Edward Norton Lorenz

Edward Norton Lorenz (23 de mayo de 1917 - 16 de abril de 2008) fue un matemático y meteorólogo estadounidense que estableció las bases teóricas de la previsibilidad del tiempo y el clima, así como las bases de la predicción asistida por computadora. física atmosférica y meteorología. Es mejor conocido como el fundador de la teoría del caos moderna, una rama de las matemáticas que se centra en el comportamiento de sistemas dinámicos que son muy sensibles a las condiciones iniciales.

Su descubrimiento del caos determinista "influyó profundamente en una amplia gama de ciencias básicas y provocó uno de los cambios más dramáticos en la visión de la naturaleza de la humanidad desde Sir Isaac Newton", afirmó. según el comité que le otorgó el Premio Kyoto de ciencias básicas en el campo de las ciencias terrestres y planetarias en 1991.

Información biográfica

Lorenz nació en 1917 en West Hartford, Connecticut. Adquirió un temprano amor por la ciencia de ambos lados de su familia. Su padre, Edward Henry Lorenz (1882-1956), se especializó en ingeniería mecánica en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, y su abuelo materno, Lewis M. Norton, desarrolló el primer curso de ingeniería química en el MIT en 1888. Mientras tanto, su madre, Grace Peloubet Norton (1887-1943), inculcó en Lorenz un profundo interés por los juegos, en particular el ajedrez.

Más adelante, Lorenz vivió en Cambridge, Massachusetts con su esposa, Jane Loban, y sus tres hijos, Nancy, Cheryl y Edward. Era un ávido amante de la naturaleza y disfrutaba del senderismo, la escalada y el esquí de fondo. Continuó con estas actividades hasta muy tarde en su vida. El 16 de abril de 2008, Lorenz murió en su casa de Cambridge a causa de un cáncer a la edad de 90 años.

Educación

Lorenz recibió una licenciatura en matemáticas de Dartmouth College en 1938 y una maestría en matemáticas de Harvard en 1940. Trabajó como pronosticador meteorológico para las Fuerzas Aéreas del Ejército de los Estados Unidos durante la Guerra Mundial. II, lo que lo llevó a realizar estudios de posgrado en meteorología en el Instituto Tecnológico de Massachusetts. Obtuvo una maestría y un doctorado en meteorología del MIT en 1943 y 1948.

Su tesis doctoral, titulada "Un método para aplicar las ecuaciones hidrodinámicas y termodinámicas a modelos atmosféricos" y realizado bajo la dirección del asesor James Murdoch Austin, describió una aplicación de ecuaciones de dinámica de fluidos al problema práctico de predecir el movimiento de las tormentas.

Carrera científica

Lorenz pasó toda su carrera científica en el Instituto Tecnológico de Massachusetts. En 1948, se incorporó al Departamento de Meteorología del MIT como científico investigador. En 1955, se convirtió en profesor asistente en el departamento y fue ascendido a profesor en 1962. De 1977 a 1981, Lorenz se desempeñó como jefe del Departamento de Meteorología del MIT. En 1983, el Departamento de Meteorología y Oceanografía Física del MIT se fusionó con el Departamento de Geología para convertirse en el actual Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT, donde Lorenz siguió siendo profesor antes de convertirse en profesor emérito en 1987.

Circulación atmosférica

A finales de los años 1940 y principios de los 1950, Lorenz trabajó con Victor Starr en el Proyecto de Circulación General del MIT para comprender el papel que desempeñaba el sistema meteorológico en la determinación de la energía de la circulación general de la atmósfera. A partir de este trabajo, en 1967, Lorenz publicó un artículo histórico, titulado "La naturaleza y teoría de la circulación general de la atmósfera", en inglés. sobre la circulación atmosférica desde una perspectiva energética, que avanzó en el concepto de energía potencial disponible.

Predicción meteorológica numérica

En la década de 1950, Lorenz se interesó y comenzó a trabajar en la predicción numérica del tiempo, que dependía de computadoras para pronosticar el tiempo procesando datos de observación sobre aspectos como la temperatura, la presión y el viento. Este interés surgió, en parte, después de una visita al Instituto de Estudios Avanzados en Princeton, Nueva Jersey, donde conoció a Jule Charney, entonces jefe del Grupo de Investigación Meteorológica de la IAS y un destacado meteorólogo dinámico en ese momento. (Charney se uniría más tarde a Lorenz en el MIT en 1957 como profesor de meteorología). En 1953, Lorenz asumió el liderazgo de un proyecto en el MIT que ejecutaba simulaciones complejas de modelos meteorológicos que utilizaba para evaluar técnicas de pronóstico estadístico. A finales de la década de 1950, Lorenz se mostró escéptico sobre la idoneidad de los modelos estadísticos lineales en meteorología, ya que la mayoría de los fenómenos atmosféricos involucrados en el pronóstico del tiempo no son lineales. Fue durante esta época cuando se produjo su descubrimiento del caos determinista.

