Lewis Fry Richardson , FRS [1] (11 de octubre de 1881 - 30 de septiembre de 1953) fue un matemático , físico , meteorólogo , psicólogo y pacifista inglés que fue pionero en las técnicas matemáticas modernas de predicción del tiempo y en la aplicación de técnicas similares para estudiar las causas de Guerras y cómo prevenirlas. También se destaca por su trabajo pionero sobre fractales y un método para resolver un sistema de ecuaciones lineales conocido como iteración de Richardson modificada . [2]
Lewis Fry Richardson era el menor de siete hijos de Catherine Fry (1838-1919) y David Richardson (1835-1913). Eran una próspera familia cuáquera y David Richardson dirigía un exitoso negocio de curtido y fabricación de cuero. [3]
A los 12 años fue enviado a un internado cuáquero , la Bootham School [4] [5] en York , donde recibió una educación en ciencias, lo que estimuló un interés activo en la historia natural . En 1898 pasó al Durham College of Science (una facultad de la Universidad de Durham ) donde tomó cursos de física matemática , química , botánica y zoología . En 1900 se trasladó al King's College de Cambridge , donde (entre otros) JJ Thomson le enseñó física en las ciencias naturales y se graduó con un título de primera clase en 1903. [6] A los 47 años recibió un doctorado en matemáticas. Psicología de la Universidad de Londres . [7]
La vida laboral de Richardson representó sus intereses eclécticos: [8]
En 1926, fue elegido miembro de la beca de la Royal Society . [1] [9]
Las creencias cuáqueras de Richardson conllevaban un pacifismo ardiente que lo eximió del servicio militar durante la Primera Guerra Mundial como objetor de conciencia , aunque esto posteriormente lo descalificó para ocupar cualquier puesto académico. Richardson trabajó de 1916 a 1919 para la Unidad de Ambulancia de los Amigos adscrita a la 16.ª División de Infantería francesa. Después de la guerra, se reincorporó a la Oficina Meteorológica, pero se vio obligado a dimitir por motivos de conciencia cuando ésta se fusionó con el Ministerio del Aire en 1920. Posteriormente siguió una carrera al margen del mundo académico antes de retirarse en 1940 para investigar sus propias ideas. . Su pacifismo tuvo consecuencias directas en sus intereses de investigación. Según Thomas Körner , [10] el descubrimiento de que su trabajo meteorológico era valioso para los diseñadores de armas químicas le hizo abandonar todos sus esfuerzos en este campo y destruir hallazgos que aún no había publicado.
El interés de Richardson por la meteorología lo llevó a proponer un esquema para el pronóstico del tiempo mediante la solución de ecuaciones diferenciales , el método utilizado hoy en día, aunque cuando publicó Predicción del tiempo mediante proceso numérico en 1922, no se disponía de una computación rápida adecuada. Describió sus ideas así:
"Después de tanto razonamiento, ¿puede uno jugar con una fantasía? Imagine una gran sala como un teatro, excepto que los círculos y galerías rodean el espacio que normalmente ocupa el escenario. Las paredes de esta cámara están pintadas para formar un Mapa del globo terráqueo El techo representa las regiones del polo norte, Inglaterra está en la galería, los trópicos en el círculo superior, Australia en el círculo de vestir y la Antártida en el foso.
Una miríada de computadoras [personas que calculan] están trabajando sobre el clima de la parte del mapa donde se encuentra cada una, pero cada computadora atiende sólo a una ecuación o parte de una ecuación. El trabajo de cada región es coordinado por un funcionario de rango superior. Numerosos pequeños "letreros nocturnos" muestran los valores instantáneos para que los ordenadores vecinos puedan leerlos. Cada número se muestra así en tres zonas adyacentes para mantener la comunicación con el Norte y el Sur en el mapa.
Desde el suelo del foso se eleva un pilar alto hasta la mitad de la altura de la sala. Lleva en su cima un gran púlpito. En este se sienta el hombre a cargo de todo el teatro; está rodeado de varios asistentes y mensajeros. Uno de sus deberes es mantener una velocidad uniforme de progreso en todas partes del mundo. En este sentido es como el director de una orquesta cuyos instrumentos son reglas de cálculo y máquinas de calcular. Pero en lugar de agitar un bastón, dirige un rayo de luz rosada hacia cualquier región que vaya por delante del resto, y un rayo de luz azul hacia las que van detrás.
Cuatro empleados de alto nivel en el púlpito central están recopilando el tiempo futuro tan rápido como se calcula y enviándolo por medio de un transportador neumático a una habitación tranquila. Allí será codificado y telefoneado a la estación transmisora de radio. Los mensajeros llevan montones de formularios informáticos usados hasta un almacén en el sótano.
