L’home que ens va portar el caos

Tenia amagada, informàticament parlant, la història que us contaré avui. I segurament, s’hagués perdut, perquè ja portava temps al bagul dels records. Però un dels seus protagonistes, l’Edward Lorenz, ens va deixar el dimecres dia 16 d’aquest mes (abril de 2008), circumstància que m’ha obligat a rescatar-la, rellegir-la amb tristesa, acabar-la i compartir-la amb vosaltres. No obstant això, la nostra història comença amb altre protagonista.[@more@]Lewis Fry Richardson (1881-1953) tenia interessos molt variats. No era el clàssic meteoròleg. Era un quàquer i fill d’un granger que va arribar a ser el superintendent de l’observatori meteorològic de Eskdalemior, Escòcia, quan va esclatar la Primera Guerra Mundial.

A causa de les seves creences religioses, no va prendre part en la contesa, però es va presentar voluntari per a conduir ambulàncies prestant serveis prop del front. Mentre estava allà, durant el seu temps lliure, feia pesats càlculs aritmètics (en aquells dies no existien els ordinadors) intentant aconseguir la primera predicció meteorològica numèrica de la història.

Se servia de munts de dades meteorològiques autèntiques recollodes a diferents punts a una hora d’un dia concret. Es basava en la idea s’un norueg anomenat Vilhelm Bjerknes que havia suggerit 10 anys abans de que era possible plantejar les equacions físiques del temps meteorològic (la calor va dels punts calents als freds, el vent bufa de les zones d’altes pressions a les de baixes pressions, l’efecte de les conveccions, etc).

Les seves prediccions eren molt imprecises però no es va sorprendre, doncs acceptava que les dades meteorològiques que tenia pertanyien a una xarxa els punts de la qual estaven molt separats i d’aquesta manera no es reflectien les subtileses del temps atmosfèric.

Es va sentir prou entusiasmat com per a escriure un llibre titulat Weather Prediction by Numerical Process.

Era conscient que tot això no era molt pràctic. Per a tenir una predicció per a 6 hores posterior al moment de recollida de les dades necessitava mesos de càlculs. O sigui, que el càlcul durava més que el fenomen: clarament, no era de molta utilitat. Però també deia als seus lectors que imaginessin 64.000 persones amb una calculadora mecànica treballant en un estadi de futbol fent sumes obeint a una espècie de director d’orquestra. Va escriure:

Potser algun dia, en un futur llunyà, serà possible avançar els càlculs més ràpid del que avança el temps atmosfèric, amb un risc per a la humanitat inferior al del salvament, gràcies a la informació obtinguda. Però això és un somni.

La primera predicció del temps va poder realitzar-se amb èxit en 1950, encara que encara el temps evolucionava molt més ràpid que el temps que trigava la computadora.

Richardson va arribar a dirigir el departament de física del Wetminster Training College de Londres i va arribar a ser degà del Paisley Technical College de Glasgow. Paral·lelament, va estudiar psicologia i tant abans com després de jubilar-se va escriure llibres sobre causes i psicologia dels conflictes armats.

Semblava que l’única cosa que feia falta era tenir ordinadors més ràpids i xarxes d’observació més detallada, però en 1959 va aparèixer l’Edward Lorenz, un meteoròleg matemàtic de 32 anys que treballava al MIT i que anava a canviar el panorama.

Lorenz, com tots els de la seva època, suposava que l’evolució del clima es podria determinar de forma unívoca a partir d’un estat i les seves equacions i que l’aproximació només depenia de la precisió de les variables del punt de sortida. El destí li tenia reservada una sorpresa. En 1959 va basar un model de predicció meteorològic en dotze ecuacions no lineals. El model havia de ser senzill, per la senzilla raó que els ordinadors d’aquell llavors no eren molt potents.

Va utilitzar una màquina amb una memòria de 4k (molt menys potent que el xip que podem trobar avui dia en, per exemple, una rentadora). El resultat que donava el model consistia en una sèrie de números. Per aquell temps no existien les fulles de càlcul, així doncs Lorenz va programar la màquina perquè imprimís els valors que obtenia de només una o dues variables de manera que el punt que es dibuixava representava el valor de la variable. D’aquesta manera podia dibuixar a mà la línia que unia els punts per a reflectir el valor canviant d’una variable, per exemple, la direcció del vent.

En una determinada ocasió va voler tornar a fer un cop d’ull a una simulació que ja havia fet duent-la més lluny en el temps. En comptes de començar des del principi i esperar que l’ordinador arribés a l’interval que li interessava, va introduir pel teclat els valors que ja tenia apuntats al paper. Va deixar la màquina treballant i es va anar a prendre un cafè.

