Articolo a cura di Antonello Palladino e Claire Gentile

L’espressione “effetto farfalla” (“può il battito d’ali d’una farfalla in Brasile scatenare un tornado in Texas?”), divenne famosa dopo una conferenza dello scienziato Edward N.Lorenz, nel 1972.

Nello studio della storia dei fenomeni atmosferici si possono trovare una serie di eccezionali punti di innesco immaginale, proveremo quindi a fissarne qualcuno, in questo articolo a puntate attorno al Caos.

Edward N. Lorenz, meteorologo, fu uno degli scienziati pionieri per lo sviluppo delle Teorie del Caos,  scopritore del cosiddetto “attrattore di Lorenz”, oggetto matematico affascinante, di una certa importanza nello studio deterministico dei fenomeni caotici.
Lorenz nacque il 23 maggio del 1917 sotto il segno d’aria dei Gemelli – quale migliore auspicio per la sua carriera? – e dimostrò come, in uno dei fenomeni caotici per eccellenza, lo studio dei fenomeni metereologici, anche una piccola variazione può generare enormi ripercussioni all’intero sistema.
Nella conferenza che leggerai fra poco, troverai spesso il riferimento ai “tre giorni”, tempo di applicazione dei più consolidati modelli matematici per le previsioni meteo, a cui pare siamo ancora attualmente molto vincolati (i siti più affidabili ed istituzionali, usano questo unico criterio temporale per le fatidiche previsioni del tempo).

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Ci deve essere qualcosa di strettamente correlato (legato, forse) a quello che sappiamo sul futuro in quel numero: 3, i tre giorni di previsione; allargando infatti le suggestioni, è interessante notare che i tre giorni pare siano – empiricamente – anche quelli massimi possibili di anticipo per i cosiddetti sogni premonitori.

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“The Butterfly Effect”, fu poi la famosa conferenza che Edward N.Lorenz tenne davanti ad una platea di scienziati a bocca aperta, nel Dicembre del 1972.
Il titolo ad effetto in realtà pare non sia una sua invenzione, ma fu ideato dall’organizzatore del convegno, prendendo spunto da una serie di riferimenti letterari di cui ti racconteremo nelle prossime puntate.
La conferenza fu trascritta anche in appendice al famoso libro di Lorenz: “The Essence of Chaos“, ed è disponibile in rete, in inglese, qui.
La traduzione in italiano che riportiamo di seguito, è a cura della lupacchiotta Claire Gentile:

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“Quello che segue è il testo di una conferenza che ho tenuto nel corso di una sessione relativa il programma di ricerca atmosferica globale, durante il centotrentanovesimo meeting dell’American Association for the Advancement of Science, a Washington DC nel Dicembre del 1972, qui nella sua versione per la stampa.
Non è stato mai pubblicato e lo presento ora nella sua versione originale.

Predicibilità: Può il Battito d’ali d’una Farfalla in Brasile Scatenare un Tornado in Texas?

