Quando si lavora il terreno, la lama dell'attrezzo per la lavorazione del terreno taglia lo sporco, allentandolo in preparazione per la semina. I granuli di sporco vengono spinti da parte in un modo che sembra certamente casuale, ma potrebbe non esserlo.
Ora, dallo studio della lavorazione del suolo, i ricercatori hanno trovato un modo per distinguere se un tale processo è veramente casuale, o solo lo appare ed è effettivamente prevedibile e deterministico, il che può portare a una comprensione più profonda e alla capacità di controllare con precisione il processo.
Questo metodo matematico, dicono i ricercatori, potrebbe essere utile in una gamma di applicazioni oltre il suolo, dall'essiccazione e cernita dei cereali alla sismologia. Descrivono l'analisi di questa settimana sul giornale Caos .
Durante la lavorazione, le particelle di terreno si attaccano e si sfregano l'una contro l'altra. Queste interazioni sottopongono i granuli a forze che oscillano in intensità. In alcune condizioni, queste fluttuazioni possono essere deterministiche, il che significa che i calcoli possono prevedere come si comporteranno le forze risultanti in un secondo momento.
Per esempio, queste fluttuazioni possono essere simili al comportamento oscillatorio di una scatola seduta su un nastro trasportatore mentre è legata a una molla. Mentre il nastro trasportatore si muove, la scatola si allontana, allungando la primavera. Quando la forza della molla diventa maggiore della forza di attrito che tiene in posizione la scatola, la scatola scivola indietro, solo per essere tirato di nuovo dal nastro trasportatore. Questo movimento avanti e indietro, chiamato dinamica stick-slip, appare anche nelle interazioni tra i grani e altre particelle, le faglie strike-slip che innescano i terremoti, e anche nell'attrito dei piedi di un geco.
Il comportamento stick-slip è deterministico, ma può anche essere caotico in alcuni casi. Un leggero cambiamento nelle condizioni iniziali del sistema può portare a risultati molto diversi.
Ma un comportamento così caotico spesso appare casuale, e sapere se è veramente casuale è essenziale per comprendere il sistema.
"Se il sistema fosse un caos deterministico, possiamo aspettarci di iniziare a sviluppare un metodo per prevedere e controllare il comportamento del sistema con maggiore precisione, " ha affermato Kenshi Sakai dell'Università di agricoltura e tecnologia di Tokyo in Giappone. "Tuttavia, se il sistema fosse stocastico, l'unica cosa che possiamo fare è stimare la probabilità del verificarsi del comportamento."
Esistono strumenti matematici che distinguono il caos deterministico, come nel modello stick-slip, dalla pura casualità. Ma, Sakai ha detto, questi strumenti non funzionano altrettanto bene quando il rumore statistico contamina i dati, come il rumore inerente alla realtà disordinata della lavorazione del suolo.
Così i ricercatori hanno cercato una nuova tecnica, che hanno testato su una serie di esperimenti di lavorazione del terreno. Nell'esperimento, hanno usato un dispositivo sviluppato presso l'Università della California, Davis che misura le forze mentre taglia il terreno. Hanno effettuato queste misurazioni sul terreno argilloso di Yolo in quattro condizioni:arato e asciutto, arato e bagnato, incolto e secco, e fino a quando e bagnato.
Analizzando i dati, i ricercatori hanno calcolato un parametro chiamato previsione non lineare deterministica normalizzata (NDNP). Si scopre che quando questo numero è inferiore a uno, il sistema è casuale. Ma se è maggiore di uno, è deterministico. Solo il caso in cui il terreno fosse arato e asciutto era deterministico. Il caso lavorato e bagnato era incerto, con un valore NDNP di uno.
Questi risultati mostrano che NDNP è un modo relativamente semplice per determinare se un sistema è deterministico, ha detto Sakai. Un uso importante sarebbe per l'analisi dei dati sismici e, forse, per anticipare meglio i futuri terremoti.
