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

Сильный ураган, обрушивающийся на Новый Орлеан, – самый страшный кошмарный сон любого синоптика. В городе имелись идеальные условия, позволяющие привести к разрушениям и массовой гибели людей. С одной стороны, географическое положение – Новый Орлеан скорее не граничит с Мексиканским заливом, а утопает в нем. Основная масса горожан проживала в помещениях, расположенных ниже уровня моря, и полагалась на устаревшую систему дамб и природных барьеров, которые постепенно смывались морем{242}. С другой стороны, существует проблема, связанная с определенным типом культуры жителей Нового Орлеана. Они многое делают хорошо, но есть две вещи, которые они с гордостью отказываются делать: они никогда не двигаются быстро и не особо доверяют властям. В противном случае это просто был бы не Новый Орлеан. И, конечно, если бы не эти обстоятельства, город куда лучше подготовился бы к встрече с «Катриной», поскольку именно на эти обстоятельства стоит обратить внимание, когда возникает угроза урагана.

Национальный Центр слежения за ураганами уточнил свой прогноз, касающийся «Катрины»; ему удалось рассчитать возможность удара по городу почти за пять дней до разрушения дамб. Центр посчитал, что развитие ситуации по достаточно кошмарному сценарию вполне вероятно, причем уже через 48 часов. 20 или 30 лет назад столь заблаговременное предупреждение вряд ли было возможным, и в итоге удалось бы эвакуировать значительно меньше людей. Прогноз Центра и постоянные улучшения качества прогнозирования погоды за последние десятилетия, вне всякого сомнения, помогли спасти множество жизней.

Однако к прогнозам центра прислушались далеко не все. Примерно 80 тысяч жителей Нового Орлеана{243} – почти пятая часть населения города в то время – не смогли эвакуироваться, и 1600 из них погибли. Опросы выживших показали, что около двух третей из них не думали, что шторм будет настолько сильным{244}. Другие были в замешательстве от того, как осуществлялась эвакуация. Мэр города Рэй Нейгин ждал почти 24 часа, прежде чем объявил об обязательной эвакуации, несмотря на обращения Мэйфилда и других официальных лиц. Тем не менее некоторые жители – бедные, пожилые или не имевшие доступа к новостям – не могли покинуть город, даже если бы и захотели.

Прогнозирование погоды – одна из историй успеха, о которых рассказывает книга. Именно в этой области человек и машина способны объединить усилия, чтобы понять всю сложность окружающей природы, а то и предвидеть ее поведение. Однако тот факт, что мы можем порой предсказать поведение природы, совсем не означает, что мы можем его изменить. Кроме того, прогноз не имеет никакого смысла, если его никто не хочет слушать. История «Катрины» – это история человеческой изобретательности и человеческих ошибок.

Прогноз погоды от суперкомпьютера

Суперкомпьютеры лаборатории Национального центра атмосферных исследований (NCAR), расположенного в Булдере, штат Колорадо, создают, по сути, свою собственную погоду. Они сильно нагреваются и излучают тепловую энергию – 77 трлн вычислений, которые ежесекундно делает суперкомпьютер IBM Bluefire, вызывают значительное потепление. Они создают ветер – поскольку у страны должна всегда оставаться способность прогнозировать погоду, компьютеры нужно охлаждать, и поэтому вокруг компьютеров установлено несколько мощных вентиляторов высокого давления, постоянно обдувающих их потоком кислорода. Они настолько шумные, что в комплект спецодежды сотрудников ввели стандартные средства защиты слуха.

Bluefire разделен на 11 секций высотой примерно по 2,5 м и шириной около 50 см, по бокам каждой из которых тянется ярко-зеленый шлейф. Сзади эти шкафы напоминают типичный суперкомпьютер, каким мы его себе представляем – масса переплетенных кабелей и синих огоньков, мерцающих в «мозге» машины. Спереди же по форме и размерам они напоминают портативные туалеты, а сходство лишь усиливается благодаря двери с серебряной ручкой.

Я говорю об этом доктору Ричарду Лофту, директору NCAR по технологическому развитию, контролирующему работу суперкомпьютерной лаборатории. Метеорологи привыкли к подобному юмору. Ларри Дэвид в своем шоу Curb Your Enthusiasm («Умерь свой энтузиазм») уверяет, что метеорологи иногда предсказывают дождь, когда его не ожидается, просто для того, чтобы занять лучшие места на поле для гольфа{245}. Политические рекламные ролики часто используют погодные метафоры для атаки на своих оппонентов{246}, заявляя, к примеру, что оппоненты переменчивы, как мнение метеорологических центров. Большинство людей полагает, что специалисты по прогнозированию погоды плохо делают свою работу.

