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

Однако к январю 2004 г. Кейлис-Борок довольно громко заявил о другом своем предсказании: в течение следующих девяти месяцев землетрясение магнитудой не менее 6,4 балла должно было произойти в пустыне Мохаве в Южной Калифорнии{349}. Это заявление привлекло всеобщее внимание: Кейлису-Бороку были посвящены статьи в журнале Discover, газете Los Angeles Times и примерно в десятке других значимых изданий. Ему позвонили из офиса губернатора Шварценеггера; власти собрали чрезвычайное заседание. Даже знаменитые своим скепсисом сотрудники USGS были готовы уделить этой информации внимание; на сайте института было написано, что «работа команды Кейлиса-Борока основывается на вполне разумном подходе к исследованиям в области предсказания землетрясений»{350}.

Однако крупного землетрясения в пустыне Мохаве не произошло ни в тот год, ни в последующее десятилетие. Команда Кейлиса-Борока продолжала выступать со своими предсказаниями землетрясений в Калифорнии, Италии и Японии, но без особого успеха: проведенный в 2010 г. анализ показал, что прогнозы оказались точными лишь в трех случаях, а в 23 были ошибочными{351}.

Суматра, Индонезия

Но в предсказаниях землетрясений встречаются ошибки и иного рода: прогнозируется, что в каком-то регионе землетрясение заданной магнитуды маловероятно или невозможно, – а затем оно вдруг происходит. Дэвид Боумэн, бывший ученик Кейлиса-Борока, возглавляющий в настоящее время департамент геологических наук в Университете штата Калифорния в Фуллертоне, удвоил свои усилия по предсказанию землетрясений после землетрясения 2004 г. на Суматре – ужасающего бедствия с магнитудой 9,2 балла, приведшего к возникновению цунами и гибели 230 тыс. человек.

Методика Боумэна (как и Кейлиса-Борока) базировалась на серьезном математическом аппарате и использовала землетрясения средней силы для предсказаний более значительных{352}. Однако это был более элегантный и амбициозный подход. Боумэн предложил теорию, в рамках которой попытался дать количественную оценку величине напряжения в различных точках в системе разломов. В отличие от подхода Кейлиса-Борока, метод Боумэна позволял предсказывать вероятность землетрясения в любой части разлома. Таким образом, он мог предсказать не только где может произойти землетрясение, но и те участки земной поверхности, где его возникновение было бы маловероятным.

Поначалу Боумэн и его команда достигли определенного успеха; его метод позволил выявить зону риска на Суматре, в эпицентре которой в марте 2005 г. произошел серьезный афтершок с измеренной магнитудой 8,6 балла. Однако в научной работе, которую он опубликовал в 2006 г., было высказано предположение, что риск землетрясений в другой части разлома, в Индийском океане недалеко от индонезийской провинции Бенкулу особенно мал{353}. Но уже через год, в сентябре 2007 г., целый ряд землетрясений произошел именно в этой области, причем магнитуда самого сильного из них достигала 8,5 балла. К счастью, землетрясения произошли достаточно далеко от берега и привели к незначительным жертвам. Однако они оказались разрушительными для теории Боумэна.

После того как его модель потерпела фиаско, в 2007 г. Боумэн поступил так, как редко делают прогнозисты. Вместо того чтобы возложить всю вину на неудачу (его модель допускала некоторую возможность землетрясения около Бенкулу, однако незначительную), он еще раз изучил ее и решил, что его подход к предсказанию землетрясений был фундаментально ошибочным, – после чего сдался.

«Я – несостоявшийся прогнозист, – рассказывал мне Боумэн в 2010 г. – Я совершил смелый и глупый поступок – выступил с предсказанием, которое можно проверить. Именно это, в принципе, мы и должны делать, но, когда предсказания оказываются ошибочными, это приносит боль».

Идея Боумэна заключалась в том, чтобы выделить основополагающие причины землетрясений – и на их основе формулировать прогнозы. В сущности, он хотел понять, каким образом изменяется и распространяется напряжение во всей системе. В основе его подхода лежала теория хаоса.

Сама по себе теория хаоса – это демон, которого можно приручить. И это удалось, хотя бы частично, сделать синоптикам. Они гораздо лучше понимают, что происходит в атмосфере, чем сейсмологи – в земной коре. В большей или меньшей степени они представляют себе, как работает погода на молекулярном уровне.

У сейсмологов нет такого преимущества. «Анализировать климатические системы просто, – размышлял Боумэн. – Если они хотят увидеть, что происходит в атмосфере, им нужно просто посмотреть наверх. Мы же смотрим на лежащий под ногами камень. Большинство событий происходит на глубине 15 м под землей. Если отвлечься от того, что показывают в фантастических фильмах, у нас нет никакой надежды туда попасть. Это – фундаментальная проблема. Нет такого способа, используя который можно было бы напрямую измерить напряжение».

Не обладая теоретическим пониманием, подобным тому, что есть у синоптиков, сейсмологи вынуждены полагаться исключительно на статистические методы предсказания землетрясения. Вы можете ввести статистическую переменную под названием «напряжение» в свою модель, как попытался сделать Боумэн. Однако, поскольку величину этой переменной невозможно измерить напрямую, она может быть выражена исключительно в виде математической функции от параметров прошлых землетрясений. Боумэн полагает, что исключительно статистические подходы подобного рода, с большой долей вероятности, не сработают. «Набор данных содержит огромную долю шума, – полагает он. – При тестировании гипотез мы просто не можем получить статистически значимые результаты».

Процесс, происходящий в системах, основанных на данных с большой долей шума и на не до конца разработанной теории (а таковыми являются предсказания землетрясений или отдельные области экономики и политики), состоит из двух этапов. Сначала люди начинают ошибочно принимать шум за сигнал. После этого возникший шум заполняет журналы, блоги и новости ложными сигналами, подрывающими научное развитие и мешающими нам понимать, как на самом деле работает система.