Systemen, modellen … en de wraak der Goden

Een bijdrage van leonardo da gioiella.

We maken met Paley en Hume een wandeling op een verlaten eiland, en vinden een horloge. Paley, een dominee, leefde voor Darwin, en was wel een anti-evolutionist avant la lettre. Hij heeft het horloge gevonden, en wist: dit is het bewijs van een schepper. Hume, de filosoof was een scepticus. Hij was mordicus tegen het idee van Paley, al was hij dan ook dood op het moment dat Paley dit aan papier toevertrouwde. Hume hield niet van scheppers.

Maar voordat die twee over het wel of niet bestaan van een schepper gaan bekvechten onderbreken we ze. Het gaat ons om heel iets anders. We weten nog even niet wat een horloge is, maar we zien iets bewegen. We nemen het mee naar huis en proberen te achterhalen wat we gevonden hebben door het van alle kanten te bekijken. Zonder resultaat.

Maar op een morgen pakken we het weer op, en wat blijkt: er is geen beweging meer. We proberen van alles: leggen het op de hei, geven het water, doen het om de pols … er gebeurt niets. Dan draaien we aan een knopje, dat er iets uitsteekt, en jawel: het beweegt weer.

We komen tot de conclusie dat we een black box in onze handen hebben, met duidelijk afgebakende grenzen die één, en niet meer dan één externe invloed behoeft om te doen wat het deed sinds we het gevonden hebben. Die externe invloed kunnen we begrijpen, want ons is al vroeg geleerd dat een perpetuum mobile ondenkbaar is, zelfs met een geinig appje. Uh … één ding is onbegrijpelijk: zolang we bijtijds aan het knopje draaien geven de twee poten onder het glas steeds eenzelfde beeld op het moment dat de zon hoog boven ons staat. Alleen, als we het vergeten, en na een rustpauze weer “aandraaien” gebeurt hetzelfde, maar dan met een andere spreidstand. Wat is dat met die zon …?

Raar voorbeeld om mee te beginnen, niet waar, Paley die een horloge vindt? Dat dachten jullie maar. Bekijk maar eens het fragment van dit filmpje – het horloge van Markus – dat begint op 1.03.49. (Markus Rex is een Duitse projectleider van een internationaal onderzoeksteam op de Noordpool. Voor hen die niet van nasynchronisatie houden, hier is het auf Deutsch.) Daar vindt een mens, een wetenschapper, een horloge. En gelijk heeft de man een beeld in z’n kop – een model! – van hoe het Arctische weersysteem te benaderen. (Had ie al lang hoor!)

We noemen zoiets, wat in een black box past, ook wel systeem. Het begrip “systeem” is een beetje gemankeerd begrip. Een systeem veronderstelt een systematiek, systematisch handelen. Als wij, de mens, iets systeem noemen, zou dat moeten betekenen dat wij de systematiek doorgronden. Dat is lang niet altijd zo. Als we iets zien, dat afgerond lijkt en waarbinnen zich dynamiek manifesteert, dan spreken we van systeem, soms deelsysteem. En dat kan behoorlijk abstract worden.

Er is een paper, waaraan Noam Chomsky in zijn hoedanigheid van linguïst meegewerkt heeft, en dat gaat over systemen die zich in onze hersenmassa bevinden – die de schrijvers van het paper zich in onze kop voorstellen. Communicatiesystemen:

– er is FLB, faculty of language in the broad sense, en dat bevat een sensory motor system en een conceptual intentional system;
– er is FLN, faculty of language in the narrow sense, en dat bevat – uitsluitend! – een recursery system.

Ik denk dat de black box hier niet aan te wijzen is – het kan de hersenpan niet zijn want die bevat al die systemen – en ik denk dat ook de grenzen niet af te bakenen zijn.

Mijn onderwerp is het klimaatsysteem. Dat wordt ook systeem genoemd. Direct wordt door allen die er over mee mogen praten vastgesteld dat het hier om een zeer complex non-lineair, chaotisch systeem gaat. Kan dat: een chaotisch systeem? Systeem veronderstelt systematisch handelen, dus er kan geen chaos ontstaan. Wel, we hebben afgesproken dat dat kan: de notie chaos zegt dan dat “a system can be chaotic when the set of possible outcomes can be confined within a limited space”. Beter gezegd iets dat oogt als een black box maar waarvan we de werking niet doorgronden, mogen we systeem noemen als we de set van mogelijke uitkomsten kunnen afbakenen.