Крайне забавно разглядывать ряды жужжащих компьютеров и думать: неужели все это бесполезно? Неужели все эти сложные устройства придуманы, чтобы предсказывать? И неужели, несмотря на всю свою сложность, они так и не могут сказать нам, будет ли завтра дождь?

Лофт не удивлялся моим вопросам. Увеличение мощности компьютеров никоим образом не улучшило качество прогнозирования землетрясений или процессов в экономике. Однако в метеорологии наметился значительный и даже примечательный прогресс. И во многом он был вызван именно ростом мощности суперкомпьютеров Лофта.

Очень короткая история прогнозирования погоды

«Позвольте мне отклониться от обычного повествования, – сказал мне Лофт, сидя в своем офисе. Оказалось, что он обладает чувством юмора – необычным и неординарным, чем-то напоминавшим героя сериала “Офис” Двайта Шрута[64]. По его словам, с самых древних времен человек пытался предсказать поведение окружавшей его среды. – Вы едете в каньон Чако или Стоунхендж и понимаете, что люди каким-то образом поняли, что могут предвидеть наступление и самого короткого, и самого длинного дня в году. Движение Луны по небу предсказуемо. Однако есть вещи, предсказать которые древним людям было не под силу: внезапное нападение хищного зверя, наводнение или гроза».

В наши дни мы принимаем как данность то, что можем прогнозировать местность, на которую через несколько дней обрушится ураган, однако метеорология довольно поздно развилась в успешную науку. На протяжении столетий в этой области почти не было никакого прогресса. Вавилоняне, знаменитые астрономы, создавали прообразы прогнозов и фиксировали их на каменных табличках уже более 6000 лет назад{247}. Однако в конечном итоге они сдавались на волю бога дождей Нингирса. Аристотель написал трактат о метеорологии{248} и даже выдвинул несколько интересных догадок, однако в целом эта часть его деятельности была довольно слабой. Лишь в последние 50 лет, когда существенно выросла мощность вычислительных машин, появилась возможность для реального прогресса.

О метеорологической сводке не стоит думать как о метафизическом упражнении, однако сама идея предсказания погоды заставляет нас задуматься о старых спорах на тему предначертания и свободной воли. «Написано ли все до нас или мы сами пишем свою историю? – спросил Лофт. – Это была основная проблема для человеческих существ. И в реальности существовало две школы мыслителей. Одна из них была связана со св. Августином и кальвинизмом», – продолжил он, имея в виду людей, веривших в предначертание. Согласно этой философии, люди способны предсказывать предстоящие события, однако они не могут ничего сделать для того, чтобы их изменить. Все происходит в соответствии с божьим планом. «Это направление противоречит идеям иезуитов и Фомы Аквинского о том, что у нас имеется свобода воли. И вопрос состоит, в конечном итоге, в том, считаем ли мы мир предсказуемым или непредсказуемым».

Дискуссии о предсказуемости в том или ином виде обрели новую жизнь во времена Возрождения и промышленной революции. Из механики Исаака Ньютона, казалось бы, следовало, что во Вселенной, упорядоченной и предсказуемой, все подчиняется сравнительно простым физическим законам. Идеи научного, технического и экономического прогресса, которые в предыдущие столетия никто не мог принять как данность, обрели жизнь. Многие стали верить, что человечество способно научиться управлять собственной судьбой. Предначертание сменилось новой идеей – идеей научного детерминизма.

Эта идея приобретала множество форм, но мало кто способствовал ее развитию так же сильно, как французский астроном и математик Пьер-Симон Лаплас. В 1814 г. Лаплас выдвинул постулат, впоследствии ставший известным под названием «Демон Лапласа»:

Мы можем рассматривать настоящее состояние Вселенной как следствие его прошлого и причину его будущего. Интеллект, который был бы способен в каждый определенный момент времени познать все силы, приводящие природу в движение, и положение всех элементов, из которых она состоит, и если бы этот интеллект был бы достаточно сильным, чтобы проанализировать все эти данные, он смог бы объять единым законом и движения величайших тел во Вселенной, и движения крошечных атомов; для этого интеллекта ничто больше не казалось бы неопределенным, а будущее, как и прошлое, оказывалось бы прямо перед его глазами, подобно настоящему{249}.