Samo model. Samo model?

Pretekli november se je tik pred Kobenhavensko konferenco o globalnem segrevanju zgodil manjši škandal imenovan Climategate. Nekdo je vdrl v računalniški sistem univerze in razkril dopisovanja raziskovalcev klimatskih sprememb. Za samo znanost o klimatskih spremembah razkriti emaili ne pomenijo veliko, ne doprinašajo novih dognanj in ne zavračajo uveljavljenih teorij in hipotez. Ob novicah o tem dogodku pa se je spremenil javni odnos do te teme. Ustvarilo se je nezaupanje do rezultatov raziskav o globalnem segrevanju, ki je naraščalo s špekulacijami o pomenu razkritih emailov.

Če koga zanima kaj več o samem Climategateu, si lahko na Guardianovem blogu Freda Pearcea prebere več o tem. Jaz se v znanost klimatskih sprememb ne bom spuščal, porabil jo bom samo za primere ob razpravi.

V času po Climategatu sem od večih prijateljev in znancev slišal, da je bilo končno pokazano, da znanost o globalnih spremembah ni več tako gotova in da so končno razkrili luknje v razlagah, ki da jih še raziskovalci ne razumejo in nanje nimajo odgovora. Res je, prav gotovo je v tej znanosti še veliko nedorečenega. Kot naravoslovcu pa mi nedorečenosti in nejasnosti v raziskavah še ne pomenijo, da so moje hipoteze ali teorije napačne. Zato me dejstvo, da tudi na področju klimatskih sprememb ni vse z vso gotovostjo zaključeno, ne preseneča in ne vliva nezaupanja do raziskovalcev tega področja.

Si pa lahko predstavljam, da je to novico sprejel drugače kdo drug, ki je imel drugačno predstavo o tem, kako naj bi ta znanost potekala. Izjava na katero se bom obesil v tokratnem zapisu je bila nekaj takega:''Pri globalnem segrevanju ne drži vse s tako gotovostjo kot si misliš, drevesne letnice po katerih sklepajo na temperaturo v preteklih desetletjih so le model.''

Na izjavo imam dve pripombi, prva je, da so drevesne letnice le podatki in ne model. Zato bom poskušal najprej poskušal razložiti kaj je model. Druga pripomba je, da jaz ne vidim kaj je narobe s tem, da je nekaj samo model.

input, putput, output

Najkrajše povedano je model nekaj, s pomočjo česar podatke obdelamo in nato dobimo rezultat. V primeru z merjenjem debeline letnic dreves je rezultat, ki ga dobimo po obdelavi, neka temperatura.

Kako naj si torej predstavljamo model? Če si dovolim uporabiti primerjavo, lahko rečem, da je model kot stroj v katerega nabasamo podatke. Ti podatki so potem obdelani z orodji stroja. Po obdelavi nam stroj izvrže rezultat. Orodja stroja so lahko kaj takega kot sorazmerja fizikalnih količin, predpostavke in tudi poenostavitve, pa še kaj bi se našlo. Na kratko torej: input, nekaj vmes, output.

Če ta domišljiski opis prenesem na primer drevesnih letnic, so vnešeni podatki debelina drevesnih letnic. Model je zbirka pravil, ki podatke obdela. Kar je pri obdelavi upoštevano so povezave med debelino in temperaturo, odšteti je treba tudi vplive sušnih in deževnih obdobji, predpostaviti npr. da je drevo vedno bilo zdravo. Kot končni rezultat pa v tem primeru dobimo neko temperaturo, recimo da povprečno letno temperaturo.

Še en primer bi lahko bil napoved segrevanja ozračja v prihajajočem stoletju glede na trenutne razmere. Potrebovali bi podatke o trenutni temperaturi, podatke o pričakovanih koncentracijah CO2,  in oceno naravnih vgradnih procesov CO2. Za napoved bi upoštevati povezavo med segrevanjem in količino toplogrednih plinov na prvem mestu, potem pa še kaj drugega. Vse zveze med temi podatki, ki bi nam na koncu dali napoved sestavljajo model za napovedovanje. Je pa res, da tukaj že na nivoju podatkov nekaj ocenjujemo in pričakujemo, kar je seveda še par spremenljivk in negotovosti več.