En un edificio vecino hay un departamento de investigación donde se inventan mejoras. Pero hay mucho que experimentar a pequeña escala antes de realizar cualquier cambio en la compleja rutina del teatro de la computación. En un sótano, un entusiasta observa los remolinos en el revestimiento líquido de un enorme cuenco giratorio, pero hasta ahora la aritmética demuestra ser mejor. En otro edificio se encuentran todas las oficinas financieras, de correspondencia y administrativas habituales. Afuera hay campos de juego, casas, montañas y lagos, porque se pensaba que quienes calculaban el clima debían respirarlo libremente." (Richardson 1922)
Cuando Richardson recibió la noticia del primer pronóstico meteorológico realizado por la primera computadora moderna, ENIAC , en 1950, respondió que los resultados constituían un "enorme avance científico". Los primeros cálculos para un pronóstico de 24 horas tardaron casi 24 horas en producirse. [11]
También estaba interesado en las turbulencias atmosféricas y realizó numerosos experimentos terrestres. El número de Richardson , un parámetro adimensional de la teoría de la turbulencia, lleva su nombre. Es famoso por resumir la turbulencia en versos que riman en Weather Prediction by Numerical Process (p. 66): [12]
Los grandes remolinos tienen pequeños remolinos que se alimentan de su velocidad,
- y los pequeños remolinos tienen remolinos menores y así sucesivamente hasta la viscosidad.
[Una obra de teatro sobre dos líneas del poema Siphonaptera de Augustus De Morgan , "Las pulgas grandes tienen pulgas pequeñas en la espalda para morderlas, / Y las pulgas pequeñas tienen pulgas menores, y así ad infinitum ". ( Un presupuesto de paradojas , 1915). Las propias líneas de De Morgan reformulan dos líneas del poema satírico de Jonathan Swift "On Poetry: A Rapsody" de 1733.]
Uno de los logros más célebres de Richardson es su intento retroactivo de pronosticar el tiempo durante un solo día (el 20 de mayo de 1910) mediante cálculo directo. En ese momento, los meteorólogos realizaban pronósticos principalmente buscando patrones climáticos similares en los registros y luego extrapolando hacia adelante. Richardson intentó utilizar un modelo matemático de las características principales de la atmósfera y utilizar datos tomados en un momento específico (7 a.m.) para calcular el clima seis horas después ab initio . Como deja claro el meteorólogo Peter Lynch , [13] el pronóstico de Richardson falló dramáticamente, prediciendo un enorme aumento de presión de 145 hectopascales (4,3 inHg) en seis horas cuando la presión en realidad era más o menos estática. Sin embargo, un análisis detallado realizado por Lynch ha demostrado que la causa fue no aplicar técnicas de suavizado a los datos, que descartan aumentos repentinos de presión no físicos. Cuando se aplican, se revela que el pronóstico de Richardson es esencialmente exacto, un logro notable teniendo en cuenta que los cálculos se hicieron a mano y mientras Richardson prestaba servicio en la unidad de ambulancia cuáquera en el norte de Francia.
Richardson también aplicó sus habilidades matemáticas al servicio de sus principios pacifistas, en particular para comprender las bases de los conflictos internacionales. Por esta razón, ahora se le considera el iniciador, o co-iniciador (con Quincy Wright y Pitirim Sorokin , así como otros como Kenneth Boulding , Anatol Rapaport y Adam Curle ), del análisis científico del conflicto, un tema interdisciplinario de análisis cuantitativo. y ciencia social matemática dedicada a la investigación sistemática de las causas de la guerra y las condiciones de la paz. Como había hecho con el tiempo, analizó la guerra utilizando principalmente ecuaciones diferenciales y teoría de la probabilidad. Considerando el armamento de dos naciones, Richardson postuló un sistema idealizado de ecuaciones según el cual el ritmo de acumulación de armamento de una nación es directamente proporcional a la cantidad de armas que tiene su rival y también a los agravios que siente hacia el rival, y negativamente proporcional a la cantidad de armas que tiene su rival. cantidad de armas que ya tiene. La solución de este sistema de ecuaciones permite sacar conclusiones esclarecedoras sobre la naturaleza y la estabilidad o inestabilidad de diversas condiciones hipotéticas que podrían darse entre naciones.
También originó la teoría de que la propensión a la guerra entre dos naciones era función de la longitud de su frontera común. Y en Arms and Insecurity (1949) y Statistics of Deadly Quarrels (1960), buscó analizar estadísticamente las causas de la guerra. Los factores que evaluó incluyeron la economía, el idioma y la religión. En el prefacio de este último, escribió: "Hay en el mundo una gran cantidad de discusiones políticas brillantes e ingeniosas que no conducen a convicciones firmes. Mi objetivo ha sido diferente: examinar algunas nociones mediante técnicas cuantitativas con la esperanza de de llegar a una respuesta fiable".
En Statistics of Deadly Quarrels, Richardson presentó datos sobre prácticamente todas las guerras entre 1815 y 1945. Como resultado, planteó la hipótesis de una escala logarítmica de base 10 para los conflictos. En otras palabras, hay muchas más peleas pequeñas, en las que mueren sólo unas pocas personas, que peleas grandes en las que mueren muchas. Si bien no se puede predecir de antemano el tamaño de ningún conflicto (de hecho, es imposible dar un límite superior a la serie), en general forman una distribución de Poisson . [14] En menor escala, mostró el mismo patrón para los asesinatos de pandillas en Chicago y Shanghai. Otros han observado que patrones estadísticos similares ocurren con frecuencia, ya sea planificados (loterías, con muchos más premios pequeños que grandes), o por organización natural (hay más pueblos pequeños con tiendas de comestibles que ciudades grandes con hipermercados).