Tijdens mijn speurtocht naar dit soort systemen heb ik er een aantal op wiki gevonden, maar ook in scientific papers. Allemaal geinige speeltjes voor de computer. Stop (voorbeeld) een x, y en z in een adequate formule, laat de waardes variëren, en geef het verloop van die waardes grafisch weer op het scherm. Als je een goede randomizer hebt kan dat mooie bewegende beelden opleveren.
Ik heb zelf zo’n speeltje gemaakt, met zelfgebouwde randomizer, en er een filosofietje aan vastgeknoopt: TOUCHING TRINITIES waarmee het toch wat meerwaarde heeft gekregen tegenover die “geinige chaos-systeempjes” van wiskundigen/systeemtheoretici.

Hier is een stripje met screenshots van diverse uitkomsten (helaas kan ik de dynamiek niet meeleveren bij deze tekst): een beetje chaos met een paar houvastpunten. Teveel chaos kon ik me ook niet permitteren, de aanname van meerdere Trinities is al blasfemie genoeg.

Ik denk dat we coulant zijn als we die systemen in onze hersenpan, zoals door Chomsky et al. beschreven, als zodanig accepteren – er is geen black box, en ik denk niet dat de set van mogelijke uitkomsten afgebakend kan worden. Bij het klimaat kunnen we wel van redelijk af te bakenen uitkomsten spreken. Hoe verwoestend een orkaan ook, hoe hevig een stortbui – de Italianen spreken dan van bomba d’acqua – het is allemaal te overzien.

Maar, er spelen bij het klimaat wel andere problemen. Allereerst is klimaat een zeer arbitrair begrip – vooral omdat we klimaten onderscheiden naar soort. Dat is logisch, want als klimaat het weer van een langere periode binnen een typische locatie aanduidt, kun je verschillende klimaten waarnemen. Daarnaast is er een groot probleem met de afbakening van de grenzen. De zon, en de stand van de aarde t.o.v. de zon speelt een rol. Geologische processen – aardsystemen genoemd – spelen een rol. De stand van de overige planeten t.o.v. de aarde, maar ook t.o.v. elkaar speelt een rol. Er is kosmische straling. Bovendien geldt dat klimaat nogal wat kenmerken heeft, temperatuur, luchtdruk, neerslag, wind etc. maar het probleem van de verandering wordt (vnl.) opgehangen aan temperatuur.

Persoonlijk denk ik dat het geen box is die daar black ligt te wezen, meer een amorfe massa. Er zijn positieve forcings en negatieve forcings, je hebt El Nino en La Nina, je hebt tektonische verschuivingen – kortom: voor zover het als systeem aangeduid mag worden moet het als zeer chaotisch beschouwd worden. Je hebt misschien wel een systeem in handen, volgens afspraak, maar daarmee heb je de systematiek nog niet in je vingers.

Een kenmerk van een systeem is, dat het cybernetisch kan zijn: dan zit er een mechanisme in het systeem, dat de set van mogelijke uitkomsten beperkt tot gewenste uitkomsten – gewenst door de ontwerper van het systeem. Maar het klimaatsysteem kent geen ontwerper. Toch zijn er optimistische geesten, die, in het kader van climate change, corrigerende bewegingen menen te zien die het “binnen de perken” houden. James Lovelock met name. Het is waar, sinds er leven is op aarde zijn de klimatologische omstandigheden nooit zodanig geweest dat alle leven uitgeroeid werd. Maar er blijft die knagende onzekerheid: behoort zo’n omstandigheid nou wel of niet tot de set van mogelijke uitkomsten?

