Экологам нужна «эффективная теория» для осмысления данных

Экологи располагают огромным количеством данных и инструментами для поиска в них закономерностей. Однако для понимания этих закономерностей требуется дополнительное усилие — создание простых, обычно математических подходов, которые 16 соавторов новой статьи в BioScience называют «эффективной теорией».

Тот факт, что половина из 16 авторов связаны с Институтом Санта-Фе (SFI), не случаен, говорит ведущий автор статьи, внешний профессор Пабло Марке. В конце 90-х годов исследователи SFI и Университета Нью-Мексико разработали теорию биологических законов масштабирования, основанную на фрактальной геометрии. Этот процесс «породил много критики», отмечает Марке, в основном сосредоточенной на природе теории и том, нужна ли вообще математическая теория в эпоху больших данных. В 2006 году небольшая группа, включая авторов теории биологического масштабирования, собралась в Чили и решила прояснить эти вопросы.

«Сложность мира такова, что большие данные без большой теории — это страшно, на самом деле», — говорит Марке. Эффективная теория, по его словам, решает эту задачу, опираясь на прочный фундамент — первые принципы (базовые, хорошо проверенные, ключевые принципы устройства мира), небольшое количество дополнительных допущений и, как правило (хотя не всегда), математические описания мира. Математика делает теорию не только проще для описания, но и легче для коммуникации, тем самым ускоряя научный прогресс.

Несмотря на акцент на математической точности, авторы утверждают, что экологам также следует рассматривать теорию как приближение к реальному миру. Например, в физике ньютоновская механика хорошо описывает взаимодействие шариков, машин и планет, но плохо работает для атомов — области квантовой механики. И это нормально: ни одна теория не идеальна, и исследователям следует искать расхождения с данными и использовать их для уточнения теории, а не для полного её отвержения. «Мы хотим найти простоту в сложности», — говорит Марке.

Эта простота — не просто академический интерес. «Нам нужна эффективная теория, — говорит Марке, — чтобы справляться со сложными и запутанными экологическими проблемами. Без предсказательной теории биосферы и нас самих мы обречены».