¿Qué es la teoría del caos?

La teoría del caos se refiere al comportamiento de ciertos sistemas de movimiento, como las corrientes oceánicas o el crecimiento de la población, para ser especialmente sensible a pequeños cambios en las condiciones iniciales que resultan en resultados drásticamente diferentes. A diferencia de lo que implica coloquialmente, la teoría del caos no significa que el mundo sea metafóricamente caótico, ni se refiere a la entropía, por la cual los sistemas tienden naturalmente al desorden. La teoría del caos se basa en la incertidumbre inherente a las mediciones, la precisión de las predicciones y el comportamiento no lineal de sistemas aparentemente lineales.

Antes de la mecánica cuántica, la teoría del caos era la primera idea "extraña" de la física. En 1900, Henri Poincaré pensó en la relación entre los valores en diferentes puntos temporales de un sistema cuyo comportamiento general podría predecirse con precisión, como un planeta en órbita. Se dio cuenta de que una medición, como la posición, la velocidad o el tiempo, nunca se puede determinar con precisión porque cada instrumento que podría desarrollarse tendría un límite en su sensibilidad. Es decir, ninguna medida es infinitamente precisa.

Poincaré sabía que el movimiento se describe de manera determinista por una serie de ecuaciones que pueden predecir con precisión cosas como dónde terminará una bola si se baja por una rampa. Sin embargo, teorizó que una pequeña diferencia en las condiciones iniciales, basada en variaciones casi insignificantes en una medición como la masa, podría dar lugar a dos resultados macroscópicos completamente diferentes en el futuro. Esta teoría se llamó inestabilidad dinámica, y más tarde los científicos confirmaron la veracidad de sus ideas.

La teoría del caos, por lo tanto, estudia cómo los sistemas organizados y estables no siempre pueden generar predicciones significativas para un tiempo mucho más tardío, a pesar de que el comportamiento a corto plazo sigue más de cerca las expectativas. De hecho, cualquier predicción que arroje puede ser tan divergente que no son mejores que las suposiciones. Es contradictorio que un valor más preciso no produzca un resultado más preciso.

El efecto bola de nieve de un cambio diminuto en circunstancias influyentes se conoce como el efecto mariposa. Esta metáfora sugiere que una mariposa que agita sus alas, una influencia casi imperceptible, podría contribuir al desarrollo de un huracán en el otro lado del globo. Edward Lorenz realizó las primeras simulaciones por computadora en la década de 1960 que demostraron inestabilidad dinámica con ecuaciones y datos reales.

Las condiciones iniciales no se pueden inferir de las condiciones posteriores, ni viceversa, en varios sistemas importantes, como la presión atmosférica y las corrientes oceánicas que contribuyen al clima y al clima. Este no es simplemente un escenario de la vida real, resultado de algo así como muy pocos termómetros en el océano. La teoría del caos es una teoría verificable y matemáticamente consistente que muestra que a veces las mediciones cada vez más precisas conectadas a ecuaciones no producen predicciones cada vez más precisas, sino valores tan divergentes tan extremos que son prácticamente inútiles.

Algunos físicos están trabajando en las conexiones entre esta aparente aleatoriedad y la estructura a gran escala. Están investigando patrones en el clima global, la distribución masiva de galaxias en supercúmulos y la variación de la población en una escala de tiempo geológico. Ellos plantean la hipótesis de que a nivel macroscópico, ciertos tipos de organización y consistencia solo han sido posibles gracias al desorden y la inconsistencia de la teoría del caos.