Namišljeni tornadi in teoretični plini

Zdaj vemo kaj je model in lahko se vprašamo kaj naj bi pomenilo, da je nekaj ''samo'' model. Obtožba leti na to, da v sestavljanju modela nujno uporabljamo poenostavitve. Poenostavitve so nujne, tornada zagotovo ne bomo simulirali atom po atom, to bi bilo precej nepraktično.

Pri simulaciji tornada bi se kdo lahko pritožil, da je to slab opis tornada, ker njegova bistvena lastnost manjka. Simuliran tornado namreč ne podira hiš. Lahko bi se igrali norčka in vprašali zakaj naj bi se znanstveniki sploh ukvarjali z računalniškimi tornadi, saj niso ti tisti, ki so nevarni. Naj se raje ukvarjajo s tistimi, ki podirajo hiše, kot pa z nekimi namišljenimi. Pri tem pa je vendar jasno, da pri preučevanju nastanka tornada podrtih hiš še ne potrebujemo in da je eksperimentiranje s tornadi v realnosti precej težje. Težje hkrati pomeni, da se manj naučimo, kljub realnemu tornadu, ki ga preučujemo. S poenostavljanjem ni torej nič narobe, dokler vemo zakaj in kako ga uporabljamo.

Naslednji očitek bi lahko bil to, da sorazmerja in zveze (npr. med debelino letnic in temperaturo) mogoče ne veljajo v vseh primerih oziroma se nanašajo na nek abstrakten fizikalen sistem, ki ima malo veze z realnostjo. V splošni kemiji je dobro znan sistem enačb, ki opisujejo idealen plin (pV=nRT). To je teoretičen plin pri katerem so delci plina točkasti, se med sabo ne privlačijo ali odbijajo. Pri sobni temperaturi in atmosferskem tlaku se večina plinov vede v skladu z modelom idealnega plina. Ko tlak večamo se razlike med napovedmi modela in meritvami večajo. Enačbe za idealni plin prav tako ne govorijo o faznih spremembah (utekočinjenju pri nižjih temperaturah). Vendar je enačba zelo koristen pripomoček pri opisovanju veliko dovolj preprostih procesov, da pa se jo seveda razširiti in zakomplicirat, da je uporabna tudi v bolj eksotičnih pogojih. Brez osnovne enačbe seveda tudi enačb z razširitvami ne bi bilo.

Lahko se sedaj še sami sprašujete kdaj se nek opis dovolj tiče realnosti, da ga imamo za več kot ''le'' teorijo. Kako ločimo med opisom in realnostjo v primeru preučevanja pojavov subatomarnega sveta? Tam je teorija, ki jo imamo, edini in najboljši opis. Je ta edini opis nevreden upoštevanja ker ne vemo, če je realen? Ali je sploh treba ukvarjati z realnostjo ali nas zanima samo napovedljivost - da se rezultati in teorija skladajo?

Modeliranje našega okusa

Naslednji filozofsko kulinaričen primer lahko lepo prikaže do sedaj omenjene očitke in razloži zakaj to niso usodne pomanjkljivosti.

Sam vem, katera hrana mi je dobra in katera ne, za nove kombinacije pri kuhanju pa uporabljam nasvete ter občutek. Ali bi lahko z nekim opisnim modelom napovedoval, kaj mi bo dobro in kaj ne? Kako bi lahko vnaprej vedel, zakaj mi je lubenica ljubša od melone? V obeh sadežih je veliko molekul, ki dražijo receptorje na celicah mojega jezika. Od tam pelje na tisoče povezav v možgane, se prepleta, poveže z raznimi centri v možganih in nekako proizvede določen občutek. Nesmiselno se je ukvarjati s tako zapletenim biološkim pojavom. Raje bom poskusil postavit opisni model. Ker v vsakdanu prav dobro shajamo brez podobnih norčij, je primer smešen, a poskusimo vseeno.

