Is our climate headed for a mathematical tipping point? - Victor J. Donnay

هل يتجه مناخنا إلى الفوضى الرياضية؟ - فيكتور ج. دوني

المترجم: Eman Abdel-Gawad المدقّق: khalid marbou

For most of us, two degrees Celsius is a tiny difference in temperature,

بالنسبة لمعظمنا، درجتان مئويتان تعتبران اختلافًا طفيفًا في درجة الحرارة،

not even enough to make you crack a window.

لا يكفي حتى لجعلك تفتح النافذة.

ولكن العلماء حذروا أنه مع ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون،

But scientists have warned that as CO2 levels in the atmosphere rise,

an increase in the Earth's temperature by even this amount

يمكن أن يؤدي الارتفاع في درجة حرارة الأرض حتى بهذا القدر

can lead to catastrophic effects all over the world.

إلى آثار كارثية في جميع أنحاء العالم.

How can such a small measurable change in one factor

كيف يمكن لتغيير طفيف يمكن قياسه في أحد العوامل

lead to massive and unpredictable changes in other factors?

إلى تغييرات هائلة وغير متوقعة في عوامل أخرى؟

The answer lies in the concept of a mathematical tipping point,

تكمن الإجابة في مفهوم نقطة التحول الرياضية،

which we can understand through the familiar game of billiards.

والتي من الممكن أن نفهمها من خلال لعبة البلياردو المألوفة.

The basic rule of billiard motion is

القاعدة الأساسية لحركة كرة البلياردو

that a ball will go straight until it hits a wall,

هي أن الكرة ستمر بشكل مستقيم حتى تصطدم بحائط،

then bounce off at an angle equal to its incoming angle.

ثم ترتد بزاوية مساوية للزاوية التي جاءت بها.

For simplicity's sake, we'll assume that there is no friction,

بغرض التبسيط، سنفترض عدم وجود أي احتكاك،

so balls can keep moving indefinitely.

وبذلك ستستمر الكرة في الحركة إلى أجل غير مسمى.

And to simplify the situation further,

ولتبسيط الوضع بشكل أكبر،

let's look at what happens with only one ball on a perfectly circular table.

فلننظر إلى ماذا يحدث لكرة واحدة على منضدة مستديرة بشكل تام.

As the ball is struck and begins to move according to the rules,

بمجرد ضرب الكرة وبدء تحركها وفقًا للقواعد،

it follows a neat star-shaped pattern.

تتبع الكرة نمطًا منتظمًَا على شكل نجمة.

If we start the ball at different locations,

إذا بدأنا تحرك الكرة من مواضع مختلفة،

or strike it at different angles, some details of the pattern change,

أو ضربناها من زوايا مختلفة، فستتغير بعض التفاصيل في النمط،

but its overall form remains the same.

ولكن الشكل العام سيظل بدون تغيير.

With a few test runs, and some basic mathematical modeling,

ومع بضعة اختبارات تشغيل وبعض النماذج الرياضية،

we can even predict a ball's path before it starts moving,

يمكننا حتى أن نتنبأ بمسار الكرة قبل أن تبدأ في التحرك

simply based on its starting conditions.

ببساطة اعتمادًا على ظروف بدء تحركها.

But what would happen if we made a minor change

ولكن ماذا سيحدث إذا قمنا بتغيير بسيط

in the table's shape by pulling it apart a bit,

في شكل المنضدة من خلال تمديد المنضدة قليلًا

and inserting two small straight edges along the top and bottom?

وإضافة حافتين مستقيمتين صغيرتين بطول الجزأين العلوي والسفلي؟

We can see that as the ball bounces off the flat sides,

يمكننا أن نرى أنه عندما ترتد الكرة عن الجوانب المسطحة

it begins to move all over the table.

تبدأ في التحرك في جميع أنحاء المنضدة.

The ball is still obeying the same rules of billiard motion,

لا تزال الكرة تتبع نفس قوانين حركة كرة البلياردو،

but the resulting movement no longer follows any recognizable pattern.

ولكن الحركة الناتجة لم تعد تتبع أي نمط يمكن تمييزه.

