O efeito borboleta é um fenômeno real? Descubra como a “Teoria do Caos” ajuda a prever o futuro
Borboletas monarcas no Santuário El Rosario, México. O efeito borboleta foi concebido como um conceito meteorológico, mas a estrutura pode ajudar os cientistas a modelar os resultados climáticos futuros.
Em 1961, o meteorologista Edward Lorenz, do MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts), estava inserindo números em um programa de previsão do tempo. Seu modelo era baseado em uma dúzia de variáveis, sendo que o valor de uma delas era 0,506127. Quando ele executou o modelo novamente, arredondou esse número para 0,506 e saiu da sala para tomar um café. Quando voltou, descobriu que essa pequena alteração havia resultado em uma previsão do tempo drasticamente diferente.
Ao apresentar seu modelo inovador de caos e o potencial de imprevisibilidade caótica extrema na reunião de 1972 da Associação Americana para o Avanço da Ciência (AAAS), Lorenz fez a seguinte pergunta: “O bater das asas de uma borboleta no Brasil pode causar um tornado no Texas?”
Richard A. Anthes, ex-presidente da Corporação Universitária para Pesquisa Atmosférica (agora presidente emérito) em Boulder, Colorado, Estados Unidos, diz que Lorenz estava ilustrando como, “em um sistema de equações matemáticas aparentemente simples, uma mudança infinitesimal na posição inicial da partícula pode causar enormes mudanças em sua posição futura — uma pequena mudança agora pode levar a uma mudança gigantesca e imprevisível no futuro”.
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Essa analogia — de que pequenos atos aparentemente insignificantes realizados por indivíduos podem levar a perturbações ou caos no futuro —, tão simples e belamente retratada pela metáfora cativante de Lorenz, capturou a imaginação de cientistas e do público em geral.
O efeito borboleta “perturbou a ciência em um nível filosófico, mostrando que modelar o futuro é apenas previsível até certo ponto e que o ‘caos’, como Lorenz colocou, está sempre presente, mas é difícil de discernir”, explica Bo-Wen Shen, professor associado de matemática e estatística da San Diego State University, que escreveu extensivamente sobre o efeito borboleta.
Shen acredita que isso se deve ao fato de que a ideia de que mesmo as menores perturbações podem ter impactos significativos “oferece esperança aos indivíduos, incentivando-os a realizar pequenas ações que podem ter um efeito profundo e positivo”.
O conceito do “efeito borboleta” já foi tema de filmes e, mais recentemente, virou uma tendência nas redes sociais, onde as pessoas compartilhavam suas histórias sobre o efeito borboleta: eventos aparentemente aleatórios — um carro quebrado, um trem perdido, um sapato quebrado — que levaram a momentos importantes em suas vidas, como conhecer um futuro cônjuge ou evitar uma catástrofe maior.
Essas histórias muitas vezes interpretam erroneamente o conceito original de Lorenz e descrevem com mais precisão uma coincidência.
Embora o efeito borboleta possa ser propenso a simplificações excessivas na cultura popular, os cientistas em diversos estudos ainda usam o conceito para prever como nossas ações no presente mudarão o futuro.
Ilustração de um atrator de Lorenz, batizado em homenagem ao cientista Edward Lorenz. Especificamente, o atrator de Lorenz é um conjunto de soluções caóticas do sistema de Lorenz que, quando representadas graficamente, se assemelham a uma borboleta ou a um oito. Variações mínimas nos valores iniciais das variáveis levariam a resultados extremamente divergentes. Para esse fenômeno, de sensibilidade às condições iniciais, ele cunhou o termo efeito borboleta.
Atrator diferente, arte feita por computador
Por que o efeito borboleta é objeto de debate científico?
A principal discrepância em torno das interpretações populares do efeito borboleta reside na crença de que a capacidade de uma pequena perturbação criar uma perturbação organizada a grandes distâncias é um fenômeno real.
“É uma metáfora”, insiste Shen, observando que os principais especialistas no assunto concordaram recentemente que se trata de uma ideia semelhante ao gato de Schrödinger: nunca comprovada ou refutada cientificamente.
“A definição metafórica do efeito borboleta é amplamente aceita como literalmente verdadeira. Mas não é”, afirma Roger Pielke Sr, professor emérito do departamento de ciências atmosféricas da Universidade Estadual do Colorado, nos Estados Unidos. “A conclusão, com relação a se o bater de asas de uma borboleta pode resultar no desenvolvimento de um tornado a milhares de quilômetros de distância (ou mesmo localmente), é que isso não pode acontecer em nenhuma circunstância. A resposta é um NÃO categórico.”
Se você está confuso, não se preocupe. Mesmo os especialistas não concordam sobre o que o conceito realmente significa. A revista científica Physics Today foi palco de uma animada troca de artigos sobre o tema em 2024, entre a equipe de Shen e o professor de física climática da britânica Universidade de Oxford, Tim Palmer, debatendo a natureza do efeito borboleta e suas implicações.