Systemen kun je voorstelbaar maken middels een model. Een strak recht-toe-recht-aan schema met lijntjes en blokjes bijv. De blokken geven dan functies weer, de lijnen laten de beïnvloeding zien. Zo is er een prachtig CO2-schema, waarbij IPCC-documenten de boekhouding van CO2 – dat als schuldige van de gedachte klimaatwijziging wordt beschouwd – laten zien. Het wordt boekhouding genoemd, maar de cijfers die bij de pijlen staan zijn schattingen. Een onafhankelijke accountant zou zijn lot niet verbinden aan deze “boekhouding”.

 

Het woord climate change is een paar keer gevallen. Er zou sprake zijn van climate change als de set van dagelijkse uitkomsten er anders uit gaat zien dan bekend is vanuit de recente geschiedenis. Ook wel af te meten aan begeleidende factoren: de langdurige afwezigheid van een Elfstedentocht. Het begrip klimaat beslaat een periode van minstens dertig jaar. Persoonlijk denk ik dat een mens klimaatwijziging niet merkbaar aan de lijve kan ondervinden – wellicht beter gezegd: niet aan kan wijzen. Dat zou ongeveer hetzelfde zijn als een eendagsvlieg die de overgang van seizoenen wil beschrijven. Ik durf te stellen: Niemand heeft ooit klimaatverandering gezien. Niemand weet met welke verschijnselen klimaatverandering gepaard gaat. Niemand kan zeggen of de huidige klimatologische fratsen op een naderende ijstijd of op een tropische sfeer wijzen.

Toch zijn er mensen die climate change menen waar te nemen: de climatologist community. Ook wel: de alarmisten. Sinds kort daarbij gekomen: Extinction Rebellion. Eén groep meent daar technisch toe in staat te zijn, en daarvoor ook de middelen te hebben: de klimatologen – die hebben wetenschap in hun gereedschapskist. De overigen, de alarmisten die om de klimatologen heen hangen, de gelovigen, kijken naar opvallende fenomenen – natte voeten en zo. Extinction Rebellion zijn de doempredikers.Veel klimatologen zijn meer alarmist dan wetenschapper geworden.

Die klimatologen zijn dus wetenschappelijk in de weer. Daar komt opnieuw het model om de hoek kijken, maar nu een ander model. Geen model om het systeem visueel voor te stellen, de werking ervan begrijpelijk te maken. Nee, dit zijn modellen waarmee gerekend wordt. Modellen waarin historische reeksen zijn vastgelegd, van waaruit trends zichtbaar worden gemaakt. Die historische reeksen vormen wel een probleem, want er worden nog niet zo verschrikkelijk lang objectieve metingen gedaan. Het belangrijkste ijkpunt voor de klimatologen: de temperatuur.

Kun je met een rekenmodel de werkelijkheid van het klimaat – nogmaals: een arbitrair begrip – zodanig nabootsen dat je als eendagsvlieg een seizoensovergang kunt beschrijven? Er is een pendant: de economische modellen. De economie is, evenals het klimaat, moeilijk grijpbaar, en bijna niet te vangen in een precies model. De economen doen het wel. We kennen de resultaten, zelden wordt er achteraf gezegd: dat hadden we precies zo voorspeld.

In dat verband is het leuk om op te merken hoe klimatologen naar economische modellen kijken. Dat gaat zo:

climate modellers, all using the same agreed equations from physics, are reluctant to consider economic models as models at all; economists, it seems, can just decide to use whatever equations they prefer.

Daar wordt een beetje schijnheilig gedaan, want in de diverse modellen worden niet altijd dezelfde algoritmes gehanteerd, omdat alles (nog) niet zo heel erg zeker is.

En zullen we het vandaag maar niet over de steen der wijzen hebben: Equilibrium Climate Sensitivity? Of over het werken met ensembles, waarvan de uitkomsten gemiddeld worden waaraan dan een kanswaarde wordt gegeven – alsof zo’n ensemble een zak met gekleurde ballen heeft opgeleverd?

En, als we het er nu toch over hebben, mag ik dan wel wijzen op Bayes, vermomd als PSA: probabilistic sensitivity analysis – waarbij een expert opinion mag meedoen als input voor de modellen.

The climatologist (like the economist, and others) has frequently to face situations in which a prediction must be made of the outcome of a process that is inherently probabilistic, and this inherent uncertainty is compounded by the expert’s limited knowledge of the process itself.

