Probabil ați auzit de așa-numitul „efect fluturelui”, o idee științifică popularizată care sugerează că micile perturbații cauzate de o singură batere de aripi de fluture au puterea de a declanșa o serie de evenimente în cascadă care pot duce la formarea unui uragan.
Este o metaforă puternică, fără îndoială (un film de succes, cu Ashton Kutcher în rolul principal, s-a bazat chiar pe ea), un concept convingător care are în spate și destul de multă știință și matematică complexă. Chiar și așa, ca în cazul celor mai multe metafore științifice popularizate, este și o idee care a devenit destul de… înfrumusețată. Poate baterea aripilor unui fluture micuț să cauzeze cu adevărat un uragan? Răspunsul, se pare, este nu. Dar este complicat.
Metafora efectului fluturelui a fost articulată pentru prima dată de matematicianul Edward Lorenz, unul dintre pionierii așa-numitei „teorii a haosului”, care este o ramură serioasă a matematicii ce se concentrează pe sistemele dinamice care sunt extrem de sensibile la condițiile inițiale. Cu alte cuvinte, teoria haosului se ocupă cu matematica încercării de a prezice rezultatele sistemelor complexe, atunci când condițiile inițiale ale acelor sisteme sunt imposibil de monitorizat în întregime.
Luați, de exemplu, traficul. O singură mașină care frânează brusc pentru a evita o veveriță pe șosea într-un moment inoportun ar putea, în principiu, să declanșeze un lanț de evenimente care să contribuie la un blocaj major de trafic de câteva ore. Dar predicția mișcărilor și a cauzelor mișcărilor tuturor mașinilor de pe o autostradă (ca să nu mai vorbim de toate veverițele!) face ca predicția unor astfel de probleme de trafic să fie imposibilă. Bursa este un alt exemplu similar. La fel și vremea.
Și vremea, se pare, a fost ceea ce Lorenz încerca să prezică atunci când s-a întrebat dacă luarea în considerare a unui factor minor precum o batere de aripi de fluture ar putea fi suficientă pentru a modifica modelele noastre informatice de prognoză meteo. Poate o aripă care flutură să fie diferența dintre o zi însorită și o furtună violentă?
Teoria haosului și vremea
Conform modelelor rudimentare ale lui Lorenz, da. În 1961, pe vremea când computerele erau mașini uriașe, de mărimea unei camere, Lorenz rula modele meteo și a descoperit că, introducând condiția inițială 0.506 în loc de o valoare mai completă, mai precisă, 0.506127, putea determina computerul să prezică o furtună în loc de o zi însorită. Diferența de precizie dintre aceste două valori este incredibil de mică, cam la scara bătăii aripilor unui fluture.
Pare intuitiv improbabil ca o aripă de fluture să aibă atât de multă putere — și, bine, este improbabil. Dar este imposibil?
Aici matematica — și filozofia — gets complicated, și controversată. Cu modelele noastre mai sofisticate de predicție meteo de astăzi, consensul științific general este destul de ferm: o batere de aripă nu poate modifica predicțiile noastre meteo la scară largă.
Iată de ce. Deși bătăile aripilor au cu siguranță un efect asupra presiunii aerului din jurul fluturelui, această fluctuație este limitată de faptul că presiunea totală a aerului, care este de aproximativ 100.000 de ori mai mare, o protejează de astfel de perturbații minuscule. Schimbările care se întâmplă cu aerul din jurul fluturelui sunt practic prinse într-o bulă de presiune care se atenuează imediat pe măsură ce se extind de acolo.
Faptul că modelele informatice ale lui Lorenz au prezis schimbări la scară largă de la modificări atât de minore are mai mult de-a face cu simplitatea acelor modele decât cu orice altceva. De exemplu, aceleași rezultate pe care Lorenz le-a întâlnit nu apar în modelele informatice moderne de vreme. Odată ce introduceți mai mulți factori relevanți ai unui sistem meteorologic în dezvoltare — de exemplu, temperaturile oceanului, nivelurile de umiditate, viteza vânturilor și forfecarea vântului, etc. — baterea unei aripi, sau lipsa acesteia, nu va avea niciun efect asupra dezvoltării sau nu a unui sistem de furtună.
„Desigur, existența unui fluture necunoscut care își bate aripile nu are nicio relevanță directă asupra prognozelor meteo, deoarece va dura mult prea mult timp pentru ca o perturbație atât de mică să crească la o dimensiune semnificativă, și avem multe alte incertitudini mai imediate de care să ne facem griji. Așa că impactul direct al acestui fenomen asupra predicției meteo este adesea oarecum exagerat”, explained climatologii James Annan și William Connolley.
Dar asta nu înseamnă că alți factori relativ mici nu pot avea un impact major. Sistemele meteorologice sunt încă haotice și sensibile la condițiile inițiale. Este nevoie doar de condițiile inițiale corecte, iar asta ar putea fi determinat de un singur nor, sau de schimbări în măsurătorile noastre ale convecției atmosferice, etc.
Deci, deși efectul fluturelui ar putea fi o metaforă grosolan simplistă, este totuși una puternică. Mici modificări ale condițiilor inițiale ale unui sistem complex pot schimba drastic modelele noastre ale acelui sistem. O aripă de fluture, poate nu. Dar turbine eoliene sau panouri solare răspândite pe o suprafață suficient de mare? Posibil.
Prognoza meteo s-ar putea să nu fie niciodată perfectă, dar acuratețea lor depinde mult mai puțin de fluturi decât ar putea sugera cultura populară. Faptul că meteorologii pot obține prognoze meteo atât de apropiate de realitate, cu câteva zile înainte, este o dovadă a capacității noastre de a aborda matematica sistemelor haotice.
