لماذا بعض الدوامات قابلة للتنبؤ والبعض الآخر ليس كذلك سريع
في التدفق المضطرب — كما في النهر الجارف — تنتقل الطاقة باستمرار من الدوامات الكبيرة إلى الصغيرة. أحيانًا تنشأ ارتفاعات قوية بشكل خاص، تشبه الضربات المفاجئة للموجة على الشاطئ. تساءل العلماء: هل يمكن معرفة مسبقًا متى ستضرب مثل هذه «الموجة»؟ اتضح أن الإجابة تعتمد على نوع الدوامات الموجودة في التدفق في تلك اللحظة.
النمذجة العشوائية للتدفق ثنائي الأبعاد (المسطح مثل سطح الماء) أظهرت أن لكل ارتفاع متطرف في الطاقة أفق تنبؤ خاص به. يمكن توقع بعض الارتفاعات قبل فترة فوضوية واحدة — وهي الوقت الذي «ينسى» فيه التدفق حالته الأولية تمامًا. بينما يمكن توقع أخرى لأكثر من أربع فترات من هذا القبيل. الأمر كله يتعلق بعمر الهياكل الدوامية الكبيرة، التي يسميها العلماء «حزم الدوامات الرباعية القطب». تشبه هذه الهياكل أربع دوامات مترابطة تدور معًا.
عندما تعيش هذه الحزم الدوامية طويلاً، فإنها «تنظم» التدفق وتجعل سلوكه أكثر قابلية للتنبؤ. وعندما تتفكك بسرعة، يصبح التدفق فوضويًا ويتقلص أفق التنبؤ بشكل حاد. تم التوصل إلى هذا الاستنتاج بمساعدة شبكة عصبية دربت على آلاف التجارب العددية. تعلمت الشبكة العصبية التنبؤ بارتفاعات الطاقة، ثم قام العلماء بقياس مدى دقة تنبؤاتها في المستقبل.
هذا النهج يشبه توقع الطقس من خلال سلوك الغيوم: لا حاجة لحل معادلات معقدة، يكفي التعرف على نوع الغيوم ومعرفة المدة التي تعيشها عادةً. وهذا يفتح الطريق لتقدير حدود قابلية التنبؤ من الملاحظات الحقيقية — دون حسابات مكلفة.
في الاضطراب ثنائي الأبعاد، تتصرف الطاقة بشكل مختلف عن ثلاثي الأبعاد: الدوامات الكبيرة لا تتفكك إلى صغيرة، بل على العكس، تندمج لتشكل هياكل أكبر. لذلك قد تكون قابلية التنبؤ هناك أعلى.