¿Por qué no podemos predecir perfectamente el clima?

¿Por qué no podemos predecir perfectamente el clima?

El clima, para muchos, parece más loco que nunca. Pero ¿qué tan cierto es esto? 

¿Por qué no podemos predecir perfectamente el clima?

Las inundaciones en el estado indio de Kerala, las peores en los últimos cien años, han causado la muerte de al menos 324 personas en tres meses.

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AFP

19 de agosto 2018 , 06:45 p.m.

Quienes no creen en la existencia de demonios seguro no han oído hablar del demonio de Laplace. No se trata de ningún ángel caído o del amigo imaginario que habla en tu oído izquierdo.

En el inicio de la temporada de huracanes en el Caribe, a unas semanas del comienzo de una temporada de lluvias en Colombia, y frente a un clima cada vez más impredecible y ‘loco’, vale la pena volver sobre esta idea, que, a pesar de tener más de 200 años, aún reposa con comodidad en el corazón de la ciencia. Más interesantes aún, y estrechamente relacionadas con el demonio de Laplace, están las menos comprendidas ideas de azar, complejidad y caos.

Predecir el futuro es una de las tareas más importantes de la ciencia para sobrevivir en un mundo aparentemente desordenado. Lo vemos todos los días cuando los astrónomos anuncian un eclipse o los climatólogos, la trayectoria de un nuevo huracán.

Ahora bien, ¿se puede predecir en realidad el futuro? En 1814, Pierre Simon Laplace, astrónomo y matemático francés, formuló una hipótesis que dejaría una huella duradera en la historia de la ciencia. Según Laplace, el estado presente del Universo está predeterminado por su estado pasado y el futuro es una consecuencia matemáticamente directa del presente.

A primera vista no parece nada revolucionario o nuevo, excepto por la curiosa y original manera como termino explicándolo Laplace. Según él, si una inteligencia hipotética, con capacidades ilimitadas de medición y pensamiento, pudiera conocer todas las fuerzas que actúan sobre cualquier sistema físico y determinar exactamente su estado presente, un análisis (matemático) de esa información le permitiría conocer con exactitud el futuro de ese sistema.

Predecir el futuro es una de las tareas más importantes de la ciencia para sobrevivir en un mundo aparentemente desordenado

Para esta inteligencia, nada sería nuevo o sorpresivo en el Universo. Con tales poderes, sería un verdadero “demonio”, dirían más tarde los estudiosos de la obra de Laplace.

Aunque cada vez avanza más nuestro conocimiento sobre nuestro complejo planeta, el demonio de Laplace sigue dando vueltas en medio de los trabajo científicos más variopintos, entre ellos, naturalmente, el de los climatólogos, que intentan predecir el clima.

No es exagerado decir que la mayoría de los científicos llevan en su corazón el íntimo deseo de convertirse en una versión viviente de ese demonio. Pero la tarea de predecir científicamente el futuro es un poco más complicada que lo intuido originalmente por Laplace, y esto lo aprendieron los científicos tan solo unas décadas después de que el matemático francés diera vida a este curioso demonio.

Para empezar, es bueno aclarar que la idea de que el mundo es predecible no contradice el aparente desorden que vemos en las ruletas de un casino o en el clima de un mundo más caliente.

Y es que el ‘azar’ no es necesariamente lo mismo que la ausencia de capacidad predictiva (Laplace es uno de los padres de las teorías matemáticas del azar). Algunos matemáticos definen el azar simplemente como el resultado de un proceso que puede ser predicho en principio, pero para el cual la cantidad de variables involucradas en su predicción es muchísimo mayor que el resultado mismo del proceso.

Piensen, por ejemplo, en el lanzamiento de una moneda. Si queremos predecir dónde caerá exactamente, solo hacen falta dos o tres datos. Con unas fórmulas sencillas, un físico novato predice, casi con exactitud, el destino de esta. Pero si de lo que se trata es de saber de qué lado caerá (cara o sello), el asunto se vuelve color de hormiga. Para predecir un solo resultado (cara o sello) harán falta muchas variables.

De este modo decimos que el resultado final del lanzamiento es ‘aleatorio’, un nombre que podría ser usado mejor para llamar a nuestra ‘pereza’ o falta de tiempo. Para el demonio de Laplace, con sus poderes de conocimiento y cómputo, el lado de la moneda está perfectamente determinado desde el lanzamiento, y no hay nada aleatorio en el fenómeno.

Entonces, ¿es el clima desordenado y loco o, en realidad, simplemente aleatorio? Es decir, ¿si tuviéramos suficiente información y poder de cómputo (como el que tendría el demonio de Laplace), podríamos predecirlo con exactitud? El clima no está ‘loco’ (no es desordenado), pero tampoco es completamente predecible. La razón es simple: los demonios (incluyendo el de Laplace) no existen.

