Che cos'è la teoria del caos?
La teoria del caos si riferisce al comportamento di alcuni sistemi di movimento, come le correnti oceaniche o la crescita della popolazione, per essere particolarmente sensibili ai piccoli cambiamenti nelle condizioni di partenza che portano a risultati drasticamente diversi. Diversamente da ciò che implica colloquialmente, la teoria del caos non significa che il mondo sia metaforicamente caotico, né si riferisce all'entropia, per cui i sistemi tendono naturalmente al disordine. La teoria del caos si basa sull'incertezza inerente alle misurazioni, sulla precisione delle previsioni e sul comportamento non lineare di sistemi apparentemente lineari.
Prima della meccanica quantistica, la teoria del caos era la prima "strana" idea della fisica. Nel 1900, Henri Poincaré pensò alla relazione tra valori in diversi punti temporali di un sistema il cui comportamento generale poteva essere previsto con precisione, come un pianeta in orbita. Si rese conto che una misurazione, come posizione, velocità o tempo, non può mai essere identificata con precisione perché ogni strumento che potrebbe essere sviluppato avrebbe un limite alla sua sensibilità. Cioè, nessuna misurazione è infinitamente precisa.
Poincaré sapeva che il movimento è descritto in modo deterministico da una serie di equazioni che possono prevedere con precisione cose come dove una palla finirà se viene fatta rotolare giù da una rampa. Ha teorizzato, tuttavia, che una piccola differenza nelle condizioni iniziali, basata su variazioni quasi insignificanti in una misurazione come la massa, potrebbe portare a due risultati macroscopici completamente diversi molto, molto in futuro. Questa teoria fu chiamata instabilità dinamica, e in seguito gli scienziati confermarono la veridicità delle sue idee.
La teoria del caos, quindi, studia come i sistemi organizzati e stabili non possano sempre fornire previsioni significative per molto tempo, anche se il comportamento a breve termine segue più da vicino le aspettative. In effetti, qualsiasi previsione che produce potrebbe essere così selvaggiamente divergente che non sono migliori delle ipotesi. È controintuitivo che un valore più preciso non produrrebbe un risultato più preciso.
L'effetto palla di neve di un minuto cambiamento in circostanze influenti viene definito effetto farfalla. Questa metafora suggerisce che una farfalla che sbatte le ali, un'influenza quasi impercettibile, potrebbe contribuire allo sviluppo di un uragano dall'altra parte del globo. Edward Lorenz fece le prime simulazioni al computer negli anni '60 che dimostrarono instabilità dinamica con equazioni e dati reali.
Le condizioni iniziali non possono essere dedotte da condizioni successive, né viceversa, in numerosi sistemi importanti, come la pressione atmosferica e le correnti oceaniche che contribuiscono al tempo e al clima. Questo non è semplicemente uno scenario di vita reale, derivante da qualcosa come pochi termometri nell'oceano. La teoria del caos è una teoria verificabile, matematicamente coerente, che mostra che misurazioni a volte sempre più precise inserite in equazioni non producono previsioni sempre più precise, ma piuttosto valori così divergenti estremi che sono praticamente inutili.
Alcuni fisici stanno lavorando su connessioni tra questa apparente casualità e la struttura su larga scala. Stanno studiando i modelli nel clima globale, la distribuzione di massa delle galassie nei superammassi e la variazione della popolazione su scala temporale geologica. Ipotizzano che a livello macroscopico alcuni tipi di organizzazione e coerenza siano stati resi possibili solo attraverso il disordine e l'incoerenza della teoria del caos.