Liệu khí hậu của chúng ta có bị biến thành hỗn độn toán học? - Victor J. Donnay

Xem bài học đầy đủ: http://ed.ted.com/lessons/is-our-climate-headed-for-mathematical-chaos-victor-j-donnay

Các nhà khoa học đã cảnh báo rằng khi lượng CO2 trong khí quyển tăng sự gia tăng nhiệt độ của trái đất bởi ngay cả hai độ có thể dẫn đến hiệu ứng thảm khốc trên toàn thế giới. Nhưng làm thế nào, biến đổi có thể đo lường nhỏ như vậy trong một yếu tố có thể dẫn đến những thay đổi rất lớn không thể đoán trước ở nơi khác? Victor J. Donnay sử dụng bi-a để minh họa điểm tới hạn, chuyển động hỗn loạn và những tác động của biến đổi khí hậu.Bài học của Victor J. Donnay, mô tả bằng hoạt hình bởi Karrot Animation.

Đối với hầu hết chúng ta, 2 độ C chỉ là
một khoảng nhiệt độ rất nhỏ

thậm chí không đủ làm nứt một cánh cửa sổ

Nhưng các nhà khoa học đã cảnh báo rằng
khi nồng độ CO2 trong khí quyển tăng lên,

sự tăng nhiệt Trái Đất chỉ bằng
một lượng nhỏ này

cũng có thể dẫn đến tai họa thảm khốc
trên toàn cầu

Làm sao mà chỉ một sự thay đổi nhỏ
của một yếu tố

dẫn tới thay đổi to lớn và khó lường
lên các yếu tố khác được?

Câu trả lời nằm ở nguyên lý toán học
về điểm tới hạn,

mà chúng ta có thể hiểu thông qua
môn thể thao quen thuộc - bida

Quy tắc cơ bản của
chuyển động của bida là

viên bi sẽ đi thẳng cho tới khi
nó chạm vào thành

rồi nảy ra ở một góc
bằng với góc tới của nó

Với mục đích đơn giản, giả sử rằng
không có ma sát,

vì thế viên bi có thể chuyển động mãi mãi.

Và để đơn giản hơn nữa,

hãy quan sát điều gì xảy ra với chỉ
1 viên bi lăn trên 1 bàn tròn tuyệt đối.

Khi thọt viên bi và bắt đầu
chuyển động theo quy luật,

nó đi theo đúng đường hình ngôi sao.

Nếu chúng ta đặt viên bi ở vị trí khác,

hoặc đánh nó với một góc khác,
một số điểm của đường đi thay đổi,

nhưng hình dạng tổng thể vẫn giống nhau.

Với một vài cú đánh thử nghiệm,
và một số mô hình toán học cơ bản,

thậm chí ta có thể dự đoán đường đi
của viên bi trước khi nó bắt đầu lăn,

đơn giản dựa vào
điều kiện ban đầu của nó.

Nhưng điều gì sẽ xảy ra
khi ta thay đổi một chút

hình dạng của chiếc bàn
bằng cách kéo nó xa ra một chút,

và chèn thêm hai cạnh thẳng
dọc phía trên và phía dưới?

Chúng ta có thể thấy khi viên bi
nảy ra khỏi cạnh thẳng,

nó bắt đầu chuyển động khắp cái bàn.

Viên bi vẫn tuân theo
quy luật chuyển động cũ,

nhưng sự chuyển động này không còn
đi theo bất kỳ hình dạng nhất định nào

Với chỉ một thay đổi nhỏ với biến số,

mà hệ thống hoạt động dựa vào đó,

chúng ta đã biến
chuyển động của viên bi

từ một dạng ổn định
và có thể đoán trước,

sang một dao động tự nhiên,

do đó tạo ra cái mà các nhà toán học
gọi là chuyển động hỗn độn.

Chèn các cạnh thẳng vào chiếc bàn
là điểm tới hạn,

chuyển hệ thống từ trạng thái này
(bình thường),

sang một trạng thái khác (hỗn độn).

Vậy ngụ ý là gì mà
ví dụ đơn giản này lại có

thực trạng phức tạp
của khí hậu Trái Đất?

Chúng ta có thể coi hình dạng chiếc bàn
tương tự như nồng độ CO2

và nhiệt độ trung bình của Trái Đất:

Những hạn chế tác động đến
hiệu suất của hệ thống

trong dạng chuyển động của viên bi
hay là diễn biến của khí hậu.

Trong suốt 10,000 năm trước,

nồng độ CO2 trong khí quyển
ổn định ở mức

270 ppm (phần triệu) giữ khí hậu
trong trạng thái tự ổn định,

tương đối đều đặn và tốt
cho cuộc sống con người.

Nhưng với nồng độ CO2 bây giờ là
400 phần triệu,

và được dự đoán tăng lên khoảng
500 đến 800 phần triệu

trong thập kỷ tới,
có thể đạt tới điểm tới hạn

ngay cả chỉ một sự tăng nhẹ
của nhiệt độ trung bình toàn cầu

sẽ có tác động tương tự như khi
thay đổi hình dạng chiếc bàn,

dẫn tới một sự biến đổi đáng sợ
trong diễn biến khí hậu,

với những thiên tai cực đoan
và dữ dội hơn,

khó dự đoán được, và điều quan trọng nhất,
không tốt đẹp gì với cuộc sống con người.

Các mô hình giả định mà
các nhà toán học nghiên cứu chi tiết

không phải lúc nào cũng giống
những tình huống thực tế,

song chúng có thể đưa ra một bộ khung
và một cách nhìn nhận

có thể áp dụng được để giúp hiểu rõ
các vấn đề phức tạp hơn trong thực tế

Trong trường hợp này, việc hiểu
tại sao mà một thay đổi nhỏ

của các hạn chế ảnh hưởng lên hệ thống,
lại có tác động to lớn như vậy

cho chúng ta trân quý hơn
về dự đoán sự nguy hiểm

mà chúng ta không thể nhận thức ngay
được bằng các giác quan của mình.

Bởi vì một khi những hậu quả đó hiện hữu,
nó có thể trở nên quá muộn.