Borboletas do Brasil e tornados nos EUA. Butterflies of Brazil and tornadoes on USA.

Não se sabe todos os fatores que afetam pouco a atmosfera – a cada vibração de cada borboleta no Brasil – por isso há pouca esperança de prever o tempo exato e o local de uma tempestade que se aproxima.

O matemático Edward Lorenz criou o modelo, chamado de atrator estranho, na década de 1960, é uma linha que, alternadamente, em torno de duas espirais ovais adjacentes, mapeia a solução caótica para um conjunto de equações inter-relacionadas. “Efeito borboleta” é o termo que mais agrada porque o modelo de computador que levou à sua descoberta se assemelha a uma borboleta. Lorenz descobriu que a forma do atrator era extremamente sensível às condições iniciais. Movendo seu ponto de partida apenas uma escala em qualquer direção causou a linha para desenhar uma borboleta completamente diferente.

O atrator estranho levou os cientistas a concluir que muitos sistemas do mundo real, como o mercado de ações e a temporada de furacão no Texas são imprevisíveis. No entanto, ele lembra que o bater de asas de uma borboleta, efetivamente, não causa um tornado no Texas.

O bater de asas

O bater de asas de uma borboleta exerce uma pressão sobre as moléculas de ar ao redor, a fim de empurrar o inseto para cima. Cada aba causa uma pequena mudança na pressão do ar ao redor da borboleta, mas esta variação é insignificante comparado com pressão total do ar, que é cerca de cem mil vezes maior. Mudanças na pressão do ar são um dos principais fatores envolvidos na mudança do clima, mas no caso da borboleta, as moléculas de ar absorvem facilmente o golpe de uma batida da asa.

O doutor na previsão de sistemas não lineares da Universidade de Oxford, David Orrell, escreveu sobre a previsão de decisões em áreas como biologia, meteorologia e economia para o público científico e leigo. Seu livro best-seller, “The Future of Everything: The Science of Prediction“, descreve a extrema dificuldade que os meteorologistas enfrentam na previsão do tempo, que é tão sensível às mudanças nas condições atmosféricas, como pressão e temperatura, que não pode ser previsto com alguns dias de antecedência.  “Acho que matematicamente, o atrator de Lorenz foi uma descoberta muito importante”, disse. “Mas as pessoas começaram a aplicar a teoria do caos a uma série de sistemas e dizendo: Bem, esta propriedade é sensível às condições iniciais, por isso não podemos fazer previsões precisas“. Orrell e uma equipe de matemáticos demonstraram em 2001 que se outros fatores no sistema climático, tais como temperaturas quentes do Oceano Atlântico, alta umidade e os ventos de oeste, o bater de asa ou a falta dela, não farão diferença.

Então, qual é a previsão?

Se o efeito borboleta não é real, por que, então, não podemos prever com precisão e antecedência o tempo? A resposta a essa questão é controversa. Orrell acha que os meteorologistas deveriam trabalhar no aperfeiçoamento de seus modelos da atmosfera, ao invés de jogar as mãos para cima por causa do caos. “Minha opinião [é] que o erro do modelo é uma causa mais provável da nossa incapacidade de fazer previsões de tempo do que o caos“, disse.

Paul Roebber, um matemático e meteorologista da Universidade de Wisconsin-Milwaukee, discorda. Ele argumenta que, embora o caos ao nível de uma borboleta não afete o sucesso da previsão do tempo, perturbações maiores, no entanto desempenhar um papel significativo. “Concordo com [Orrell] que uma borboleta não causa efeitos, mas influências como nuvens individuais – os efeitos são prováveis de crescer e seres importantes na alteração do clima“.

Ian Palmer, um professor de Oxford e principal cientista no Centro Europeu de Previsão do Tempo, explicou que as limitações na nossa capacidade de observar as condições da atmosfera (como a localização de todas as nuvens), utilizando balões meteorológicos, de superfície e medições por satélite, significa não seremos capazes de criar modelos fiéis à atmosfera.  “Quando o fluxo é particularmente instável, os erros nas condições iniciais podem crescer rapidamente e destruir a qualidade da previsão em alguns dias”.

O aquecimento e de ar ascendente, de acordo com Roebber, é um excelente exemplo de uma condição que pode ser medida de forma imprecisa e que pode dar origem a grandes mudanças no clima. Por exemplo, convecção acima do Golfo do México, por vezes, provoca tempestades no sudeste os EUA. “Para mim, o papel da convecção atmosférica em afetar o clima em grande escala e previsibilidade atmosférica subsequentes diz muito mais sobre o papel de erros, tanto o modelo e os erros de análise que o cenário hipotético da famosa borboleta” disse.

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A professor at MIT, Edward Lorenz was the first to recognize what is now called chaotic behavior in the mathematical modeling of weather systems. In the early 1960s, Lorenz realized that small differences in a dynamic system such as the atmosphere–or a model of the atmosphere–could trigger vast and often unsuspected results.

These observations ultimately led him to formulate what became known as the butterfly effect–a term that grew out of an academic paper he presented in 1972 entitled: “Predictability: Does the Flap of a Butterfly’s Wings in Brazil Set Off a Tornado in Texas?”

Lorenz’s early insights marked the beginning of a new field of study that impacted not just the field of mathematics but virtually every branch of science–biological, physical and social. In meteorology, it led to the conclusion that it may be fundamentally impossible to predict weather beyond two or three weeks with a reasonable degree of accuracy.

Some scientists have since asserted that the 20th century will be remembered for three scientific revolutions–relativity, quantum mechanics and chaos.

In 1991, he was awarded the Kyoto Prize for basic sciences in the field of earth and planetary sciences. Lorenz was cited by the Kyoto Prize committee for establishing “the theoretical basis of weather and climate predictability, as well as the basis for computer-aided atmospheric physics and meteorology.” The committee added that Lorenz “made his boldest scientific achievement in discovering ‘deterministic chaos,’ a principle which has profoundly influenced a wide range of basic sciences and brought about one of the most dramatic changes in mankind’s view of nature since Sir Isaac Newton.”