With only a small change to the constraints

وبتغيير صغير فقط في القيود

under which the system operates,

التي يعمل في ظلها النظام،

we have shifted the billiard motion

قمنا بتبديل حركة كرة البلياردو

from behaving in a stable and predictable fashion,

من التصرف بطريقة مستقرة يمكن التنبؤ بها

to fluctuating wildly,

إلى التقلب بطريقة عشوائية،

thus creating what mathematicians call chaotic motion.

وبذلك خلقنا ما يسميه الرياضيون "الحركة العشوائية".

Inserting the straight edges into the table acts as a tipping point,

إضافة الحافتين المستقيمتين إلى المنضدة يعمل كنقطة تحول،

switching the systems behavior from one type of behavior (regular),

والتي تقوم بتبديل سلوك النظام من نوع سلوك (منتظم)

to another type of behavior (chaotic).

إلى نوع سلوك آخر (عشوائي).

So what implications does this simple example have for the much more complicated

إذا ما هي التضمينات التي يحتوي عليها هذا المثال البسيط لواقع أكثر تعقيدًا بكثير

reality of the Earth's climate?

لمناخ الأرض؟

We can think of the shape of the table as being analogous to the CO2 level

يمكننا أن نفكر في شكل المنضدة على أنه مماثل لمستوى ثاني أكسيد الكربون

and Earth's average temperature:

ومتوسط درجة حرارة الأرض:

Constraints that impact the system's performance

القيود التي تؤثر على أداء النظام

in the form of the ball's motion or the climate's behavior.

في صورة حركة الكرة أو سلوك المناخ.

During the past 10,000 years,

خلال الـ 10,000سنة الماضية،

the fairly constant CO2 atmospheric concentration of

كان تركيز ثاني أكسيد الكربون الثابت إلى حد ما في الغلاف الجوي الذي يبلغ

270 parts per million kept the climate within a self-stabilizing pattern,

270 جزء في المليون يُبقي المناخ في نمط مستقر ذاتيًا،

fairly regular and hospitable to human life.

منتظم إلى حد ما ومناسب للحياة البشرية.

But with CO2 levels now at 400 parts per million,

ولكن مع وصول مستويات ثاني أكسيد الكربون إلى 400 جزء في المليون،

and predicted to rise to between 500 and 800 parts per million

وتوقع ارتفاعها إلى ما بين 500 إلى 800 جزء في المليون

over the coming century, we may reach a tipping point where

خلال القرن القادم، قد نصل إلى نقطة تحول

even a small additional change in the global average temperature

حيث أي تغيير إضافي بسيط في متوسط درجة الحرارة العالمي

would have the same effect as changing the shape of the table,

سيكون له نفس تأثير تغيير شكل المنضدة،

leading to a dangerous shift in the climate's behavior,

مما يؤدي إلى نقلة خطيرة في سلوك المناخ،

with more extreme and intense weather events,

مع مزيد من الأحداث المناخية الأكثر شدة وكثافة،

less predictability, and most importantly, less hospitably to human life.

وقدرة أقل على التنبؤ، والأهم من ذلك، مناسبة أقل للحياة البشرية.

The hypothetical models that mathematicians study in detail

قد لا تبدو النماذج الافتراضية التي يدرسها الرياضيون بالتفصيل

may not always look like actual situations,

دائمًا مثل المواقف الفعلية،

but they can provide a framework and a way of thinking

ولكن يمكنها أن توفر إطارًا عامًا وطريقة تفكير

that can be applied to help understand the more complex problems of the real world.

يمكن تطبيقها للمساعدة في فهم المشكلات الأكثر تعقيدًا في العالم الفعلي.

In this case, understanding how slight changes

في هذه الحالة، فهم كيف أن تأثير التغييرات الطفيفة

in the constraints impacting a system can have massive impacts

في القيود على النظام يمكن أن يكون له تأثير هائل

gives us a greater appreciation for predicting the dangers

يعطينا تقديرًا أكبر للتنبؤ بالمخاطر

that we cannot immediately percieve with our own senses.

التي لا يمكننا إدراكها فورًا بحواسنا.

Because once the results do become visible, it may already be too late.

لأنه بمجرد أن تصبح النتائج مرئية، يمكن أن يكون ذلك بعد فوات الأوان.