Teoría del caos

En 1961, Lorenz estaba usando una computadora digital simple, una Royal McBee LGP-30, para simular patrones climáticos modelando 12 variables, que representaban cosas como la temperatura y la velocidad del viento. Quería volver a ver una secuencia de datos y, para ahorrar tiempo, inició la simulación a mitad de su curso. Lo hizo ingresando una copia impresa de los datos que correspondían a las condiciones en medio de la simulación original. Para su sorpresa, el tiempo que la máquina empezó a predecir era completamente diferente al cálculo anterior. El culpable: un número decimal redondeado en la copia impresa de la computadora. La computadora funcionó con una precisión de 6 dígitos, pero la impresión redondeó las variables a un número de 3 dígitos, por lo que un valor como 0,506127 se imprimió como 0,506. Esta diferencia es pequeña y el consenso en ese momento habría sido que no debería tener ningún efecto práctico. Sin embargo, Lorenz descubrió que pequeños cambios en las condiciones iniciales producían grandes cambios en los resultados a largo plazo.

El descubrimiento de Lorenz, que dio nombre a los atractores de Lorenz, demostró que ni siquiera los modelos atmosféricos detallados pueden, en general, hacer predicciones meteorológicas precisas a largo plazo. Su trabajo sobre el tema, con la ayuda de Ellen Fetter, culminó con la publicación de su artículo de 1963 "Deterministic Nonperiodic Flow" en Journal of the Atmospheric Sciences, y con él, los fundamentos de la teoría del caos. Él afirma en ese documento:

"Dos estados diferentes por cantidades imperceptibles pueden eventualmente evolucionar en dos estados considerablemente diferentes... Si, entonces, hay cualquier error en observar el estado actual —y en cualquier sistema real estos errores parecen inevitables— una predicción aceptable de un estado instantáneo en el futuro distante puede ser imposible.... Habida cuenta de la inexactitud e incomplejidad inevitables de las observaciones del tiempo, la previsión precisa de muy largo plazo parecería inexistente".

Su descripción del efecto mariposa, la idea de que pequeños cambios pueden tener grandes consecuencias, siguió en 1969.

En el libro "La Esencia de los Caos", en el capítulo "Nuestro Tiempo Caótico" de 1993, autorizado por Edward Lorenz y Krzysztof Haman, los autores se introdujeron en los desafíos de la previsión meteorológica. El trabajo analiza las consecuencias del caos en la atmósfera y su impacto en la predicción meteorológica. Describen un escenario en el que los meteorólogos, en la era de la computadora, generan múltiples pronósticos meteorológicos a largo plazo basados en diferentes condiciones atmosféricas iniciales pero similares. Las diferencias en los resultados previstos surgen debido a la sensibilidad del sistema a las condiciones iniciales.

Las ideas de Lorenz sobre el caos determinista resonaron ampliamente a partir de las décadas de 1970 y 1980, cuando estimularon nuevos campos de estudio en prácticamente todas las ramas de la ciencia, desde la biología hasta la geología y la física. En meteorología, se llegó a la conclusión de que puede ser fundamentalmente imposible predecir el tiempo más allá de dos o tres semanas con un grado razonable de precisión. Sin embargo, el reconocimiento del caos ha llevado a mejoras en el pronóstico del tiempo, ya que ahora los pronosticadores reconocen que las mediciones son imperfectas y, por lo tanto, ejecutan muchas simulaciones a partir de condiciones ligeramente diferentes, lo que se denomina pronóstico por conjuntos.

Sobre la importancia fundamental del trabajo de Lorenz, Kerry Emanuel, un destacado meteorólogo y científico climático del MIT, ha declarado:

"Al demostrar que ciertos sistemas deterministas tienen límites formales de previsibilidad, Ed puso el último clavo en el ataúd del universo cartesiano y fomentó lo que algunos han llamado la tercera revolución científica del siglo XX, siguiendo los talones de relatividad y física cuántica".