Richardson decidió buscar una relación entre la probabilidad de que dos países entren en guerra y la longitud de su frontera común. Sin embargo, mientras recopilaba datos, descubrió que había una variación considerable en las distintas longitudes de las fronteras internacionales publicadas. Por ejemplo, el trayecto entre España y Portugal se citó como 987 o 1214 km, y el entre Países Bajos y Bélgica como 380 o 449 km. [15]
La razón de estas inconsistencias es la " paradoja de la costa ". Supongamos que la costa de Gran Bretaña se mide usando una regla de 200 km, especificando que ambos extremos de la regla deben tocar la costa. Ahora corta la regla por la mitad y repite la medida, luego repite:
Cuanto más pequeña sea la regla, más larga será la costa resultante. Se podría suponer que estos valores convergerían a un número finito que representa la longitud real de la costa. Sin embargo, Richardson demostró que este no es el caso: la longitud medida de las costas y otras características naturales aumenta sin límite a medida que la unidad de medida se hace más pequeña. [16] Esto se conoce hoy en día como efecto Richardson . [17]
En ese momento, la comunidad científica ignoró la investigación de Richardson. Hoy en día, se considera un elemento del inicio del estudio moderno de los fractales . La investigación de Richardson fue citada por el matemático Benoît Mandelbrot en su artículo de 1967 ¿Cuánto mide la costa de Gran Bretaña? Richardson identificó un valor (entre 1 y 2) que describiría los cambios (con creciente detalle de medición) en la complejidad observada para una línea costera en particular; este valor sirvió de modelo para el concepto de dimensión fractal . [18]
En abril de 1912, poco después de la pérdida del barco Titanic , Richardson registró una patente para la detección de icebergs mediante ecolocalización acústica en el aire. Un mes después registró una patente similar para la ecolocalización acústica en el agua, anticipándose a la invención del sonar por Paul Langevin y Robert Boyle seis años después. [19]
Una versión ficticia de Richardson, llamada Wallace Ryman, juega un papel fundamental en la novela Turbulence de Giles Foden . [20]
Richardson se menciona en el trabajo de John Brunner , Stand on Zanzibar, donde se utiliza Statistics of Deadly Quarrels como argumento de que las guerras son inevitables.
El trabajo de Richardson también se menciona en la novela de ficción especulativa de Poul Anderson , Kings Who Die .
Richardson se menciona en la novela Antkind de Charlie Kaufman de 2020 .
La famosa cita de Richardson, "Los grandes remolinos tienen pequeños remolinos que se alimentan de su velocidad; los pequeños remolinos tienen giros menores, etc. hasta la viscosidad" se menciona en la canción "Dots & Lines" escrita e interpretada por la letrista y rapera Lupe Fiasco .
En 1909 se casó con Dorothy Garnett (1885-1956), hija del matemático y físico William Garnett . [21] No pudieron tener hijos debido a una incompatibilidad de tipos sanguíneos [ se necesita aclaración ] , pero adoptaron dos hijos y una hija entre 1920 y 1927. [22]
El sobrino de Richardson, Ralph Richardson, se convirtió en un actor destacado. Su sobrino nieto (a través del hermano mayor de su esposa Dorothy, (James Clerk) Maxwell Garnett , CBE), Julian Hunt , se convirtió en meteorólogo y director general y director ejecutivo de la Oficina Meteorológica Británica de 1992 a 1997. [23] Una sobrina nieta, de la misma línea de ascendencia, es la ex política Virginia Bottomley , ahora baronesa Bottomley. [24] [25]
Desde 1997, la Medalla Lewis Fry Richardson ha sido otorgada por la Unión Europea de Geociencias por "contribuciones excepcionales a la geofísica no lineal en general" (por EGS hasta 2003 [26] y por EGU desde 2004). [27]
Los ganadores han sido:
Desde 1959, existe un centro de Estudios sobre la Paz en la Universidad de Lancaster llamado Instituto Richardson, que lleva a cabo investigaciones interdisciplinarias sobre la paz y los conflictos en el espíritu de Lewis Fry Richardson. [29]
En la sección anterior se tomaron integrales alrededor de figuras geométricas simples, como paso preliminar para tomarlas alrededor de las fronteras que se muestran en los mapas políticos. Surgió una duda embarazosa sobre si las fronteras reales eran tan intrincadas como para invalidar esa teoría, por lo demás prometedora. Se realizó una investigación especial para resolver esta cuestión. Se notaron algunas características extrañas; sin embargo, se consideró posible una corrección general. Ahora se informarán los resultados. ... Para explicar cómo puede surgir el azar en un mundo que consideraba estrictamente determinista, Heri Poincaré* (sin fecha) llamó la atención sobre causas insignificantes que producían efectos muy notables. Las costas marinas son un buen ejemplo.
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