר כאוס. אילו היה לסר אייזק ניוטון מחשב למגרה אלגוריתמים של העולם הפיזי המתפתח, גם הוא היה יכול לזהות את עוצמת הכאוס, אמר מוטר.

עם זאת הכאוס, על אף שהוא מגביל את המרחק שאנו יכולים להציץ אל העתיד, משחרר מאוד. כאוס הוא עדות חזקה לכך שחיינו אינם נקבעים ואינם כבולים על ידי זרימה בלתי ניתנת לשינוי של אירועים. במילים אחרות, שגורלכם אינו צפוי.

הרעיון המשחרר הזה, לעומת זאת, לא זכה לאימוץ נרחב רק במאה ה-18. המתמטיקאי והפילוסוף בעל ההשפעה העצומה, רנה דקארט, ניסח רעיונות שהובילו לפופולריזציה של היקום הקרטזיאני - מקום בוהכל נקבע ועוקב אחר חוקים מכניים(נפתח בלשונית חדשה). הכל, אם כן, היה שעון.

"הייתה השערה רווחת שחיינו ביקום של שעון", אמר עמנואל מ-MIT. אבל שתי תגליות ביטלו את הרעיון של מציאות ידועה מראש, הוא ציין: הנישואין של גילוי הכאוס של לורנץ עם הגילוי שהמיקום המדויק של אטום ("אי ודאות קוונטית") לעולם לא יכול להיות בטוח. זה הראה שאי אפשר לדעת הכל, ומהלך העתיד. "זה המסמר האחרון בארון הקבורה של יקום השעון," אמר עמנואל.

"מותו של היקום הקרטזיאני משחרר מאוד", הוסיף. "מי רוצה לחיות ביקום של שעון? אין רצון חופשי. הכל נקבע מראש".

המגבלות על חיזוי מזג האוויר, אם כן, על כוכב לכת שמתערבל בתוהו ובוהו ואי ודאות, הם ברכה. לפחות, זה הרבה יותר טוב מהאלטרנטיבה.

"אז עלינו להאמין בלב שלם ברצון חופשי",כתב לורנץ ב-1993(נפתח בלשונית חדשה), לאחר שהרהר בהשלכות של הכאוס במשך עשרות שנים. "אם הרצון החופשי הוא מציאות, היינו עושים את הבחירה הנכונה. אם זה לא כך, עדיין לא היינו בחרנו בחירה לא נכונה, כי לא היינו בוחרים בכלל, בלי רצון חופשי לעשות זאת".

• נכתב על ידי

  מארק קאופמן

• נערך על ידי

  בריטני לוין בקמן

• תמונה עליונה

  נאס"א