Inge Ed

¿Es realmente posible que un acontecimiento tan pequeño como el aleteo de una mariposa provoque un fenómeno meteorológico de gran magnitud a miles de kilómetros de distancia? Los científicos llevan años interesados en esta cuestión. 

Orígenes del concepto de efecto mariposa

El concepto del "efecto mariposa" proviene de la teoría del caos, desarrollada por el matemático Edward Lorenz en la década de 1960. Lorenz descubrió que en sistemas complejos, pequeñas variaciones en las condiciones iniciales pueden llevar a cambios drásticos en los resultados a largo plazo. Este fenómeno fue popularizado con la metáfora de una mariposa que, al batir sus alas en Brasil, podría desencadenar un tornado en Texas. La idea subraya la sensibilidad extrema de sistemas caóticos a condiciones iniciales y ha influido en diversas disciplinas, desde la meteorología hasta la economía y la biología.

Limitaciones de la ciencia

En un articulo de 1969, Smagorinsky escribió: “Si tuviéramos 1) un modelo físicamente fiel de la atmósfera real; 2) una capacidad para especificar completamente las condiciones iniciales para todos los componentes espectrales; y 3) no cometiéramos ningún error de truncamiento al integrar numéricamente el sistema de ecuaciones diferenciales no lineales, entonces:

1. ¿Podríamos predecir las evoluciones atmosféricas desde el momento inicial infinitamente distante en el futuro? O,

2. ¿El aleteo de una mariposa se amplificaría en última instancia hasta el punto en que la simulación numérica se alejara de la realidad?

En otras palabras, ¿pueden los modelos de predicción meteorológica predecir el tiempo infinitamente en el futuro y, de ser así, podría la pequeña perturbación en el aire causada por las alas crecer cada vez más, llevando a un resultado que los modelos no pueden predecir?

El trabajo de Lorenz sobre la sensibilidad a las condiciones iniciales respondió más tarde a la primera pregunta, que no podemos predecir con precisión lo que sucederá infinitamente en el futuro.

Responder a la segunda pregunta de Smagorinsky es mucho más difícil; los modelos numéricos existentes no pueden dar cabida a una perturbación tan pequeña como el aleteo de las alas de una mariposa, lo que significa que no podemos predecir con precisión el fenómeno meteorológico resultante utilizando modelos numéricos.

La creencia persiste

Pero a pesar de la falta de evidencia científica que respalde la idea de que el aleteo de las alas de una mariposa podría crear un tornado en Brasil, la opinión predominante, incluso entre muchos en la comunidad científica atmosférica, sigue siendo que, de hecho, es posible.

Por ejemplo, en un blog en 2008, un científico de alto nivel publicó la siguiente respuesta a una pregunta sobre si el aleteo de una mariposa dentro de un frasco de vidrio podría causar un tornado. Dijo:

“En cuanto a la mariposa en la habitación, incluso en un frasco en la habitación, seguro, creo que es probable que en última instancia afecte al clima a gran escala. Mírelo de esta manera: la temperatura tiene una influencia dinámica a través de la flotabilidad. El calor disipado por la mariposa podría calentar la habitación en unas pocas decenas de microkelvins, digamos. Ese aumento de temperatura cambiará el flujo de calor entre la casa y el medio ambiente, lo que en última instancia cambiará la temperatura de alguna porción de aire en unos pocos nanokelvins. Entonces, antes de que te des cuenta, alguna porción de aire del tamaño del estado de Illinois tendrá una temperatura diferente en tal vez unos pocos picokelvins. Garantizo que si tomas un GCM y cambias la temperatura del aire sobre Illinois en unos pocos picokelvins (dada la precisión aritmética suficiente), eso conducirá a una divergencia del pronóstico a gran escala, dado un tiempo infinito. No he visto ninguna indicación, ni en los teoremas de sistemas dinámicos ni en los experimentos numéricos, que sugiera que algo distinto podría suceder”.

Más recientemente, en 2023, en The Dominance of Chaos de Mark Kaufman, un meteorólogo investigador afirmó que “los remolinos de viento del tamaño de la uña del pulgar pueden tener un efecto más adelante” y que “incluso esa pequeña incertidumbre se acumulará y hará que el pronóstico sea impredecible en dos o tres semanas”. Además, Kaufman informó que otro científico de alto nivel dijo: “La gente piensa que es una metáfora… No lo es. Es real”.

