أثر جناح الفراشة يمنع الدقّة عن العلماء

«أثر رفّة جناح الفراشّة» Butterfly Effect. هذه الكلمات ليست وصفاً رومانتيكيّاً مغرماً بالفراشة وجناحها المرهف، إذ تصف الكلمات مفهوماً علميّاً إلى حدّ أنه يعتبر رُكناً أساسيّاً في فهم أحد أبرز نظرياته المعاصرة، وهي «نظريّة الفوضى»Chaos Theory!
في المناخ، يتحدّث العلماء عن «أثر جناح الفراشة» لإيضاح أن الفوارق البسيطة بين مُكوّنات الطقس وأحوال المناخ من جهة، والأرقام والمُعادلات الرياضيّة التي تستخدم في حساباتها، ربما ولّدت فوارق مؤثّرة بالنسبة الى توقّعات الطقس والمناخ. بمعنى آخر، مهما كانت حسابات المناخ والطقس دقيقة، هناك دوماً هامش للخطأ، ومساحة للفارق بين ما يكونه المناخ فعليّاً وبين أحواله في الأرقام على الورق وشاشات الكومبيوتر.
البداية: فنجان قهوة!
لنعد إلى البداية، إلى فنجان قهوة رغب عالِم الفيزياء الأميركي إدوارد لورنز في احتسائه ذات يوم من شتاء العام 1961. وحينها، كان لورنز عاكفاً على مراقبة المناخ عبر مفاهيم علم الفيزياء، بل كان رائداً في تأسيس علم فيزياء المناخ. أخذ يجمع معطيات المناخ وأحوال الطقس، مستخدماً كومبيوتراً من نوع «رويال ماك بي» وآلة حاسبة وأقلام رصاص وأوراقاً بيضاً كثيرة.
وأراد أن يتتبع أحد أنماط الطقس على مدى زمني واسع. واصطنع لذلك طريقة مختصرة. فأخذ يُدخل بنفسه إلى الكومبيوتر، مُعطيات عن أوضاع المناخ على مدى زمني سابق ومديد، وهي عمليّة شاقة. وعقد الأمل على الحصول على رسوم تمثّل أحوال الطقس (والمناخ) في فترة زمنيّة سابقة وطويلة، كي «يستنتج» الكومبيوتر ما تكونه تلك الأحوال في فترة زمنيّة مستقبليّة.
ومع المثابرة، ثقلت جفون لورنز. ترك الكومبيوتر يعمل. ثم خرج ليتنزه بعيداً من ضوضاء تلك الآلة. وشرب فنجاناً من القهوة.
وعاد بعد ساعة، ليجد مفاجأة مُدهشة. وجد شيئاً غير متوقع، لكنه شكّل نقطة الانطلاق لعلم جديد. إذ أعطى الكومبيوتر دوماً، قبل هذه المفاجأة، رسوماً متشابهة، على رغم أنها تتغيّر دوماً، بمعنى أنها تتغيّر ببطء.
ويتلاءم هذا الأمر مع الحسّ البديهي الشائع عند الناس بتغيّر أحوال الطقس تدريجياً، وبتكرارها المتشابه عبر السنين، مع بعض التغيير أيضاً.
لذا، توقّع لورنز أن يشاهد رسوماً متشابهة، لا تتضمن إلا قليلاً من التغيير. لكن الأمر لم يكن كذلك عندما عاد من نزهته لشرب القهوة. إذ اختفى التكرار كلياً. وأعطى الكومبيوتر رسوماً عن توقّعات الطقس فيها اختلافات قويّة وشديدة!
