La meteorologia e la “scienza esatta”

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Sono letteralmente esausto di leggere ovunque (ma proprio ovunque) la colossale sciocchezza secondo cui la meteorologia non è una scienza esatta“.

Si tratta di una espressione totalmente sbagliata, sia nella forma che nella sostanza, e soprattutto ancorata ad una concezione della scienza ottocentesca, risalente cioè ad epoche in cui ancora si riteneva che un sistema deterministico (ovvero descrivibile con misure quantitative ed oggettive, e del quale si possano scrivere le equazioni matematiche che ne regolano l’evoluzione) si comportasse per definizione in maniera regolare ed esattamente predicibile (da cui, appunto, l’idea di “scienza esatta”), e che tutto ciò che sfuggisse alla possibilità di previsione fosse in qualche modo derivante da assenza di regole e da comportamenti dettati da processi casuali. Insomma: determinismo, ovvero regole e prevedibilità da una parte, e caos, ovvero assenza di regole e aleatorietà, dall’altra: questo dualismo era il verbo del pensiero scientifico nel millesettecento ed ancora fino a pieno ottocento.

Prima, cioè, che quello straordinario precursore del tempi che era Henri Poincaré, lavorando nello specifico al problema dei tre corpi, alla fine del diciannovesimo secolo enunciasse per primo e con incredibile dettaglio il fenomeno della sensibile dipendenza dalle condizioni iniziali, e mettesse quindi le basi per quella che nel ventesimo secolo, con i lavori di Edward Lorenz pubblicati negli anni sessanta, diventò poi la Teoria del Caos deterministico, rilevando la profonda cantonata insita nell’antagonismo di cui sopra fra Determinismo e Caos, al punto da ricomporre prodigiosamente tale apparente (e fuorviante) dualismo nel nome stesso della teoria di Lorenz (enunciata la quale, le intuizioni di Poincaré vennero sintetizzate nella massima del battito d’ali di un gabbiano – successivamente mutuato nella più celebre immagine della farfalla – capace di scatenare un tornado in un altro continente).

Il solo sostenere che una branca della Fisica, quale la meteorologia, “non sia una scienza esatta” denota quindi il non tenere minimamente conto di quel che è accaduto nella storia della Scienza da oltre un secolo a questa parte, ovvero di quell’insieme di scoperte sulla teoria dei sistemi dinamici che ha portato a rompere clamorosamente (ma ormai cinquant’anni fa, è ora di prenderne serenamente coscienza e conoscenza!) la millenaria credenza secondo cui il determinismo coincidesse con il previsionismo, o – per dirla più esplicitamente – che conoscere la condizione iniziale di tutti i componenti di un sistema fisico, e le equazioni matematiche che ne regolano le mutue interazioni, equivalesse automaticamente a poterne prevedere l’evoluzione futura, non importa quanto lontana, con la stessa precisione  con cui fossero noti gli elementi iniziali di cui sopra (il cosiddetto “sogno di Laplace” di inizio ottocento, che andò quindi definitivamente in frantumi nella storia del pensiero umano). Detta in parole più povere, questo si pensava: se sono capace di misurare con sufficiente accuratezza il presente, e di scrivere con altrettanta precisione le equazioni della dinamica del sistema che mi interessa, posso conoscere con la stessa accuratezza il futuro, non importa quanto lontano, e se riesco a commettere solo piccoli errori (per esempio di misura) sulla condizione iniziale, avrò piccoli errori anche sulla previsione del futuro. Bene, raramente nella storia della conoscenza umana una convinzione si è rivelata più ingannevole.

La realtà, infatti (ma è ormai roba nota da prima che l’uomo andasse sulla Luna!), è che esistono sistemi fisici che, pur essendo assolutamente deterministici (cioè possiamo misurarne lo stato iniziale e sappiamo scrivere le equazioni che ne regolano il comportamento) sono in grado di generare andamenti estremamente complessi e profondamente irregolari, tanto da risultare apparentemente generati da processi aleatori, in quanto presentano il fenomeno per cui è sufficiente uno spostamento anche infinitesimale (quindi non controllabile ed al limite neanche identificabile, il famoso battito d’ali del lepidottero) nelle condizioni di partenza, o nei parametri/variabili/coefficienti che compaiono nelle equazioni, per cambiare drasticamente l’evoluzione successiva, anche dopo pochi passi a partire da quello iniziale.

