Сигнал и шум. Почему одни прогнозы сбываются, а другие – нет

Однако такой вывод аналогичен утверждению, что ни один из жителей Пенсильвании не сможет выиграть джекпот в лотерею только потому, что этого не происходило за последние три недели. Землетрясения магнитудой 9 баллов, как и выигрыш в лотерею, происходят достаточно редко. Фактически до 2004 г. в мире было зафиксировано всего три таких землетрясения. Очевидно, что этих данных недостаточно для каких-то конкретных выводов о тех обстоятельствах, при которых подобные события могут или не могут произойти. Японский пример неудачного предсказания был не первым. Сходные заявления делались относительно Суматры{365}, в то время как там происходило множество землетрясений магнитудой в 7 баллов{366}, но не более. Но затем в декабре 2004 г. на Суматре произошло гигантское землетрясение магнитудой 9,2 балла{367}.

Закон Гутенберга – Рихтера не позволял точно предсказать дату землетрясения на Суматре или в Японии, однако допускал возможность их возникновения{368}. И до сих пор его положения работают, в то время как огромное количество других тщательных попыток предсказания землетрясений потерпели неудачу.

Что ограничивает наши знания о землетрясениях

Серьезные землетрясения последних лет заставляют сейсмологов переосмысливать вопрос о возможном верхнем значении их магнитуды. Если посмотреть на рис. 5.2б, где отражены все землетрясения с 1964 г. (включая землетрясения на Суматре и Тохоку), то мы видим почти прямую линию, проходящую через все точки данных. Если бы мы такой график построили 10 лет назад, на нем можно было бы найти больше перегибов – подобных тому, что мы наблюдаем на рис. 5.6a. Из этого следует, что реально происходило чуть меньше мегаземлетрясений, чем предсказывал закон Гутенберга – Рихтера, однако в последние годы мы наверстываем упущенное.

Поскольку землетрясения магнитудой 9 баллов происходят крайне редко, нам потребуются столетия, чтобы узнать реальное значение их частоты. Еще больше времени ноебходимо для того, чтобы понять, может ли произойти землетрясение магнитудой выше 9,5 балла. В разговоре со мной Хоф заявила о том, что география системы разломов может накладывать некоторые фундаментальные ограничения на масштаб землетрясений. По ее словам, в случае соединения самой крупной непрерывной последовательности разломов в мире – начиная от Терра Дель Фуэго на южной оконечности Южной Америки и заканчивая разломами на Алеутских островах, возможным стало бы и землетрясение с магнитудой 10 баллов. Однако наверняка это узнать практически невозможно.

Но даже если бы у нас имелись надежные сейсмологические записи за тысячу лет, не факт, что это бы сильно нам помогло. Не исключено, что у предсказуемости землетрясений есть свои естественные границы.

Землетрясение представляет собой комплексный по своей природе процесс. Теория сложности, разработанная покойным физиком Пером Баком и другими учеными, отличается от теории хаоса, хотя их часто объединяют. Согласно этой теории, даже самые простые вещи могут вести себя странным и таинственным образом при взаимодействии друг с другом.

Бак любил приводить пример с горкой песка на пляже. Если бросить на нее еще одну песчинку (а что может быть проще, чем песчинка?), то это может привести к одному из трех последствий. В зависимости от формы и размеров горка песка может остаться почти неизменной. Либо же с нее, после того как на нее упадет песчинка, каскадом сползут другие песчинки, скатившись до самой земли. Либо же может произойти нечто совершенно иное – если горка песка слишком неустойчива, то дополнительная песчинка способна дестабилизировать всю систему и привести к возникновению своеобразной песчаной лавины. Сходным свойством обладают и комплексные системы. Значительные периоды кажущегося застоя сменяется внезапными и катастрофическими динамичными процессами. Эти процессы в буквальном смысле не будут случайными, но они настолько сложны, что вы можете предсказать их возникновение только до определенного уровня понимания.

Красота шума

Тем не менее если вы будете рассматривать комплексный процесс с достаточно большого расстояния, то увидите в нем порядок и красоту. В этой книге я порой вольно обхожусь с понятиями «сигнал» и «шум», однако изначально эти термины появились в электротехнике. Инженеры выделяют несколько разных типов шума. Все они достаточно случайны, но при этом следуют определенным типам вероятностного распределения. Если вы послушаете настоящий «белый шум», создаваемый случайными всплесками звука над обычным распределением частот, то он покажется вам свистящим и довольно грубым. Другой тип шума, связанный с комплексными системами и называемый броуновским шумом, кажется более успокаивающим и чем-то напоминает звук падающей воды{369}.