В 1960-х метеоролог Эдвард Лоренц обнаружил, что воздух над планетой ведёт себя как толпа на распродаже: малейший толчок может изменить всё. Его знаменитый вопрос про бабочку в Бразилии, вызывающую торнадо в Техасе, стал символом хаоса в атмосфере. Но Лоренц смотрел только на воздух. Океан, который покрывает семь десятых земного шара, он оставил за кадром. А ведь именно океан греет и охлаждает атмосферу, именно он запускает Эль-Ниньо — тёплое течение, которое каждые несколько лет переворачивает погоду на всех континентах.
Новая работа показывает: хаос умеет путешествовать. Представьте эстафету, где бегуны передают не палочку, а непредсказуемость. Один бегун — тёплая вода у берегов Перу, другой — ветры над Австралией, третий — течения в Атлантике. Математики связали три простые модели: уравнение, описывающее перенос тепла океанскими течениями, модель Эль-Ниньо и классическую систему Лоренца для атмосферы. Оказалось, что если в одну из этих систем встроить хаотический сигнал, соседняя система, которая сама по себе была спокойной и предсказуемой, начинает вести себя беспорядочно.
Это не просто математический фокус. Тёплые воды Тихого океана обмениваются теплом с воздухом, ветер трётся о поверхность воды, течения переносят тепло на тысячи километров. Если в одном звене этой цепи возникает хаос, он распространяется по всей цепи, как трещина по стеклу. Поэтому прогноз погоды на неделю вперёд — это всегда игра в угадайку, даже если бы у нас были идеальные спутники и суперкомпьютеры. Хаос не сидит в одном месте, он разлит по всей планете.
Работа даёт новый взгляд на старую проблему. Раньше учёные искали источник непредсказуемости в отдельных моделях: то ли атмосфера сама по себе хаотична, то ли Эль-Ниньо сбивает её с толку. Теперь видно, что дело не в источнике, а в связях. Хаос заразителен, и климатическая система — это огромная сеть, где непредсказуемость бежит от узла к узлу, как сигнал по проводам.
Пока это чистое знание, без немедленной пользы для прогноза. Но оно меняет саму постановку вопроса. Вместо того чтобы спрашивать «где рождается хаос?», стоит спросить «как он распространяется?». И тогда, возможно, удастся найти способ приглушить его, как гасят пожар, не давая огню перекинуться на соседние дома. А пока бабочка из Бразилии машет крыльями, и её взмах, пройдя через тёплые воды Тихого океана, может обернуться ливнем в Москве.
Лоренц, открывший хаос в атмосфере, задал знаменитый вопрос: «Может ли взмах крыла бабочки в Бразилии вызвать торнадо в Техасе?» Эта работа показывает, что хаос может передаваться и через океан: тёплая вода в Тихом океане способна сделать непредсказуемой погоду в далёкой Атлантике.
Идея глобальной связности климата перекликается с романом Кима Стэнли Робинсона «Сорок знаков дождя», где учёные пытаются понять и предсказать резкие изменения климата, вызванные нелинейными взаимодействиями океана и атмосферы.