L’indeterminazione su quel che accadrà, quindi, anche a partire da una conoscenza estremamente accurata di ciò che possiamo osservare come stato iniziale, esplode esponenzialmente (secondo coefficienti chiamati “esponenti di Lyapunov”, i cui valori sono peculiari del sistema considerato) a mano a mano che ci si spinge in avanti nel futuro, e sistemi di questo tipo quindi – pur essendo perfettamente deterministici, ed innegabilmente oggetto di una scienza esatta come la Fisica – perdono rapidamente di prevedibilità, visto che è impensabile individuare e tenere sotto controllo i battiti d’ala di tutte le farfalle del globo.

Sapete tutti che mestiere faceva Lorenz, il signore dal volto simpatico che compare in questa fotografia tenendo in mano un testo di modellistica atmosferica, nonché padre della Teoria dei Caos deterministico, vero? Bravissimi, anche se l’indizio del libro era generoso: Edward Lorenz era un meteorologo, e proprio studiando un problemino di Fisica dell’atmosfera, nello specifico un semplice sistema di tre equazioni alle derivate parziali in altrettante incognite che schematizzava gli scambi di calore in un fluido fra due pareti a temperature diverse, scoprì la Teoria che l’ha reso celebre. Bastava cambiare la condizione iniziale da 10,00000 a 9,99999 per ottenere evoluzioni che da un certo tempo in poi divergevano drasticamente l’una dall’altra, dando luogo ad un comportamento apparentemente aleatorio (due stati iniziali talmente simili da apparirci identici, se danno luogo a comportamenti completamente diversi, sono ciò che istintivamente attribuiamo al caso) e invece dovuto a processi strettamente deterministici (anzi, è proprio la forma delle equazioni, e quindi il rigoroso determinismo del sistema, che ne provoca il comportamento caotico!)

Insomma, lo avete capito, proprio l’atmosfera è il sommo prototipo di tutto ciò che in Fisica (cioè in una scienza cosiddetta esatta) è regolato da leggi deterministiche che però presentano un comportamento caotico.

Quindi, per quanto si possa cercare di misurare con accuratezza che tempo fa in questo momento, l’indeterminazione su che tempo farà fra dieci minuti è già significativamente ampia, quella su che tempo farà domani è estremamente più grande, quella su dopodomani ancora maggiore, quella sullo stato dell’atmosfera fra 5 o 8 o 10 giorni diventa talmente ampia da far perdere di senso alla previsione (a meno di non accettare un pronostico secondo cui può succedere tutto o il contrario di tutto, la classica tripla in schedina, peccato che una previsione così, giustamente, non interessa a nessuno).