Després d’una hora, la màquina havia simulat dos mesos de predicció atmosfèrica. I va succeir l’inesperat. Havia valors dels dies que havia simulat anteriorment no coincidien amb els que havia calculat aquesta vegada. En un principi, va pensar que l’ordinador funcionava malament, però repassant atentament els càlculs es va adonar que el segon procés començava pràcticament igual que el primer i, a mesura que passava el temps, les petites desviacions s’acabavan multiplicant per dos cada 4 dies de simulació.

Què havia passat? No va trigar en adonar-se que els números que havia introduït eren els de tres xifres decimals presos del resultat de la seva impressora, mentre que l’ordinador emmagatzemava les dades amb 6 dígits decimals. Per exemple, on ell havia introduït 0,506 l’ordinador havia pres en el primer càlcul 0,506127.

I llavors es va adonar del que havia passat: el model era tan sensible a les condicions inicials que un quart d’una desena de l’u per cent feia que els processos divergissin completament.

Això que a priori pot semblar una ximpleria té unes implicacions filosòfiques i pràctiques extraordinàries. Si realment el temps atmosfèric era tan sensible a les condicions inicials s’esvaïen les esperances de poder utilitzar tècniques de predicció numèrica per a pronosticar el temps amb més d’uns pocs dies d’antelació. En altres paraules: que la predicció del temps a llarg termini estava condemnada al fracàs.

Però era més que això. Lorenz va dir: "Vaig comprendre que qualsevol sistema físic que es comportés de forma no periòdica seria impredictible".

Va anunciar el seu descobriment sense fer molt soroll en un congrés científic celebrat a Tòkio, l’any 1960, encara que els seus treballs no van ser apreciats fins a molt més tard. D’altra banda, publicava els seus treballs en revistes meteorològiques i els científics d’altres disciplines no els llegien. Es van necessitar anys per a veure que el fenomen del caos surt en moltes altres àrees de la ciència: fluxos de líquids en les marees, ones i canonades (incloses artèries i venes), batecs del cor, fluctuacions de les poblacions animals, etc.

Aquesta sensibilitat del temps atmosfèric i altres sistemes complexos a les condicions inicials s’ha vingut a conèixer com "efecte papallona" pel títol d’una publicació que va presentar Lorenz en un congrés celebrat a Washington DC en 1972: Una papallona que bat les seves ales a Brasil, pot desecanadenar un tornado a Texas?

Això, per descomptat, no s’ha de prendre al peu de la lletra (encara que molts ho facin), ja que de la mateixa manera, una altra papallona batent les seves ales a Xina podria evitar-lo. És una metàfora i com a tal ha de ser interpretada.

Els meteoròlegs d’avui dia no es limiten a prendre dades exactes dels punts d’observació, sinó que una vegada feta la simulació, repeteixen els processos variant lleugerament algunes condicions inicials. Una vegades, amb aquestes lleugeres variacions, obtenen unes prediccions molt diferents, i unes altres obtenen resultats similars. Podem dir, per tant, que el temps és més caòtic unes vegades que unes altres i aquesta és una de les raons per les que de vegades estan més encertats que d’altres.

En una ocasió, un meteoròleg, amb resignació va reconèixer: "podem predir el temps amb exactitud, sempre que aquest no faci una mica inesperat".

Quan les fluctuacions d’una variable es representaven en un gràfic tridimensional es distribuïxen al voltant d’un focus que va arribar a conèixer-se com "Atractor de Lorenz".

  

Atractor de Lorenz
El neuròleg, psicoanalista i biògraf per excelència d’en Freud, Alfred Ernest Jones, va dir en una ocasió que la psique de l’home ha sofert, realment, tres cops dolorosos: els donats per Galileu, per Darwin i per Freud. Jo em quedo més amb les paraules de James Gleick:

La relativitat va acabar amb la il·lusió newtoniana d’espai i temps absoluts; la teoria quàntica va acabar amb el somni newtonià d’un procés de mesura controlable; i el caos acaba amb la fantasia laplaciana de la predecibilitat determinista.
Edward Lorenz
Moltes gràcies, Lorenz, per portar-nos el caos i donar altre cop a la psique humana. Descansi en pau.

 
Fonts:
"Así de simple", John Gribbin
"Eurekas y Euforias", Walter Gratzer
http://alasanid.blogspot.com/2008/04/caos-meteorologia-i-edward-lorenz.html 

Quant a omalaled

Me llamo Fernando y soy un apasionado de la ciencia y admirador de los científicos y ténicos de todas las épocas. Espero disfrutéis sabiendo un poquito más de ellos.
Aquesta entrada ha esta publicada en General. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

2 respostes a L’home que ens va portar el caos

  1. Joan diu:

    Un recopilatori molt bo.

    El cop més dur que va rebre en Richardson va ser que els seus estudis sobre l’atomosfera van ser utilitzats per fins militars.

    La frase d’en Gleick és molt bona, la tindré present.

  2. omalaled diu:

    La vertat és que em va encantar 🙂

    Salut!

Els comentaris estan tancats.