Sestavil bom seznam jedi, ki so mi všeč in ki jih ne maram. 
+1: puranji file, riž, rezanci, smetanova omaka, na žaru, svinjina, bučke, gobice, sir, naravna omaka
 -1: paprika, paradižnikova solata, koruza, pomfri, sladko kislo

S seštevanjem točk posameznih jedi lahko napovemo menije, ki jih še nismo jedli, a nam bodo všeč. Model je še kar v redu, osebi ki mi predloži tak seznam bi lahko skuhal večerjo in ne bi udaril močno mimo, ni pa težko videti, da je preveč poenostavljen. Takšen kot je, ne upošteva kombinacij jedi. Določene jedi raje jemo skupaj kot druge, pri tem modelu pa ločimo le na dobro in slabo. Bolje bi bilo, če bi imeli še točkovanje +2, +3 itd. Nadalje se najljubše jedi se iz seznama ne da razbrati. Z zavedanjem vsega tega in malo volje bi se ga dalo narediti boljšega.

Drugi problem je, da je model uporaben le, ko se gre za glavne jedi. Jaz se tega pri uporabi zavedam, a uporabiti ga utegne nekdo drug, ki pod njemu ljube jedi doda sladoled in dobi: smetanov sladoled s koščki piščanca. Če pa menija ne sestavljamo po pravilu priloga-meso-omaka, maksimalno število točk dobimo, da zmečemo vse +1 jedi na en krožnik. Precej slabo.

Nauk filozofsko kulinaričnega modela je, da je zaradi približkov naš opis lahko daleč od dejanskega naravnega pojava (ekscitacija brbončic na jeziku in celotno dogajanje v možganih), ampak še vedno nekako deluje. Nadalje, obstajajo dobri modeli, ki natančno opisujejo izbrani pojav, in slabši modeli, ki so omejeni le na določene primere ali pa dajo le grobo napoved. Ampak tudi najboljše modele lahko uporabimo slabo (smetanov sladoled s koščki piščanca), pri nepopolnih pa z zavedanjem vseh slabosti in poenostavitev, dobimo smiselne rezultate (idealni plini, uspešna večerja narejena po zgornjem seznamu).

Model gor, model dol, a do sedaj prav nič o bodočem segrevanju
 

Kako torej vsa ta suhoparna debata pripomore k razpravi o klimatskih spremembah, ki jo imamo s prijatelji v najljubšem baru? Ko med pogovorom naslednjič naletite na to temo, lahko moje mnenje kot argument povzamete ali če vam je ljubše tudi spodbijate.

Sam trdim, da model sicer lahko jemljemo kot le neke na kup zmetane enačbe, ki se realnega sveta ne tičejo najbolj direktno, ampak moramo vedeti, da je to najožje dojemanje pojma modela. V širšem pojmovanju ta namreč ne zajema samo vseh sorazmerij, poenostavitev in drugih zvez. Če pogledamo širše, vidimo, da za razumevanje samih modelov potrebujemo tudi druga, ne tako eksplicitna znanja.

Da lahko raziskovalec sestavi nekakšen model, mora ta imeti zajetno poznavanje naravnih pojavov iz njegovega področja, poznati mora vse metodologije merjenja, pridobvanja podatkov, ob opisovanju pojavov pa se zaveda vsega kar je izpustil in zreduciral v približke. Model tako nikoli ni le model, ampak tudi vse preostalo znanje, ki sodi zraven.

Ob razpravljanju o delu klimatologov zato vstopamo v prostor, ki ga oni precej poznajo, mi pa smo nasprotno šibki v naših argumentih. Drugače je seveda, ko razpravljamo politične odločitve, ki iz teh dognanj sledijo. Tu ima lahko vsak svoje mnenje. Zagovarjamo lahko neskončno rešitev, od tehnoloških (varčne hiše, električni avtomobili), do tistih iz kategorije nazaj k naravi (samoomejevanje, samopreskrba s svojo nivo), spodbujamo različne alternativne in/ali obnovljive vire energije. Problematiko lahko tudi ignoriramo razlagajoč, da nas bo na koncu tako ali tako pobralo od izbruha enega vulkana ali trka asteroida.

Sam se lahko strinjam ali ne strinjam z večino klimatologov, a kot biokemik z mojim znanjem k razpravi ne morem kompetentno pristopiti. Nasprotno imam lahko pri delanju politike tako kot vsak tudi sam svoje kakršnokoli mnenje. Na tem področju bi idealno vsak prispeval k javni razpravi.

Jaka Kragelj

Prispevek odraža mnenje avtorja in ne nujno tudi društva.