Ecco perché non possiamo dire granchè (anzi, sostanzialmente non possiamo dire nulla) su che tempo farà fra una o due settimane, non per colpa della poca competenza dei meteorologi, o della potenza inadeguata dei nostri computer, o della conoscenza imperfetta delle dinamiche atmosferiche (fermo restando che migliorare ulteriormente questi aspetti, in futuro, ci farà guadagnare qualche altro piccolo-grande passo in avanti nelle predicibilità meteorologica, come del resto già accaduto negli ultimi decenni) bensì a causa della forma matematica altamente non lineare delle equazioni della Fisica dell’atmosfera, a differenza di quelle che regolano i sistemi oggetto di altre branche della stessa Fisica: questo è il motivo per cui una eclissi di luna o di sole si può prevedere con esattezza quasi paurosa anche da qui ai prossimi decenni (apprendo ad esempio che il 12 agosto 2026 ce ne sarà una totale di sole con copertura del 93% del disco solare se vista dall’Italia settentrionale, ma se volete godervi il 100% di oscuramento vi conviene prenotare fin d’ora un volo per Reykjavik, prima che alzino i prezzi dei biglietti aerei, o magari accontentarvi del 97.3% visibile da Bordeaux… oppure aspettate il 2 agosto 2027 quando l’eclissi sarà totale anche in territorio italiano, ma solo a sud-ovest di Lampedusa… se quest’ultima vi resta fuori mano, c’è sempre l’appuntamento dell’8 novembre 2189, con fenomeno della totalità visibile anche dalla nostra penisola, anche se con il sole che sorgerà già eclissato)… mentre come evolverà esattamente la forma di una nuvola, o dove e quando precisamente comparirà un arcobaleno o cadrà un fulmine… spiacente, non ve lo può dire nessuno neanche cinque minuti prima! Esattamente come nessuno vi può dire a che ora e dove esattamente inizierà a piovere domani – ipotesi – sulla Calabria tirrenica o sulla Puglia garganica, ma ci si deve limitare ad individuare queste ultime fra le zone molto probabilmente teatro di tempo instabile, eventualmente (quando possibile) circoscrivendo la fascia della giornata in cui i fenomeni saranno più probabili, il carattere temporalesco o meno di questi ultimi, il rischio di rovesci particolarmente violenti, eccetera, ma senza mai perdere di vista la consapevolezza che ogni dettaglio che si va ad aggiungere rende la previsione suscettibile di smentite via via più clamorose, per non dire talvolta grottesche, proprio come un conto è provare a pronosticare il segno 1X2 su una partita di calcio, un conto è pretendere di indovinare risultato esatto, sequenza e minutaggio delle reti, nomi dei marcatori, numero dei calci d’angolo e tutti i dettagli su infortuni, sostituzioni, ammonizioni, espulsioni… e continuate voi la lista, magari andando avanti anche con le caratteristiche salienti degli spettatori sugli spalti (compresi i non abbonati, sennò con quelli che ci vanno sempre tipo il sottoscritto è troppo facile).

E questo non perché l’astrofisica sia una scienza esatta e la meteorologia no (che colossale fesseria!), ma semplicemente perché i moti degli astri sono regolati da certe equazioni, e le dinamiche atmosferiche da altre equazioni!

E di questo limite nella predicibilità della fisica dell’atmosfera bisognerà pur farsene una ragione, perbacco, senza per questo cadere nel triviale e colossale errore di definire la meteorologia una scienza non esatta, ma piuttosto ricordando che tale disciplina – per quanto nel contesto rigoroso di una scienza esatta – tratta un sistema fisico la cui dinamica è altamente soggetta al Caos deterministico (o, se preferite, un sistema il cui massimo esponente di Lyapunov è di segno positivo), che è cosa ben differente dalla diffusa baggianata sulla “scienza non esatta” di cui sopra.

Nel novero delle “scienze esatte” (qualcuno le chiama anche “scienze dure”), in definitiva, rientra la meteorologia insieme a tutte le altre branche della Fisica, al pari della Chimica e della Biologia, ovvero quell’insieme di conoscenze che si basano su dati sperimentali nel senso rigoroso del termine, quantificabili cioè tramite procedimenti di misurazione oggettivi e ripetibili, e che applicano altrettanto rigorosamente il metodo scientifico di galileiana memoria, nella continua dialettica – induttiva e deduttiva – fra verifica sperimentale e formulazione dell’impianto teorico che conduce all’elaborazione di teorie sempre più complete, ed alla continua scoperta di fenomeni precedentemente ignoti o noti solo parzialmente.

Si contrappongono alle cosiddette “scienze non esatte” (altrimenti dette “scienze molli”), cioè quelle in cui la ricerca – per forza di cose – procede sulla base di una analisi più qualitativa (o solo in parte quantitativa), per formulazione di ipotesi e congetture, sottoposte a verifica tramite risultati sperimentali non rigorosamente riconducibili a procedimenti di misurazione oggettivi ed identicamente ripetibili, e pertanto soggettivi ed incerti, quali le scienze sociali, la psicologia e simili.

Far rientrare la meteorologia fra queste ultime (senza nulla togliere a sociologi e psicologi, sia chiaro, sono semplicemente branche diverse del sapere umano) è una cosa che non si può proprio sentire.

Filippo Thiery

Filippo Thiery
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Filippo Thiery meteorologo, laureato in fisica, lavora presso la Protezione Civile ed è il volto della rubrica meteo di Geo & Geo; svolge docenze universitarie. Collabora con l’Associazione Bernacca.

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