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

Translator: Silver Wings Reviewer: Vi Phan

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

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

not even enough to make you crack a window.

thậm chí không đủ làm nứt một cánh cửa sổ

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

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

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

sự tăng nhiệt Trái Đất chỉ bằng một lượng nhỏ này

can lead to catastrophic effects all over the world.

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

How can such a small measurable change in one factor

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

lead to massive and unpredictable changes in other factors?

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

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

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

which we can understand through the familiar game of billiards.

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

The basic rule of billiard motion is

Quy tắc cơ bản của chuyển động của bida là

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

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

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

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

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

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

so balls can keep moving indefinitely.

vì thế viên bi có thể chuyển động mãi mãi.

And to simplify the situation further,

Và để đơn giản hơn nữa,

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

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

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

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

it follows a neat star-shaped pattern.

nó đi theo đúng đường hình ngôi sao.

If we start the ball at different locations,

Nếu chúng ta đặt viên bi ở vị trí khác,

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

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

but its overall form remains the same.

nhưng hình dạng tổng thể vẫn giống nhau.

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

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

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

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

simply based on its starting conditions.

đơn giản dựa vào điều kiện ban đầu của nó.

But what would happen if we made a minor change

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

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

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

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

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

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

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

it begins to move all over the table.

nó bắt đầu chuyển động khắp cái bàn.

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

Viên bi vẫn tuân theo quy luật chuyển động cũ,

but the resulting movement no longer follows any recognizable pattern.

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

With only a small change to the constraints

Với chỉ một thay đổi nhỏ với biến số,

under which the system operates,

mà hệ thống hoạt động dựa vào đó,

we have shifted the billiard motion

chúng ta đã biến chuyển động của viên bi

from behaving in a stable and predictable fashion,

từ một dạng ổn định và có thể đoán trước,

to fluctuating wildly,

sang một dao động tự nhiên,

thus creating what mathematicians call chaotic motion.

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

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

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

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

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

to another type of behavior (chaotic).

sang một trạng thái khác (hỗn độn).

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

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

thực trạng phức tạp của khí hậu Trái Đất?

reality of the Earth's climate?

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

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

and Earth's average temperature:

và nhiệt độ trung bình của Trái Đất:

Constraints that impact the system's performance

Những hạn chế tác động đến hiệu suất của hệ thống

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

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

During the past 10,000 years,

Trong suốt 10,000 năm trước,

the fairly constant CO2 atmospheric concentration of

nồng độ CO2 trong khí quyển ổn định ở mức

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

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

fairly regular and hospitable to human life.

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

But with CO2 levels now at 400 parts per million,

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

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

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

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

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

even a small additional change in the global average temperature

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

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

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

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

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

with more extreme and intense weather events,

với những thiên tai cực đoan và dữ dội hơn,

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

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

The hypothetical models that mathematicians study in detail

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

may not always look like actual situations,

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

but they can provide a framework and a way of thinking

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

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

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

In this case, understanding how slight changes

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

in the constraints impacting a system can have massive impacts

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

gives us a greater appreciation for predicting the dangers

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

that we cannot immediately percieve with our own senses.

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

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

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