Dus, nogmaals, kun je in een rekenmodel de werkelijkheid van dat zeer complexe, en zeer chaotische systeem dat klimaat heet – terwijl er niet één klimaat is … kun je dat systeem in een rekenmodel vangen? Bijna alle klimatologen zeggen volmondig ja. Maar niet alle klimatologen. Modeldeskundigen zijn daar voorzichtiger in. Eén specialist zegt er dit van:

The most common definition of climate as averaged weather, is more cliché than definition. Average over what? Average in what way? Is there a function relating resulting averages to each other, or do the averages satisfy differential equations? There is not one but many divergent approaches to defining climate in terms of averages, which seem to coexist without mutual competition. The three primary approaches employ time averages, field averages, and model solution ensemble averages, respectively. Each is problematic in its own way.

De klimatologen worden steeds enthousiaster, want, zeggen ze: de modellen komen steeds meer in de buurt van de werkelijke weersontwikkeling. Dat wekt om een paar redenen bevreemding.

Iedereen is het er over eens dat een weermodel iets heel anders is dan een klimaatmodel. Je hebt een klimaatmodel, de uitkomst stop je in een weermodel. Moet kunnen, van het weer hebben we reële metingen, maar dat heeft geen lange historie, en al helemaal niet voor een dicht netwerk (grids). Daarnaast, het klimaatmodel is global, het weermodel is lokaal – en dat met zegge honderdentwee (102!) runs waarvan de uitkomsten vol noise zitten.

Een tweede reden is dat er een behoorlijk aantal parameters in zit, die de positieve en negatieve forcings representeren. Dat betekent dat twee verschillende sets van parameters de zelfde uitkomst kunnen geven. Dat hoeft op zich geen probleem te zijn, maar het maakt verificatie van de uitkomst, bij die massa aan data en al die complexe parameters een schier onmogelijke taak.

Het wekt vooral bevreemding omdat er steeds over computerpower wordt gesproken – in deze zin: straks hebben we quantum computers, dan is het voorspellen van het weer een fluitje van een cent geworden. Ook dat is heel erg problematic in its own way.

veel beloven, weinig geven
doet een gek in vreugde leven

 Er is die prachtige mythe van Prometheus, die het vuur bij de Goden weghaalt. Hij heeft de mensheid er blij mee gemaakt, vooruitgang gegeven. Mede dankzij die fossielen hebben we ons leren onderscheiden van de rest van die stomme primaten en op kunnen richten tot wat we zelf beschaafde mensen noemen.

Prometheus heeft er voor moeten betalen. En niet zo zuinig ook. Maar de Goden zijn nooit tevreden geweest met alleen die straf. Er lag nog wraak in het verschiet. Dat vuur moest terug.

En ze hebben die omhoog gevallen bipedalisten weten te verleiden, zoals de slang Eva wist te verleiden. Ze hebben ons een beetje inzicht gegeven in de aardsystemen, toch bij uitstek het speelveld van scheppers. En toen hebben ze een paar van die eigenwijze apen ingefluisterd dat het allemaal de verkeerde kant uitging – een beetje warmer hier, wat meer orkanen daar. En dat van de opgaande en neergaande lijntjes de neergaande lijntjes op waren, uitverkocht. En kijk wat er gebeurt: de mens heeft nu het vaste voornemen om het vuur terug te brengen naar waar het hoort: de Goden.

En als dan Marjan Minnesma het vuur met een diepe buiging teruggebracht heeft bij Hephaistos, de god die over het vuur gaat, weg van de mensen, en alles afhangt van zon en wind, dan gaan Zeus en z’n maatjes pas echt lachen. Dan gaat Saranyu wolken maken, haar werk als godin – heel veel wolken. En daarna gaat Indra – niet zomaar een god, maar Koning van de goden, die hemel en aarde gescheiden heeft – winden maken, storm zo zwaar dat je niet eens kunt lopen. En dan gaat het heel erg koud worden, koud als in de tijden van Prometheus.

En daarna, als Indra ziet dat Saranyu haar werk goed heeft gedaan, en als Zeus’ bent uitgelachen is, wordt het stil … paradijselijk stil.

***