O filme de Ashton Kutcher de 2004, O Efeito Borboleta, é bom? Definitivamente não – mas tente me dizer isso quando eu tinha treze anos. E, em seguida, pense mais uma vez no fato de que, se você tivesse me dito isso, poderia ter desencadeado a completa aniquilação da raça humana – toda a noção do efeito borboleta é que os eventos de pequena escala (de acordo com um crédulo garoto de 13 anos, com péssimo gosto para filmes) pode gerar consequências imprevisíveis (Terceira Guerra Mundial, apocalipse nuclear, etc.).

Pelo menos, essa é a versão da idéia que entrou na consciência popular. Mas o efeito borboleta é tecnicamente um termo meteorológico, cunhado exatamente meio século atrás. O que realmente é – e se ainda se aplica ou se foi substituído/desacreditado – é uma coisa totalmente diferente.

E assim, para o Giz Pergunta dessa semana, contatamos físicos, cientistas atmosféricos e psicólogos para obter as últimas informações sobre como (ou se) o efeito borboleta realmente funciona.

Dale Durran

Professor e Presidente do Departamento de Ciências Atmosféricas da Universidade de Washington, cujas pesquisas incluem o estudo da previsibilidade atmosférica

O Efeito Borboleta foi introduzido por Edward Lorenz no contexto da previsibilidade atmosférica. Ele estava falando de asas de gaivota no artigo – não eram borboletas. O nome Efeito Borboleta foi proposto (por Dr. Phil Meriless) como um título para uma palestra que Lorenz deu logo após a publicação de seu trabalho em 1969.

O Efeito Borboleta é real, no sentido de que pequenas mudanças em pequenas escalas podem mudar o clima para sempre – mas é duvidoso que uma borboleta possa causar qualquer tipo de mudança significativa no clima. Como uma imagem que captura a imaginação, funciona bem – não é o exemplo perfeito, mas é ilustrativo. O problema é que as borboletas são pequenas demais para realmente mudar alguma coisa.

Mas coisas um pouco maiores – um avião, por exemplo, ou uma nuvem cumulus – podem ter um efeito final no clima em qualquer lugar.

A presença ou ausência de uma nuvem pode alterar as circulações ao redor da nuvem, que, à medida que mudam, alteram circulações de tamanho um pouco maior, que depois mudam circulações de tamanho ainda maior, então surge esse efeito cascata de influência de alto nível deste começo em pequena escala. Se tivéssemos dois planetas exatamente com o mesmo clima e colocássemos essa nuvem em um deles, sobre Illinois, e a não ser pela nuvem, o outro fosse exatamente o mesmo, depois de várias semanas o clima nesses dois planetas seria tão diferente como dois dias aleatórios selecionados a partir da mesma data no padrão climático (ou seja, dois 18 de maio selecionados aleatoriamente em dois anos diferentes). Esse tipo de diferença se desenvolveria em um espaço de pelo menos quatro semanas.

Dito isto, não é verdade que as borboletas estejam estragando nossas previsões meteorológicas. Pequenas incertezas sobre o clima em regiões muito mais amplas também fazem com que padrões climáticos quase idênticos divirjam com o tempo, e as incertezas em regiões maiores (digamos, uma área de 160 km) anulam completamente qualquer influência das borboletas.

“O Efeito Borboleta é real, no sentido de que pequenas mudanças em pequenas escalas podem mudar o clima para sempre – mas é duvidoso que uma borboleta possa efetuar qualquer tipo de mudança significativa no clima.”

Brian Swingle

Professor Assistente, Física, Universidade de Maryland , que estuda a física da informação quântica

O efeito borboleta é definitivamente real: se você adota um sistema caótico e realiza duas experiências diferentes com pontos de partida ligeiramente diferentes, observará a diferença no comportamento que cresce rapidamente com o tempo. Matematicamente, as diferenças entre os dois experimentos duplicam repetidamente com o passar do tempo, até que as diferenças sejam grandes.

Um fenômeno mais confuso é o efeito borboleta quântico, que surge em sistemas que combinam o caos com a estranha física do mundo quântico. Para esses tipos de sistemas, existem noções de caos quântico, mas precisamente o diagnóstico do efeito borboleta quântica é um tópico de pesquisa em andamento.

Em alguns casos, podemos identificar uma propriedade experimentalmente detectável que se espera duplicar repetidamente como no efeito borboleta clássico. Mas não sabemos se ainda é possível entender isso para sistemas caóticos quânticos gerais.

Os experimentos que tentam estudar essa física também são muito interessantes. Eles geralmente envolvem coleções especiais de átomos e fótons que foram projetados para serem altamente controláveis ​​e isolados do mundo exterior. Os pesquisadores tentam executar a dinâmica do sistema para frente e para trás no tempo, como rebobinar e avançar rapidamente um filme. A ideia é que, se avançarmos rapidamente e voltarmos imediatamente, voltaremos para onde começamos, mas se avançarmos e fizermos uma pequena alteração antes de voltar, então, em um sistema caótico, terminaremos rapidamente de uma maneira muito diferente do lugar em que começamos.