نسمة هواء مهملة
في البداية، ظنّ لورنز بأن خطأ ما حدث في جهاز الكومبيوتر. ولم يكن الأمر كذلك. وسرعان ما التمعت في ذهنه فكرة مُهمة. ليس العيب في الكومبيوتر الذي ظلّ أميناً لبرامجه، بل تكمن العلّة في الأرقام التي أدخلها بنفسه الى الحاسوب. إذ يستطيع الكومبيوتر ان يحفظ الأرقام لست خانات بعد فاصلة الكسور العشرية، بمعنى أنها تصل إلى كسر من المليون. ولكن الأرقام التي أدخلها لورنز بنفسه إلى الكومبيوتر، لم تكن إلا أرقاماً تقريبية عن أحوال الطقس، لأنها تضمّنت ثلاثة أرقام بعد الفاصلة ما يعني أنها أهملت الفوارق التي تبدأ من كسر في العشرة آلاف وتصل إلى كسر في المليون! فكّر لورنز مليّاً: عندما أُهمِلَت الفوارق الهيّنة، ظهرت فوارق ضخمة، أيكون هذا أمر المناخ؟ بداية من هذه «الغلطة»، استمر لورنز في العمل على مسألة الفوارق البسيطة بدأب لم يكن بسيطاً ولا هيّناً أبداً. وتوصّل إلى أن رصد أحوال الطقس يعتمد على قياسات دقيقة، بل تزيد دقّتها باستمرار، لكن هناك فارقاً دوماً يفصلها عن أحوال الطقس فعليّاً وواقعيّاً في الطبيعة. واستنتج لورنز أن هذا الفارق في القياس، وهو أمر لا يتوقف علماء الطقس والمناخ عن محاولة تحسينه، يؤدي إلى هذه الفوارق الملموسة بين توقّعات الطقس والمناخ، وبين ما يحدث فعليّاً في الطبيعة، خصوصاً عندما تتعلّق التوقّعات بمدى زمني واسع ومديد.
مثال؟ يفترض ألا تؤدي نسمات هيّنة من الهواء، إلا لتبدّل طفيف في الصورة الكبيرة لنظام الرياح الكبرى، لكن التجربة تثبت أن إهمال حسابها في مُعادلات الكومبيوتر عن الطقس المناخ، يؤدي إلى وضع توصل فيه هذه التغييرات الهيّنة وغير الملحوظة إلى نتائج كارثية.
الفشل... الفشل
منذ وقت لورنز، يعرف علماء المناخ جيّداً أن توقّع أحوال الطقس لفترات طويلة، هو جهد محكوم بالفشل. ومع تطوّر وسائل الرصد الجويّ ودخول الأقمار الاصطناعيّة وتقنيّات المحاكاة الافتراضيّة على الكومبيوتر ضمن أدوات حساب الطقس والمناخ، تحسّنت التوقّعات الطويلة المدى بصددهما، خصوصاً عندما تكون متّصلة بالصورة الكبيرة للمناخ بعيداً من تفاصيلها اليوميّة على امتداد جغرافيا الكرة الأرضيّة بأسرها.
وعندما بلوّر لورنز النواة الأولى لمفهوم «أثر جناج الفراشة»، أشار إلى أن هذا المفهوم يفسّر عدم قدرة العلماء على التكهن الطويل الأمد بأحوال المناخ. وأعرب أيضاً عن قناعته بأن السبب وراء الاعتقاد الشائع بإمكان التكهن بأحوال الطقس لفترات طويلة، يكمن في وجود ظواهر فيزيائية ملموسة يستطيع العلماء التكهن في شأن مسارها المستقبلي. وأشار إلى أن هذا ينطبق مثلاً على المدّ البحري، الذي يتضمن تفاعلاً مُعقّداً بين الأرض والشمس والقمر، لكن التوقّعات العلميّة في شأنه تكون قريبة جداً من مجرياته فعليّاً. وبقول آخر، تكون آثار التفاعلات الهيّنة والبسيطة في المدّ البحري، ضئيلة وغير فعّالة في الأحوال العامة للمدّ البحري، أما الطقس والمناخ فلهما شأن آخر. وللحديث بقيّة.