50 años de la teoría del caos

EL ALETEO DE UNA MARIPOSA SIGUE PROVOCANDO TORNADOS

Por Miguel Ángel Criado

La teoría del caos extiende su aplicación desde la meteorología hasta la criptografía. Se cumplen 50 años de la formulación científica del llamado “efecto mariposa”

Esta figura ilustra el comportamiento errático de temperaturas y velocidades atmosféricas predicho en las ecuaciones matemáticas de Lorenz

En marzo de 1963, el matemático y meteorólogo estadounidense Edward Lorenz dejó bien claro porqué los hombres del tiempo se equivocan tanto. Bajo el anodino título de Flujo determinista no-periódico, publicó un artículo que, 50 años después, es uno de los más citados de la historia científica. Contenía la moderna formulación de la teoría del caos, según la cual los sistemas dinámicos como el clima son muy sensibles a las condiciones iniciales. Para hacer más digeribles sus ideas, durante una conferencia, planteó la siguiente pregunta: ¿puede el aleteo de una mariposa en Brasil producir un tornado en Texas?

Aunque Lorenz pudo coger prestado del escritor de ciencia-ficción Ray Bradbury la metáfora delefecto mariposa, los sistemas que siguen los patrones descritos en la teoría del caos son muy reales. El no tan ordenado movimiento de los astros, el desplazamiento del plancton por los mares, el retraso de los aviones, la sincronización de las neuronas o el flamear de las banderas; todos son sistemas caóticos o, como prefierne llamarlos los físicos, “dinámicos no lineales”.

Un par de años antes de publicar su seminal artículo, Lorenz estaba trabajando en el diseño de un modelo de predicción meteorológica. En una ocasión, durante la simulación de la convección de masas de aire, olvidó anotar los últimos valores numéricos de las variables que había obtenido. Decidió reiniciar el trabajo con los datos que sí tenía, acortando una cifra. Aquellos pocos decimales de menos resultaron en un cambio radical del tiempo estimado.

“La teoría del caos destaca la importancia de las condiciones iniciales para resolver un problema”, dice Claudio Mirasso, del Instituto de Física Interdisciplinar y Sistemas Complejos (IFISC) de la Universitat de la Universitat de les Illes Balears y el CSIC. “En la simulación del tiempo, si introduces los valores de tus variables con diferente precisión, en poco, el tiempo habrá cambiado enormemente”, añade. Esa sensibilidad a las condiciones iniciales está en la base de la teoría y del efecto mariposa.

Otra de sus características es su dificultad para predecirlos. En la época de Lorenz no existían los modernos satélites ni las complejas redes de estaciones meteorológicas que hay hoy, pero ya entonces dejó claro que no se pueden hacer buenas predicciones del tiempo a medio plazo. Lo único que ha hecho la moderna tecnología es ganar días antes de que cualquier predicción sea víctima del caos.

Pero caos no significa azar. El humo de un cigarrillo, por ejemplo, es un movimiento caótico pero no caprichoso. Si se tuvieran los datos exactos de todas las variables que intervienen, desde el viento y dirección del aire, el polvo en suspensión, la combustión…. se podría predecir por donde irá tras la siguiente calada. ”El problema es que el caos y el azar se parecen”, recuerda Mirasso. Lo que hizo Lorenz fue someter a la ciencia a una cura de humildad.

Un orden celeste desordenado

Lorenz no fue el primero que destacó el papel del caos en todo lo que nos rodea. Ya en el siglo XIX, Henri Poincaré demostró que el orden de los cuerpos celestes establecido por Isaac Newton no era tal. Las órbitas de planetas y lunas no son tan exactas. “El problema es que, en nuestra escala del tiempo, nosotros no podemos verlo”, explica Emilio Hernández-García, también del IFISC. Pero hasta Lorenz, lo de Poincaré era visto como una extravagancia de los matemáticos. Tras Lorenz, “el caos empezó a ser visto no como una rareza sino como lo normal”, añade este investigador.

Hoy, la teoría del caos se aplica al estudio de un sinfín de los llamados modelos de dinámica no lineal. En el caso de Hernández-García, por ejemplo, lo hace en oceanografía. Estudia la estructura de las masas compactas de agua del mar para calcular su movimiento. Entre las aplicaciones de sus modelos estarían el desplazamiento del plancton, con sus implicaciones en la biodiversidad marina y la pesca, o la lucha contra los vertidos de petróleo.

Pero hay muchas otras aplicaciones, desde la criptografía caótica hasta la movilidad urbana, pasando por el tratamiento de enfermedades o el devenir de la bolsa. Mirasso ya demostró hace unos años las posibilidades del caos para transmitir información cifrada hace unos años en un experimento realizado en Atenas.

Pero, ¿existe aquel efecto mariposa que usó Lorenz para empezar su conferencia? La metáfora es muy sugerente y ha dado para varias películas, libros y hasta una cosmogonía sobre el papel del hombre en el mundo. Aunque para Mirasso, en la medida que indica que pequeñas variaciones, muchas veces imperceptibles, pueden tener grandes consecuencias, “no es una metáfora descabellada”, para su colega Hernández-García, es poético pero inútil ya que “no sabemos si hubo aleteo o cuántas mariposas aletearon”.

Fuente: esmateria.com