En la década de 1880, Henri Poincaré, matemático y físico teórico francés, descubrió el que podríamos considerar el talón de Aquiles del demonio de Laplace; o, más bien, de los “aprendices de demonio”: los científicos.

Según Poincaré, existen sistemas físicos –el clima es uno de ellos–, que si bien pueden ser predichos con exactitud por el omnipotente demonio de Laplace, un pequeño error en la información inicial (cometido, obviamente, por un aprendiz de demonio) podría conducir a una predicción totalmente errada del futuro del sistema. A esta propiedad la llamamos hipersensibilidad a las condiciones iniciales o, en una palabra, caos.

El clima es aleatorio (se necesita demasiada información para predecir cualquier tontería), pero también, caótico (un pequeño error en la información inicial nos puede hacer predecir una tormenta en la que resulta ser en realidad una mañana soleada).

Del caos a la complejidad

En algunos sistemas, el caos resulta, pues, de nuestra imperfección como seres humanos (aprendices de demonio). Nuestra incapacidad de conocer, como el demonio de Laplace, todos los detalles del sistema. Pero el caos no elimina al demonio. Para este último no existe tal concepto.

El mundo para el demonio de Laplace es un lugar relativamente aburrido donde todo lo que pasa (caótico o no), la caída de una manzana, el movimiento de un satélite artificial o la Novena sinfonía de Beethoven, está predeterminado por lo que pasó antes. El destino, de alguna manera, existe, pero solo lo conocería esa inteligencia omnipotente.

Esta idea descorazonadora se escondió con un poco vergüenza debajo del tapete de la ciencia por casi dos siglos. Así estuvo hasta que hace un par de décadas, el Universo nos dio una nueva sorpresa.

En sistemas hechos de partes relativamente ‘simples’ (moléculas en un cristal, termitas en una colonia o los ciudadanos de un país), la interacción entre ellas, que puede también ser muy simple (repulsión eléctrica entre las moléculas, señales químicas dejadas en el camino o conversar en una tienda) puede crear comportamientos colectivos coherentes y a veces novedosos, sin que estos hayan sido dictados por un ‘director de orquesta’.

Estos comportamientos tampoco están escritos en las reglas que determinan el comportamiento de las partes. Decimos que el todo es mayor que la suma de las partes.

Las moléculas de agua en un cristal de hielo se unen para formar copos de nieve que tienen formas increíbles y que ninguna de las moléculas tenía la intención de crear. Las termitas construyen catedrales de arena, sin que haya una sola de ellas que actúe como arquitecto. Los ciudadanos de un país pueden crear, sin proponérselo, sociedades igualitarias y pacíficas, casi independientemente del gobierno que los administre.

Los ciudadanos de un país pueden crear, sin proponérselo, sociedades igualitarias y pacíficas, casi independientemente del gobierno que los administre

Las catedrales de arena, los copos de nieve o la paz son impredecibles. El demonio de Laplace podría descubrir esas propiedades solo si ‘simula’ el sistema en tiempo real. Pero esto solo lo hace el Universo mismo.

A estos sistemas la ciencia moderna los llama sistemas complejos. Pero debe reiterarse, como se explico antes, que la complejidad no es simplemente tener muchas partes que no se entienden. Para la mayoría de nosotros, el clima es complejo, pero solo porque no lo comprendemos. Cuando los científicos que lo conocen bastante lo analizan con el criterio anterior, se dan cuenta de que la atmósfera por sí sola no es muy compleja.

El sistema verdaderamente complejo es aquel que se forma de la interacción de la atmósfera, la vida (incluyéndonos) y todo lo que sale de la Tierra o entra a ella. Ni siquiera el demonio de Laplace, partiendo de las condiciones iniciales de la Tierra, habría podido predecir que habría palmeras que se elevan centenares de metros en el aire, o que la Tierra tendría objetos metálicos que vuelan (aviones) o que la concentración de CO2 en el aire sería tan alta como lo es hoy en día.

Por su naturaleza, los sistemas complejos esconden sorpresas, especialmente si se modifica la manera como interactúan sus partes. El caso del cambio climático podría ser pensado por todos nosotros desde esta nueva perspectiva. Esa sensación de que el aumento de los gases de invernadero solo produce un incremento monótono de la temperatura, la fuerza de los huracanes y los incendios o el nivel del mar podría ser solo parte de la historia, como ya lo vienen advirtiendo los científicos.

Tal vez el sistema, en su complejidad, podría reservarnos sorpresas mayores que ninguno de los aprendices de demonio pueden todavía predecir hasta que sea demasiado tarde. Pero estas sorpresas no necesariamente son malas. Sin embargo, ante la incertidumbre, es mejor ‘moverse’ con precaución.

JORGE IVÁN ZULUAGA
Profesor asociado del Instituto de Física de la U. de Antioquia

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