O que é a teoria do caos?

A teoria do caos refere-se ao comportamento de certos sistemas de movimento, como correntes oceânicas ou crescimento populacional, para ser especialmente sensível a pequenas mudanças nas condições de partida que resultam em resultados drasticamente diferentes. Ao contrário do que implica coloquialmente, a teoria do caos não significa que o mundo seja metaforicamente caótico, nem se refere à entropia, pela qual os sistemas tendem naturalmente a desordem. A teoria do caos baseia-se na incerteza inerente às medições, na precisão das previsões e no comportamento não linear de sistemas aparentemente lineares.

Antes da mecânica quântica, a teoria do caos era a primeira idéia "estranha" da física. Em 1900, Henri Poincaré pensou na relação entre valores em diferentes momentos de um sistema cujo comportamento geral poderia ser previsto com precisão, como um planeta em órbita. Ele percebeu que uma medida, como posição, velocidade ou tempo, nunca pode ser exatamente identificada, porque todo instrumento que poderia ser desenvolvido teria um limite para sua sensibilidade. Ou seja, nenhuma medida é infinitamente precisa.

Poincaré sabia que o movimento é descrito de forma determinística por uma série de equações que podem prever com precisão coisas como o local onde uma bola terminará se for rolada por uma rampa. Ele teorizou, no entanto, que uma pequena diferença nas condições iniciais, com base em variações quase insignificantes em uma medida como a massa, poderia resultar em dois resultados macroscópicos completamente diferentes em um futuro distante. Essa teoria foi chamada instabilidade dinâmica e, mais tarde, os cientistas confirmaram a veracidade de suas idéias.

A teoria do caos, portanto, estuda como os sistemas estáveis ​​e organizados nem sempre podem produzir previsões significativas para muito mais tarde, mesmo que o comportamento de curto prazo siga mais de perto as expectativas. De fato, todas as previsões que produzem podem ser tão divergentes que não são melhores do que suposições. É contra-intuitivo que um valor mais preciso não produza uma saída mais precisa.

O efeito bola de neve de uma mudança minuciosa em circunstâncias influentes é chamado de efeito borboleta. Essa metáfora sugere que uma borboleta batendo as asas, uma influência quase imperceptível, poderia contribuir para o desenvolvimento de um furacão no outro lado do globo. Edward Lorenz fez as primeiras simulações de computador na década de 1960 que demonstraram instabilidade dinâmica com equações e dados reais.

As condições iniciais não podem ser inferidas a partir de condições posteriores, nem vice-versa, em vários sistemas importantes, como pressão atmosférica e correntes oceânicas que contribuem para o clima e o clima. Este não é apenas um cenário da vida real, resultante de algo como poucos termômetros no oceano. A teoria do caos é uma teoria verificável, matematicamente consistente, que mostra que, às vezes, medições cada vez mais precisas ligadas a equações não produzem previsões cada vez mais precisas, mas sim valores extremos divergentes que são praticamente inúteis.

Alguns físicos estão trabalhando em conexões entre essa aparente aleatoriedade e a estrutura em larga escala. Eles estão investigando padrões no clima global, distribuição em massa de galáxias em superaglomerados e variação populacional em uma escala de tempo geológica. Eles levantam a hipótese de que, em um nível macroscópico, certos tipos de organização e consistência só foram possíveis através do distúrbio e da inconsistência da teoria do caos.