Perché io non appaia frivolo per il solo fatto di aver inserito nel titolo questa domanda e per non parlare del fatto stesso di suggerire che la domanda possa avere una risposta affermativa, lasciate che provi a metterla in una prospettiva corretta premettendo due considerazioni.
1. Se ammettiamo che un solo battito d’ali di una farfalla possa essere in relazione con la produzione un tornado, allora, allo stesso modo, potrebbero esserlo stati tutti i battiti d’ali precedenti e quelli successivi, così come i battiti d’ali di milioni di altre farfalle, per non parlare delle attività delle altre innumerevoli creature, molto più potenti, compresa la nostra stessa specie.
2. Se il battito d’ali una farfalla può innescare un tornado può anche servire a prevenire un tornado.
Più in generale non sto ipotizzando che nel corso degli anni tali piccolissime interferenze abbiano aumentato o diminuito la frequenza con cui si sono verificati fenomeni meteorologici come i tornado; il massimo che possono aver fatto è stato modificare la frequenza con cui tali eventi si
sono verificati. Il tema che realmente ci interessa è se essi possano fare perfino questo – se, per esempio, due particolari situazioni meteorologiche differiscono di quel poco che viene determinato dall’influenza di una singola farfalla, potranno evolvere, dopo un certo lasso
sufficiente di tempo, in due situazioni che differiscono tra loro rispetto alla presenza o meno di un tornado.
In un linguaggio più tecnico: il comportamento dell’atmosfera risulta condizionabile dalle perturbazioni di piccola entità?
Il collegamento tra questo problema e la nostra abilità nel prevedere il tempo è evidente. Dal momento che non sappiamo esattamente quante farfalle ci sono né dove si trovino, né tantomeno quali tra loro stiano battendo le ali e ogni qualvolta lo facciano, non possiamo, nel caso in cui la
risposta alla nostra domanda fosse affermativa, predire con accuratezza e sufficiente anticipo il verificarsi dei tornado. In modo ancor più significativo, il nostro diffuso fallimento nell’individuare sistemi di portata maggiore dei temporali, quando sfuggono alle stazioni meteorologiche, possono compromettere la nostra capacità di prevedere gli schemi meteorologici generali, perfino nell’immediato futuro.

Come possiamo stabilire se l’atmosfera è instabile? L’atmosfera non è soggetta a condizioni controllate come un esperimento di laboratorio; se inseriamo un disturbo e poi osserviamo quello che accade, non sapremo mai cosa sarebbe successo se non avessimo interferito.
Qualsiasi pretesa di apprendere ciò che sarebbe accaduto riferendoci alle previsioni del tempo implicherebbe che la domanda di cui cerchiamo la risposta ne ha avuto già una negativa. La maggiore parte delle nostre conclusioni si fonda su simulazioni svolte al computer della atmosfera. L’equazione da risolvere rappresenta il nostro migliore tentativo di avvicinarci alla vera equazione che regola l’atmosfera, per mezzo di equazioni che sono compatibili con le capacità dei computer oggi a nostra disposizione. Generalmente, due soluzioni numeriche sono messe a confronto. Una di queste è considerata per simulare il tempo reale, mentre l’altra simula quali evoluzioni meteorologiche ci sarebbero state partendo da una situazione lievemente diversa, vale e a dire come sarebbe stato previsto il tempo attraverso tecniche meteorologiche perfette ma con osservazioni imperfette. La differenza presente tra le soluzioni, quindi, simula l’errore nelle previsioni. Nuove simulazioni vengono svolte di continuo ogni qualvolta computer più potenti e conoscenze sulle dinamiche atmosferiche più avanzate diventano disponibili. Sebbene non possiamo sostenere di avere dimostrato che l’atmosfera sia soggetta ad interferenze, il fatto che sia così è travolgente.
Qui di seguito i risultati più significativi.
1. Piccoli errori nel pattern grossolano dello schema meteorologico – quelle caratteristiche che sono agilmente risolte dalla rete di osservazione convenzionale – tendono a raddoppiare in tre giorni circa. Non appena gli errori si fanno più rilevanti il tasso di crescita diminuisce. Questa limitazione da sola ci consentirebbe di estendere la gamma di previsioni accettabili di tre giorni ogni qualvolta dimezziamo l’errore di osservazione, e ci offrirebbe la speranza, alla fine, di svolgere buone previsioni con diverse settimane di anticipo.
2. Piccoli errori nel pattern più dettagliato, come ad esempio le posizioni di singole nuvole – tendono a crescere molto più rapidamente, raddoppiando in ore o meno. Questa limitazione da sola non impatterebbe seriamente sulla riduzione delle nostre speranze riguardo previsioni a lungo termine, dal momento che, solitamente, non facciamo affatto previsioni sui pattern più dettagliati.
3. Errori nel pattern più dettagliato, dopo avere guadagnato una misura apprezzabile, tendono a produrre errori nel pattern più grossolano. Questo risultato, che è meno consolidato dei precedenti, comporta che dopo un giorno o giù di lì compariranno errori apprezzabili nel pattern più grossolano, che aumenteranno, successivamente, proprio come se fossero stati presenti sin dal principio. Ridurre della metà gli errori di osservazione nella struttura più dettagliata – un compito arduo – potrebbe estendere la gamma di predicibilità accettabile persino della struttura più grossolana soltanto con ore di anticipo o meno. Le speranze di predicibilità di due settimane o più sono in questo modo enormemente diminuite.
4. Alcuni dati quantitativi particolari, come le temperature medie settimanali e le precipitazioni mensili totali, possono essere predicibili entro una gamma nella quale interi schemi meteorologici non lo sono. Indipendentemente da ciò che alcuni studi teorici possono implicare, la prova conclusiva che le buone previsione possano essere svolte in un arco di due o più settimane dovrebbe essere garantita da valide dimostrazioni che qualsiasi particolare schema generale di previsione produrrà risultati validi in quell’arco individuato. Per quanto ne sappiamo, una tale dimostrazione non è mai stata fornita. Naturalmente, persino delle mere congetture saranno corrette in una qualche percentuale di volte.