También en 2023, la publicación EOS de la Unión Geofísica Estadounidense publicó un artículo destacado de investigación que decía:

“El efecto mariposa describe cómo las consecuencias de pequeñas perturbaciones pueden crecer muy rápidamente hasta tener un impacto importante en el resultado final de un sistema, como en el ejemplo metafórico del aleteo de las alas de una mariposa en Brasil que finalmente influye en el desarrollo de un tornado en Texas”.

Si bien el artículo se refiere al efecto mariposa como una metáfora, se interpreta literalmente como un comportamiento real de la atmósfera, incluso por los científicos atmosféricos.

Entonces, ¿Es posible?

Entonces, si los modelos numéricos no pueden explicar actualmente un factor tan pequeño como el aleteo de las alas de una mariposa, ¿ES posible que tal fenómeno sea cierto?

La evaluación de la cuestión es esencialmente la misma (segunda) pregunta que Smagorinsky formuló en 1969: ¿El aleteo de las alas de una mariposa podría finalmente amplificarse hasta el punto en que la simulación numérica se alejara de la realidad? En este contexto, el énfasis principal está en el aleteo real de una mariposa real.

Hasta la fecha, a pesar de la aceptación generalizada de que el aleteo de las alas de una mariposa podría finalmente amplificar la respuesta atmosférica hasta el punto en que se pueda desarrollar una característica meteorológica de mayor escala, como un tornado, no ha habido un análisis sólido de si es físicamente posible.

Para responder a esta pregunta, es necesario responder a la siguiente pregunta adicional: “¿Puede una perturbación de energía cinética tan pequeña como el aleteo de una mariposa convertir la energía potencial disponible en energía cinética y una circulación atmosférica organizada y amplia, o la disipación del movimiento en calor por fuerza viscosa hará imposible dicha transferencia de energía?” En otras palabras, ¿es inestable el comportamiento de la atmósfera con respecto a perturbaciones de todos los tamaños, independientemente de su tamaño?

Para que una perturbación de energía cinética crezca en tamaño y/o recorra grandes distancias, la producción de energía cinética debe existir a una tasa mayor que la pérdida de esta energía en calor (lo que se denomina disipación). La escala de longitud en la que predomina la disipación en la atmósfera es de aproximadamente 0,1 a 10 milímetros, aunque ocurre en todas las escalas espaciales. En esta escala y por debajo de ella, los movimientos turbulentos no lineales esencialmente no existen.

El aleteo de las alas de la mariposa implica una escala espacial cercana a los 10 milímetros, lo que significa que es tan pequeño que la energía que produce se disiparía casi inmediatamente y no sería capaz de causar un tornado.

Esta conclusión está respaldada por un artículo de 2011 de Natalie Wolchover (https://www.nbcnews.com/id/wbna45727263), “¿Puede una mariposa en Brasil realmente causar un tornado en Texas?” Ella escribió: El libro ‘A New Kind of Science’ (Wolfram Media, 2002), también muestra que la energía del ala se disipará, en lugar de acumularse. En resumen, las mariposas no pueden generar tormentas”.

Entonces, ¿Qué podría causar un tornado?

Entonces, si una mariposa no puede causar un tornado a muchos kilómetros de distancia, la pregunta que debe hacerse es, ¿Qué podría? ¿Qué tan grande tendría que ser una perturbación para causar una reacción en cadena de eventos que conduzca a un fenómeno atmosférico tan poderoso? Claramente, la escala espacial de la perturbación tendría que ser mucho mayor que 10 milímetros. Los modelos meteorológicos actuales utilizan una escala espacial mucho mayor en sus propias predicciones.

Aunque no podemos responder a esta pregunta de manera definitiva, podemos inferir cierta información de los modelos de predicción meteorológica que muestran que los grandes eventos atmosféricos como los huracanes pueden, de hecho, causar un AUMENTO en la energía cinética a lo largo de las distancias, ya que extraen energía de las escalas mayores, en lugar de una pérdida de energía.

Por lo tanto, mientras que una mariposa en Brasil no puede causar un tornado en Texas, ya que la disipación predomina en el tamaño de una mariposa, una tormenta eléctrica en Brasil SÍ puede resultar en efectos meteorológicos significativos a grandes distancias porque puede causar un aumento en la energía cinética a lo largo de las distancias.

Se necesitará investigación adicional para responder a la pregunta de qué tan grande debe ser una perturbación atmosférica para que no esté dominada por procesos de disipación. Pero por ahora, finalmente podemos responder a la pregunta principal en cuestión y corregir un error científico muy extendido: una mariposa que bate sus alas en Brasil no puede causar un tornado en Texas.