Al labrar la tierra, la hoja de la herramienta de labranza corta la tierra, aflojándolo en preparación para la siembra. Los gránulos de suciedad se apartan de una manera que ciertamente parece aleatoria, pero puede que no lo sea.
Ahora, de estudiar la labranza del suelo, Los investigadores han encontrado una manera de distinguir si tal proceso es verdaderamente aleatorio, o sólo lo parece y es realmente predecible y determinista, lo que puede conducir a una comprensión más profunda y la capacidad de controlar con precisión el proceso.
Este método matemático, los investigadores dicen, podría ser útil en una variedad de aplicaciones más allá del suelo, desde el secado y clasificación de granos hasta la sismología. Describen el análisis de esta semana en la revista Caos .
Durante la labranza, las partículas del suelo se adhieren y se frotan entre sí. Estas interacciones someten a los gránulos a fuerzas que oscilan en fuerza. Bajo algunas condiciones, estas fluctuaciones pueden ser deterministas, lo que significa que los cálculos pueden predecir cómo se comportarán las fuerzas resultantes en un momento posterior.
Por ejemplo, estas fluctuaciones pueden ser similares al comportamiento oscilatorio de una caja colocada sobre una cinta transportadora mientras está atada a un resorte. A medida que la cinta transportadora se mueve, la caja se aleja, estirando el resorte. Cuando la fuerza del resorte es mayor que la fuerza de fricción que mantiene la caja en su lugar, la caja se desliza hacia atrás, solo para ser jalado nuevamente por la cinta transportadora. Este movimiento de ida y vuelta, llamado dinámica de pegado-deslizamiento, también aparece en las interacciones entre los granos y otras partículas. las fallas de deslizamiento que desencadenan terremotos, e incluso en la fricción de los pies de un gecko.
El comportamiento stick-slip es determinista, pero también puede ser caótico en ciertos casos. Un ligero cambio en las condiciones iniciales del sistema puede conducir a resultados tremendamente diferentes.
Pero tal comportamiento caótico a menudo parece aleatorio, y saber si es verdaderamente aleatorio es fundamental para comprender el sistema.
"Si el sistema fuera un caos determinista, podemos esperar comenzar a desarrollar un método para predecir y controlar el comportamiento del sistema con mayor precisión, ", dijo Kenshi Sakai de la Universidad de Agricultura y Tecnología de Tokio en Japón." Sin embargo, si el sistema fuera estocástico, lo único que podemos hacer es estimar la probabilidad de que ocurra el comportamiento ".
Hay herramientas matemáticas que distinguen el caos determinista, como en el modelo stick-slip, de pura aleatoriedad. Pero, Sakai dijo:esas herramientas no funcionan tan bien cuando el ruido estadístico contamina los datos, como el ruido inherente a la complicada realidad de la labranza del suelo.
Entonces los investigadores buscaron una nueva técnica, que probaron en una serie de experimentos de labranza del suelo. En el experimento, utilizaron un dispositivo desarrollado en la Universidad de California, Davis que mide las fuerzas a medida que atraviesa el suelo. Hicieron estas mediciones en suelo franco Yolo bajo cuatro condiciones:labrado y seco, labrado y mojado, sin labrar y seco, y sin labrar y mojado.
Al analizar los datos, los investigadores calcularon un parámetro llamado predicción no lineal determinista normalizada (NDNP). Resulta que cuando este número es menor que uno, el sistema es aleatorio. Pero si es mayor que uno, es determinista. Sólo el caso en el que el suelo fue labrado y seco fue determinista. La caja labrada y húmeda era incierta, con un valor NDNP de uno.
Estos resultados muestran que NDNP es una forma relativamente simple de determinar si un sistema es determinista, Dijo Sakai. Un uso importante sería para analizar datos sísmicos y, quizás, para anticipar mejor los futuros terremotos.
