Scienza: cos’è la teoria del caos e l’effetto farfalla (e come ci aiuta a comprendere meglio l’universo)?

Uno dei passeggeri del volo ha dovuto presentarsi a un colloquio di lavoro e, essendo arrivata in tempo, ha perso il lavoro.

In un altro caso, un uomo andò al suo matrimonio e lasciò la sposa in piedi davanti all’altare.

Poi c’erano una coppia di fratelli che volevano dire addio alla loro nonna malata terminale e non potevano dire l’ultimo.

Ti rendi conto del casino che ha fatto?

Quei dettagli apparentemente insignificanti, il fatto che ti sei allacciato le scarpe proprio lì e lì, hanno innescato una catena di eventi molto diversa da quello che tutti si aspettavano.

Ma non preoccuparti, se questo ti accade nella vita reale, nessun rimpianto, quello che è successo non era altro che la teoria del caos e il suo effetto farfalla all’opera.

Questi due concetti sono presenti nella nostra vita quotidiana, ci aiutano a capire come funziona l’universo e servono come principio base per lo sviluppo di nuove tecnologie e applicazioni in vari campi della conoscenza.

Vediamo di cosa si tratta.

Cominciamo con l’effetto farfalla, che ha ispirato scrittori, registi, artisti e persino scienziati.

Nel 1952, lo scrittore di fantascienza Ray Bradbury pubblicò il racconto The Sound of Thunder.

Nella storia un personaggio cammina su una farfalla, e questi piccoli dettagli hanno grandi conseguenze, tanto da portare al potere un leader fascista.

Nel 1961, quella che fino a quel momento era stata finzione divenne scienza.

Quell’anno, il meteorologo Edward Lorenz stava lavorando a un modello matematico per le previsioni del tempo.

Ha inserito dati come temperatura, umidità, pressione e direzione del vento nel suo computer e ha monitorato i risultati.

Quindi ha reinserito i dati per verificare i risultati ottenuti la prima volta.

Inaspettatamente, anche se ha inserito gli stessi dati la seconda volta, ha ottenuto una previsione del tempo completamente diversa dalla prima.

All’inizio le due previsioni erano simili, ma man mano che il modello progrediva nel tempo, i due risultati diventavano sempre più diversi.

La grande differenza tra le due previsioni era semplicemente dovuta al fatto che la seconda volta che il computer di Lorenz ha arrotondato i dati, cioè, ha perso alcune cifre decimali.

Si rese conto che pochi decimi apparentemente insignificanti potevano significare enormi cambiamenti nel tempo.

Per Lorenz è il vento che fa svolazzare le farfalle in Brasile e può scatenare un uragano in Texas.

È così che sono nate la Teoria del Caos e l’Effetto Farfalla, suggerendo che anche piccole, apparentemente innocue differenze, genereranno enormi cambiamenti nel tempo, generando un senso di caos.

La teoria del caos ha posto una grande sfida alla fisica classica, che è guidata dalle leggi di Newton.

Secondo queste leggi, se si conoscono le condizioni iniziali di un oggetto, il suo comportamento futuro può essere previsto con relativa facilità.

In altre parole, sono leggi deterministiche.

Grazie a Newton, ad esempio, è possibile prevedere il moto dei pianeti o la traiettoria di una sfera.

La teoria del caos avverte, tuttavia, che differenze iniziali molto piccole nel tempo rendono impossibili le previsioni.

In linea di principio, le leggi di Newton affermano che se hai dati completi, puoi fare previsioni.

Ma in pratica, la teoria del caos ci dice che, poiché è impossibile ottenere dati completi, dopo un certo punto diventa impossibile fare previsioni.

“La teoria del caos è rivoluzionaria perché afferma che anche per la fisica newtoniana possono esserci casi in cui il determinismo è, in linea di principio, vero, ma in pratica il sistema sembra comportarsi in modo imprevedibile. Da un gioco di dadi”, Paul Halpern, professore di fisica alla University of Science di Philadelphia, negli Stati Uniti, ha dichiarato alla BBC Mundo.

La teoria del caos è un principio che si applica a quelli che i matematici chiamano “sistemi dinamici”.

Un sistema dinamico è un insieme di eventi che cambiano o evolvono nel tempo, come lo stato del tempo o la popolazione di una città.

Quando un tale sistema è molto sensibile ai cambiamenti nelle condizioni iniziali, viene chiamato sistema caotico.

Ma sebbene il caos faccia sembrare le cose casuali, caotiche o inaspettate, la verità è che il caos crea schemi.

Per quanto possa sembrare caotico, il sistema segue un percorso verso determinati punti.

Questi punti verso i quali il sistema tende a muoversi sono detti “attrattori”.

Nel caso di Lorenz, ad esempio, i calcoli che ha usato per il suo modello hanno creato un motivo che assomigliava erroneamente alle ali di una farfalla.

L’insieme delle attrazioni del sistema costituisce i cosiddetti “frattali”.

Halpern dice che un frattale è qualcosa di “simile a se stesso”.

È un oggetto matematico, se guardi da vicino una sezione, quella sezione sembra uguale all’intero oggetto.

“Il frattale perfetto è un frattale che quando si ingrandisce si vede esattamente lo stesso di quando si rimpicciolisce”, afferma l’esperto.

“Alcuni attrattivi sembrano frattali.”

Nella vita di tutti i giorni, spiega Halpern, la teoria del caos “ci aiuta a conoscere i limiti della nostra conoscenza”.

In campo meteorologico, ad esempio, è utile sapere quando le previsioni del tempo iniziano a perdere la loro precisione.

Halpern afferma inoltre che il concetto di modelli creati dalle magnetosfere serve come base per la ricerca medica, il cui obiettivo è fare previsioni su cosa potrebbe accadere alla salute di una persona dai dati ottenuti.

D’altra parte, i frattali sono ampiamente utilizzati nello sviluppo della tecnologia digitale, delle telecomunicazioni, nella produzione di immagini ad alta risoluzione e persino nello sviluppo di modelli cosmici.

E se andiamo oltre, la teoria del caos ci porta a questioni esistenziali.

“Ci mostra che anche se abbiamo un determinismo perfetto, ci sono lacune nelle nostre conoscenze e lacune nella previsione del futuro”, afferma Halpern.

Per alcuni, dice, questo è un argomento per dimostrare l’esistenza del libero arbitrio, ma sarebbe una discussione più confusa.