Palmer acredita que, ao detalhar o efeito borboleta, Lorenz estava descrevendo como o clima é o resultado de padrões atmosféricos aparentemente independentes que, coletivamente e momentaneamente, alteram o ambiente. Em um podcast de Oxford de 2017, ele diz para imaginar o clima como um conjunto de bonecas russas: dentro de um sistema de baixa pressão de mil quilômetros de largura, há nuvens de tempestade de 100 quilômetros e, dentro delas, subnuvens com redemoinhos turbulentos e, dentro dessas subnuvens, redemoinhos de turbulência ainda menores.
Palmer tem suas próprias ideias sobre como o efeito borboleta deve ser definido e como ele é mal interpretado, afirmando em um artigo científico de 2014 que “existem horizontes de previsibilidade finitos que não podem ser ampliados pela redução da incerteza nas condições iniciais”.
Shen diz que o efeito borboleta é melhor ilustrado usando este conto popular semelhante a um provérbio (registrado pela primeira vez pelo poeta George Herbert em 1640):
“Por falta de um prego, a ferradura foi perdida. Por falta da ferradura, o cavalo foi perdido. Por falta do cavalo, o cavaleiro foi perdido. Por falta de um cavaleiro, a batalha foi perdida. Por falta de uma batalha, o reino foi perdido. E tudo por falta de um prego de ferradura.”
“O verso sugere que qualquer pequena perturbação pode acabar por ter um efeito substancial nas integrações numéricas”, observa Shen. “Lorenz acreditava que o folclore ilustrava melhor o fenómeno mais simples da instabilidade.” O verso também nos lembra que pequenos eventos subsequentes não irão reverter o resultado.
Um close-up da asa de uma borboleta. O efeito borboleta tornou-se uma metáfora popular da cultura pop que descreve como uma ação aparentemente pequena pode levar a um resultado que muda a vida.
Entendendo o caos
O efeito borboleta tem sido fundamental para definir cientificamente o caos. “Uma contribuição extraordinária do Prof. Lorenz é que seus modelos e métodos forneceram bases que inspiraram inúmeros estudos e avançaram ainda mais nossa compreensão da natureza caótica e da previsibilidade limitada”, afirma Shen.
Desde então, os cientistas descobriram que os sistemas caóticos — como o clima, o crescimento populacional de uma única espécie ou mesmo o fluxo do tráfego — produzem soluções caóticas únicas que parecem aleatórias, mas na verdade são apenas hipersensíveis às suas condições iniciais, ou soluções caóticas e regulares coexistentes. Pequenas mudanças nem sempre causam impactos significativos, ou seus efeitos podem ser limitados no mundo real.
“Imagine um rio vasto fluindo em direção ao oceano. A corrente geral do rio influencia os movimentos de redemoinhos e turbulências menores. Embora essas características menores possam parecer caóticas e imprevisíveis por si só, o contexto em maior escala fornece uma estrutura para compreender seu comportamento”, explica Shen.
“Ao observar esses padrões climáticos em maior escala, podemos obter mais informações sobre como esses eventos menores e mais caóticos podem se desenrolar.”
Ou, como diz Anthes, “nem todas as borboletas fazem diferença”. De acordo com a teoria de Lorenz, não é possível medir o clima de hoje com precisão suficiente para prever com exatidão o clima em um futuro distante; o limite prático para a previsão do tempo é de algumas semanas.
Shen quer testar esses limites. Ele e sua equipe publicaram artigos usando os modelos de Lorenz e ofereceram uma nova perspectiva sobre a natureza dual do caos e da ordem no tempo e no clima.
Uma borboleta monarca (Dannaux plexippus) bate as asas no Santuário Piedra Herrada, no México. Será que isso pode desencadear uma série de eventos que resultem em um tornado no Texas?
Como a teoria do efeito borboleta se aplica às mudanças climáticas
Embora a principal utilidade do efeito borboleta resida na previsão do tempo, ele também pode ajudar os cientistas a modelar as mudanças climáticas. Recentemente, pesquisadores esperavam usar a IA para ajudar a simular o efeito borboleta e melhorar as previsões meteorológicas. Infelizmente, a IA não conseguiu simular o efeito borboleta. Isso não nega o efeito borboleta, apenas nos diz que a IA não consegue concebê-lo.
O impacto de Lorenz e seu efeito borboleta continua a se desenrolar. A teoria do caos revolucionou vários ramos da física, biologia, engenharia, economia e até mesmo das ciências sociais. Anthes afirma que o modelo de Lorenz teve um efeito enorme em todos os campos em que o futuro depende do presente.
“O conceito do efeito borboleta se aplica a quase todos os sistemas complexos em que o estado futuro depende do estado presente... A atmosfera e os oceanos, o clima, a física, os sistemas biológicos, incluindo a saúde humana, e a sociedade em geral, incluindo a economia e os sistemas políticos”, afirma Anthes. “Mudanças aparentemente pequenas podem ter consequências enormes e imprevisíveis, bem como indesejadas, no futuro.”
Em 2011, o MIT inaugurou um instituto de pesquisa climática com o nome de Lorenz, que financia pesquisas científicas sem uma aplicação prática óbvia. Esse tipo de “pesquisa pura”, como é chamada, nos ajudará a aprender sobre todas as pequenas ações que podem ter consequências tão importantes quanto o bater das asas de uma borboleta.
