L’esperimento Balmer-Kress
(illustrazione di Lido Contemori)
Il
fisico statunitense James Balmer-Kress dell’Università
del Maryland, studioso dei sistemi complessi e caotici,
ha pubblicato sull’American Journal of Turbulence
un saggio intitolato «On the Measurement of Butterfly
Effect» (3, 2000, pp. 1069-1105) in cui espone i
risultati di un esperimento che, per l’apertura di
nuovi scenari sul piano delle previsioni metereologiche,
ha richiamato l’attenzione della comunità
scientifica.
La ricerca di Balmer-Kress è finalizzata alla
verifica del ben noto “effetto farfalla”, cioè di
quel fenomeno, così denominato da Edward Lorenz,
metereologo del MIT (Massachusetts Institute of
Technology), secondo cui «il battito d’ali di una
farfalla nell’Iowa potrebbe, in linea di principio,
innescare una valanga di effetti che avrebbe come
risultato finale un monsone in Indonesia» (1). 
L’effetto farfalla ha un nome tecnico: «dipendenza
sensibile dalle condizioni iniziali». Ciò significa
che una catena di eventi può avere un punto di crisi in
cui piccoli mutamenti sono suscettibili di ingrandirsi a
dismisura.
Per alcuni mesi (quattro per l’esattezza)
Balmer-Kress, aiutato da due assistenti, il biologo
David Pagels e la chimica Isabelle Holton, si preoccupa
di collezionare un’ampia quantità di farfalle diurne,
cioè attive nelle ore di luce, di sesso femminile, il
cui battito d’ali è notoriamente più uniforme di
quello delle farfalle diurne di sesso maschile. Durante
vari soggiorni in zone particolarmente ricche di questo
tipo di lepidotteri, come l’Amazzonia peruviana e il
nord della Cambogia, Balmer-Kress raccoglie 4.572
farfalle diurne di sesso femminile, numero ritenuto
minimo ai fini della significatività
dell’esperimento.
Tutti gli esemplari vengono collocati all’interno di
una grande voliera costruita nella città di Des Moines,
in un campo vicino all’Istituto di Fisica sperimentale
dell’Università dell’Iowa, finanziatrice del
progetto. A questo punto Balmer-Kress passa alla fase
esecutiva del suo esperimento.
Considerando mediamente una lunghezza di apertura
alare di 11,4 cm per una larghezza di 4 cm e un peso di
3,4 milligrammi ad esemplare e supponendo che i battiti
d’ali di una farfalla diurna standard siano
all’incirca 19 al secondo, Balmer-Kress congettura che
la massa d’aria libera (cioè quella che comunemente
si respira) spostabile da ogni soggetto in questione
nell’unità di tempo di un secondo sia uguale a 9 cm3.
Da questi dati Balmer-Kress deduce che, facendo
agitare tutti gli esemplari di farfalle diurne
all’unisono, tramite uno strumento idoneo di
comunicazione (come un colpo di cannone a salve), è
possibile originare uno spostamento d’aria complessivo
di 41.148 cm3. Da quest’ultima stima vanno sottratti i
battiti d’ali non realizzati allo sparo, a causa della
presenza nel gruppo esaminato di una percentuale x,
compresa in genere tra lo 0,6% e lo 0,7%, di farfalle
non udenti (si pensi alla Thecla intricarius o alla
Papilio dubius) o di farfalle malate oppure in età
avanzata, e quindi non ricettive, scientificamente
denominate “pigre”. Inoltre per evitare movimenti
d’aria non controllabili Balmer-Kress predispone che
il rumore del colpo di cannone sia registrato su nastro
e amplificato ad un volume idoneo alle capacità uditive
delle farfalle.
Le procedure indicate da Balmer-Kress per la
corretta esecuzione dell’esperimento sono: 1. il colpo
di cannone virtuale va diffuso in piena notte, quando si
suppone che le farfalle diurne siano in fase di quiete,
o al massimo di dormiveglia, in una fascia oraria sempre
eguale; 2. il colpo dev’essere eseguito in un momento
di totale assenza di vento e senza alcun preavviso; 3.
prima dello sparo bisogna evitare nel modo più assoluto
l’impiego di fonti di luce artificiale che potrebbe
disturbare il sonno delle farfalle, così da
comprometterne i riflessi.
Una volta effettuato il colpo di cannone dal
campo-base di Des Moines non resta a Balmer-Kress che
osservare l’eventuale formazione di un monsone in un
punto prestabilito dell’Indonesia (per una molteplicità
di fattori climatici e turistici viene scelta la località
di Bedulu nell’isola di Bali). Naturalmente il nesso
battiti d’ali di farfalla-creazione del monsone,
precisa Balmer-Kress, deve tenere conto delle condizioni
di temperatura e pressione esistenti al momento
dell’esperimento nella fascia intertropicale, della
velocità media di spostamento degli alisei che è di 5
m/s (minuti al secondo) e di altri fattori stocastici di
disturbo (ad es. flussi di uccelli migratori in ritardo
o fuori rotta, mutamenti improvvisi nell’intensità
della navigazione aerea, ecc.), oltre che del battito
d’ali di altri volatili presenti nella zona geografica
interessata (su quest’ultimo elemento l’analisi di
Balmer-Kress fornisce simulazioni e calcoli correttivi
basati su serie statistiche sufficientemente
attendibili).
La conclusione cui giunge Balmer-Kress è che il
tempo mediamente necessario, in condizioni normali, per
la formazione di un monsone registrabile a Bedulu
(Indonesia) dopo il rumore di un colpo di cannone
riprodotto ai bordi della voliera nel campo di Des
Moines (Iowa) è di 3,2 giorni.
Dal 4 febbraio al 2 settembre del 1999
Balmer-Kress effettua 27 esperimenti, quattro al mese,
ad intervalli di circa 8 giorni l’uno dall’altro,
tutti regolarmente attuati nella stessa fascia oraria,
cioè dalle 2 alle 3, con lo stesso apparecchio stereo e
lo stesso altoparlante (2). In 21 di essi, a seguito del
brusco risveglio delle farfalle diurne a Des Moines,
registra, dopo un lasso di tempo atteso oscillante fra i
3 e i 4 giorni, la nascita di un monsone (invernale ed
estivo a seconda della stagione) nell’osservatorio di
Bedulu. I riscontri negativi, 6 nel complesso e tutti
significativamente verificatisi nell’ultima fase
dell’esperimento, sono imputabili secondo Balmer-Kress
al peso decrescente del “fattore sorpresa” sul
comportamento delle farfalle.
Nota
1.
Un precedente tentativo di misurazione dell’effetto
farfalla è descritto nell’articolo di D. Inaudi, X.
Colonna de Lega, A. Di Tullio, C. Forno, P. Jacquot, M.
Lehmann, Max Monti e S. Vurpillot, «Chaos: demonstrated
the butterfly effect», pubblicato sul numero 1/6,
novembre-dicembre 1995 degli Annals of Improbable
Research.
2. Riportiamo qui di seguito una rappresentazione
grafica dei risultati dell'"esperimento di
Balmer-Kress", tratta da pag. 1103 del citato
saggio del fisico statunitense.