Una farfalla che sbatte le ali può davvero causare un uragano?

Probabilmente hai sentito parlare del cosiddetto "effetto farfalla", un po 'di scienza divulgata che suggerisce che le piccole perturbazioni di una singola farfalla che sbattono le ali hanno il potere di innescare una serie di eventi crescenti che possono portare alla formazione di un uragano.

È una metafora potente, a dire il vero (un film di successo, interpretato da Ashton Kutcher, era persino basato su di esso), un concetto avvincente che ha anche un bel po 'di complessa scienza e matematica. Anche così, come con le metafore scientifiche più popolari, è anche un'idea che è diventata piuttosto ... abbellita. Il battito delle ali di una farfalla azzurrata può davvero provocare un uragano? La risposta, a quanto pare, è no. Ma è complicato.

La metafora dell'effetto farfalla è stata inizialmente articolata dal matematico Edward Lorenz, uno dei pionieri della cosiddetta "teoria del caos", che è una branca della matematica che si concentra su sistemi dinamici che sono altamente sensibili alle condizioni iniziali. In altre parole, la teoria del caos si occupa della matematica del tentativo di prevedere i risultati di sistemi complessi, quando le condizioni iniziali di tali sistemi sono impossibili da monitorare nella loro interezza.

Prendi il traffico, per esempio. Una singola auto che batte i freni per evitare uno scoiattolo sulla strada in un momento inopportuno potrebbe, immaginabilmente, innescare una catena di eventi che contribuiscono a un ingorgo di traffico di molte ore. Ma prevedere i movimenti e le cause dei movimenti di tutte le auto su un'autostrada (per non parlare di tutti gli scoiattoli!) Rende la previsione di tali enigmi del traffico intrattabili. Il mercato azionario è un altro esempio simile. Anche il tempo lo è.

E il tempo, a quanto pare, era quello che Lorenz stava cercando di prevedere quando si chiese se il factoring in qualcosa di così piccolo come una farfalla che sbatteva le ali potesse effettivamente essere abbastanza per alterare i nostri modelli computerizzati di previsioni meteorologiche. Un'ala svolazzante può fare la differenza tra una giornata di sole e una tempesta selvaggia?

Teoria del caos e tempo

Il matematico Edward Lorenz stava osservando i modelli meteorologici quando ha elaborato per la prima volta la sua teoria. (Foto: FrameStockFootages / Shutterstock)

Secondo i modelli rudimentali di Lorenz, sì. Nel 1961, quando i computer erano macchine giganti di dimensioni simili a una stanza, Lorenz utilizzava modelli meteorologici e scoprì che inserendo nella condizione iniziale di 0, 506 anziché un valore 0, 506127 più pieno e più preciso, poteva indurre il computer a prevedere una tempesta piuttosto di una giornata di sole. La differenza di precisione tra questi due valori è incredibilmente piccola, circa la scala di una farfalla che sbatte le ali.

Sembra intuitivamente improbabile che un'ala di farfalla possa avere così tanto potere - e beh, è ​​improbabile. Ma è impossibile?

È qui che la matematica - e la filosofia - diventano complicate e controverse. Con i nostri modelli più sofisticati di previsione meteorologica oggi, il consenso scientifico generale è piuttosto solido: un lembo ad ala non può assolutamente alterare le nostre previsioni meteorologiche su larga scala.

Ecco perché. Mentre i lembi delle ali hanno sicuramente un effetto sulla pressione dell'aria intorno alla farfalla, questa fluttuazione è contenuta dal fatto che la pressione totale dell'aria, che è circa 100.000 volte più grande, la protegge da così piccole perturbazioni. I cambiamenti che avvengono nell'aria intorno alla farfalla sono essenzialmente intrappolati in una bolla di pressione che viene immediatamente smorzata mentre si increspano da lì.

Il fatto che i modelli di computer di Lorenz prevedessero cambiamenti su larga scala da tali alterazioni minori ha più a che fare con la semplicità di quei modelli che con qualsiasi altra cosa. Ad esempio, gli stessi risultati riscontrati da Lorenz non si verificano nei moderni modelli informatici del tempo. Una volta inseriti fattori più rilevanti di un sistema meteorologico in via di sviluppo - ad esempio, temperature dell'oceano, livelli di umidità, velocità dei venti e del vento, ecc. - il lembo di un'ala o la sua mancanza non avrà alcun effetto sul fatto che si sviluppa o meno un sistema di tempesta.

"Naturalmente l'esistenza di una farfalla sconosciuta che sbatte le ali non ha ripercussioni dirette sulle previsioni meteorologiche, dal momento che ci vorrà troppo tempo perché una così piccola perturbazione raggiunga dimensioni significative e abbiamo molte altre incertezze immediate di cui preoccuparci. Pertanto, l'impatto diretto di questo fenomeno sulla previsione del tempo è spesso in qualche modo sopravvalutato ", hanno spiegato gli scienziati del clima James Annan e William Connolley.

Ciò non significa che altri fattori relativamente piccoli non possano avere un impatto rilevante. I sistemi meteorologici sono ancora caotici e sensibili alle condizioni iniziali. Prende solo le condizioni iniziali corrette e ciò potrebbe dipendere da una singola nuvola o cambiamenti nelle nostre misurazioni della convezione atmosferica, ecc.

Quindi, mentre l'effetto farfalla potrebbe essere una metafora grossolanamente semplicistica, è comunque potente. Piccoli cambiamenti nelle condizioni iniziali di un sistema complesso possono cambiare drasticamente i nostri modelli di quel sistema. Un'ala di farfalla, forse no. Ma le turbine eoliche o i pannelli solari si estendono su un'area abbastanza grande? Possibilmente.

La previsione del tempo potrebbe non essere mai perfetta, ma la loro precisione dipende molto meno dalle farfalle di quanto la cultura popolare possa suggerire. Il fatto che i meteorologi possano avvicinare le loro previsioni meteorologiche alla realtà come fanno loro, diversi giorni dopo, è una testimonianza della nostra capacità di affrontare la matematica dei sistemi caotici.

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