“Um fenômeno mais confuso é o efeito borboleta quântica, que surge em sistemas que combinam o caos com a estranha física do mundo quântico”.

David Pincus

Professor de Psicologia Clínica da Universidade Chapman, que estudou a teoria do caos e o efeito borboleta conforme eles se relacionam com a psicologia humana

É real? Sim. Um sim confiante. Então você pode tentar explorar a questão de, o que significa real? E é aí fica divertido.

O efeito borboleta foi provavelmente “descoberto” nos anos 1900 por Poincaré. Ele estava tentando resolver o problema de três corpos em interação – estamos falando aqui de astrofísica.

Se você tem interação gravitacional com duas coisas no espaço, é relativamente simples modelar: elas se impactam mutuamente. Mas quando você chega a três, não é realmente solucionável. Se você amarrar três bolas de tênis e balançar a corda superior, a bola inferior se moverá de maneira caótica. O movimento da bola de tênis inferior demonstra o efeito borboleta – o que significa que não é aleatório, mas também não é previsível, e se você fizer uma pequena alteração em um determinado momento, uma pequena mudança, a posição da bola de tênis em um momento futuro será ser totalmente diferente.

Um exemplo muito claro de onde se aplica: geometria fractal. Um fractal é um tipo de estrutura de ramificação auto-semelhante que você vê por toda parte na natureza, como árvores e neurônios e assim por diante. Se você observar sistemas que exibem o efeito borboleta e são caóticos, eles produzirão padrões fractais – se você tiver 10.000 pontos de dados, poderá ver os padrões fractais em termos de como eles mudam ao longo do tempo, o que chamamos de trajetórias. Sistemas complexos nos quais você tem uma imensidão de componentes diferentes, todos interagindo de maneiras complexas para produzir resultados coerentes, como o crescimento de árvores, neurônios e ondas no oceano e um milhão de coisas diferentes na natureza, também tendem a produzir padrões fractais.

Publiquei um estudo em janeiro de 2019, onde medimos a estrutura da personalidade e encontramos uma estrutura fractal. Acontece que você pode medir a personalidade com o mesmo tipo de medida, e quando as pessoas são mais resistentes e saudáveis, sua estrutura de personalidade é mais ramificada; a estrutura é mais completa e menos rígida.

Eu tenho um colega na Alemanha chamado Gunter Scheitek, e ele na minha opinião fez mais do que qualquer um quando se trata de aplicar a teoria do caos especificamente à psicologia, e ele realmente se concentra em tentar encontrar o efeito borboleta através de um processo de psicoterapia.

A essência de seu trabalho é que ele construiu um modelo matemático – o único que eu conheço – que se aplica à mudança de personalidade durante a psicoterapia, e quando você executa o modelo, ele produz o efeito borboleta, o que significa que pequenas mudanças na psicoterapia podem causar resultados muito diferentes.

Seus modelos são uma prova de conceito de que o efeito borboleta pode ser central nos processos de mudança humana ao longo do tempo. Na verdade, ele rastreou os dados de um paciente ao longo do tempo e os dados corresponderam muito bem aos seus modelos. Portanto, o efeito borboleta não é apenas real em termos matemáticos e em muitas áreas diferentes da ciência, mas também nas mudanças e crescimento psicológicos, ao que parece.

“Se você observar sistemas que exibem o efeito borboleta e são caóticos, eles produzirão padrões fractais – se você tiver 10.000 pontos de dados, poderá ver os padrões fractais em termos de como eles mudam ao longo do tempo, o que chamamos de trajetórias. Sistemas complexos nos quais você tem uma tonelada de componentes diferentes, todos interagindo de maneiras complexas para produzir resultados coerentes, como o crescimento de árvores e neurônios e ondas no oceano e um milhão de coisas diferentes na natureza, também tendem a produzir padrões fractais. ”

Douglas Stanford

Professor Associado de Física do Instituto Stanford de Física Teórica, que estuda gravidade quântica, teoria quântica de campos e teoria de cordas.

O efeito borboleta é real, mas é difícil de detectar. Para torná-lo perceptível, podemos imaginar um experimento com uma máquina do tempo. Você volta no tempo e muda uma pequena coisa inconsequente, como a posição de um único átomo. Então, quando você avança novamente para o presente, praticamente tudo mudou muito, de uma maneira aleatória.

Esse foi basicamente o enredo do conto de 1952 “A Sound of Thunder”. E o autor Ray Bradbury acertou bastante. Mas ele subestimou o quão poderoso seria o rearranjo do presente. Uma regra prática é que as coisas sobre o presente que seriam fáceis de prever no passado não mudam. Mas coisas que parecem difíceis de prever serão diferentes.