Al final de su carrera, Lorenz comenzó a ser reconocido con elogios internacionales por la importancia de su trabajo sobre el caos determinista. En 1983, junto con su colega Henry Stommel, recibió el Premio Crafoord de la Academia Sueca de Ciencias, considerado casi equivalente a un Premio Nobel. También recibió el Premio Kioto de ciencias básicas en el campo de las ciencias terrestres y planetarias en 1991, el Premio Buys Ballot en 2004 y el Premio Tomassoni en 2008. En 2018 se realizó un breve documental sobre la inmensa obra de Lorenz. legado científico en todo, desde cómo predecimos el clima hasta nuestra comprensión del universo.

Legado

Lorenz es recordado por colegas y amigos por su comportamiento tranquilo, su gentil humildad y su amor por la naturaleza. Fue descrito como "un genio con alma de artista" por su amigo cercano y colaborador Jule Charney.

El Centro Lorenz

En 2011, se fundó en el MIT el Centro Lorenz, un grupo de expertos sobre el clima dedicado a la investigación científica fundamental, en honor a Lorenz y su trabajo pionero sobre la teoría del caos y la ciencia climática.

Celebración del centenario

En febrero de 2018, el Centro Edward Lorenz y el Fondo Henry Houghton organizaron un simposio, llamado MIT sobre Caos y Clima, en honor al centenario del nacimiento de Lorenz y Charney. El evento de dos días contó con presentaciones de expertos de renombre mundial sobre las numerosas contribuciones científicas que los dos pioneros hicieron en los campos de la predicción numérica del tiempo, la oceanografía física, la dinámica atmosférica y la dinámica de fluidos experimental, así como el legado personal que dejaron. de integridad, optimismo y colaboración. Un vídeo producido para el evento destaca la huella indeleble que Charney y Lorenz dejaron en el MIT y en el campo de la meteorología en su conjunto.

Publicaciones

Lorenz publicó muchos libros y artículos, una selección de los cuales se puede encontrar a continuación. Se puede encontrar una lista más completa en el sitio web del Centro Lorenz: enlace Archivado el 5 de abril de 2019 en Wayback Machine.

• 1955 Energía potencial disponible y mantenimiento de la circulación general. Tellus. Vol. 7; 2. Link
• 1963 Flujo no experimental definitorio. Journal of the Atmospheric Sciences. Vol. 20: 130–141. Enlace.
• 1967 La naturaleza y teoría de la circulación general de la atmósfera. World Meteorological Organización. Vol. 218. Enlace
• 1969 Tres enfoques de previsibilidad atmosférica. Boletín de la Sociedad Meteorológica AmericanaVol. 50; 345–349. Enlace
• 1972 Predecibilidad: ¿El Flap de un Anillo de Mariposa en Brasil establece un Tornado en Texas? American Association for the Advancement of Sciences; 139a sesión. Enlace Archivado 2013-06-12 en la máquina Wayback
• 1976 Teorías no determinantes del cambio climático. Quaternary Research. Vol. 6. Enlace
• 1990 ¿Puede el caos y la intransitividad llevar a la variabilidad interanual? Tellus. Vol. 42A. Enlace
• 2005 Diseño de modelos caóticos. Journal of the Atmospheric Sciences. Vol. 62, No. 5: 1574–1587. Enlace

Premios

• 1969 Carl-Gustaf Rossby Research Medal, American Meteorological Society.
• 1973 Medalla de Oro Symons, Royal Meteorological Society.
• 1975 Fellow, National Academy of Sciences (U.S.A.).
• 1981 Member, Norwegian Academy of Science and Letters.
• 1983 Premio Crafoord, Real Academia Sueca de Ciencias.
• 1984 Miembro Honorario de la Royal Meteorological Society.
• 1989 Elliott Cresson Medalla, El Instituto Franklin
• 1991 Premio de Kyoto ... su logro científico más audaz en descubrir el "caodeterminista".
• 1992 Medalla Roger Revelle
• 2000 Premio Internacional de la Organización Meteorológica Mundial
• 2004 Compra Medalla Ballot de la Real Academia de Artes y Ciencias de Holanda.
• 2004 Lomonosov Medalla de Oro de la Academia Rusa de Ciencias
• 2008 Premio Felice Pietro Chisesi e Caterina Tomassoni