Tornando ora alla questione posta originariamente, ci accorgiamo di alcuni punti ulteriori non ancora considerati. Prima di tutto, l’influenza di una singola farfalla non è solo un fine dettaglio- è limitata a piccoli volumi. Alcuni tra i metodi numerici che sembrano essere stati ben adattati
all’esame dell’aumento di frequenza degli errori, non sono adeguati allo studio della variabilità dell’errore da regioni ristrette a regioni più ampie. Una ipotesi, non confermata, è che l’influenza delle ali di una farfalla potrà diffondersi in caso di turbolenza ma non in condizioni di tempo stabile
e nelle latitudini polari.
Un secondo punto è che il Brasile e il Texas si trovano in emisferi opposti. Le proprietà dinamiche dell’atmosfera tropicale differiscono sensibilmente da quelle dell’atmosfera nelle latitudini temperate e polari. È quasi come se l’atmosfera tropicale fosse un fluido differente. Ed è di tutta evidenza possibile che un errore possa essere in grado di diffondersi per molte migliaia di miglia all’interno della latitudine a clima temperato di entrambi gli emisferi, pur non essendo ancora in grado di attraversare l’equatore.
Dobbiamo quindi lasciare la nostra domanda originaria senza una risposta, almeno per qualche altro anno, persino mentre affermiamo la nostra fiducia nella instabilità dell’atmosfera. Nel frattempo, gli errori odierni nelle previsioni meteorologiche non possono essere completamente ascritti e neppure prioritariamente ai pattern più dettagliati degli schemi meteorologici.
Essi derivano principalmente da nostre mancanze nell’osservazione persino dei pattern più grossolani definita con sufficiente completezza, dalla nostra conoscenza, in qualche modo incompleta, dei principi che governano la fisica e dalle inevitabili approssimazioni che devono essere introdotte nella formulazione di questi principi come procedure da fare eseguire al cervello umano o al computer. Queste lacune non possono essere completamente eliminate, ma possono essere ridotte di molto da un sistema di osservazione allargato e da una ricerca intensiva. Il fine ultimo del Global Atmospheric Research Program è non realizzare previsioni esatte, ma le migliori previsioni possibile.”

Edward N.Lorenz

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“IL CAOS È IL VOLO DI UNA FARFALLA”
è un articolo sulla Teoria del Caos e le sue suggestioni immaginali,
che pubblicheremo a puntate qui nel sito, ed invieremo integrale poi alla fine, in pdf, nel nostro “Giornale di Bordo” mensile a tutti gli iscritti alla newsletter del Lupo.
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