2007/06/25

Ilya Prigogine, al orden por el azar

¿Pueden unas cuantas moléculas, anodinas e inertes, autoorganizarse en una estructura compleja como por arte de magia? La ciencia de buena parte del siglo XX , del XIX y épocas anteriores no habría dudado en negarlo, pero Ilya Prigogine, Premio Nobel de Química de 1977, demostró con su teoría sobre las estructuras disipativas que este tipo de autoorganización era posible y, además, no puras casualidades. La cienca había conseguido muchos éxitos a base de desmenuzar los sistemas en sus partes más sencillas, en estudiar la linealidad, los sucesos simplificados y reversibles en el tiempo: trayectorias ideales, sistemas sin rozamientos, pequeñas fluctuaciones cerca del equilibrio, etc. En base a estos logros había universalizado una serie de resultados y principios que parecían inamovibles y lejos de ellos, en una especie de cuarto trastero, había desterrado todo lo que no se amoldaba a esa realidad idealizada. Por desgracia ese "mínimo" reducto incluía los propios orígenes biológicos y a la misma vida, al tiempo irreversible y a la inmensa mayoría de los procesos, mucho más complejos que simples idealizaciones, que ocurren en nuestro Universo.

Las bases de la revolución que ha producido Prigogine, con su teoría de las estructuras disipativas, se habían sentado a finales del siglo XIX, con la elaboración de la segunda ley de la termodinámica y la acuñación, por Clausius, de un término que ha resultado, posteriormente, casi mítico, la entropía. Esta magnitud es una medida del desorden de un sistema, nos da una idea del número de configuraciones posibles del mismo y nos señala el sentido de su evolución (entropía, en griego, significa evolución). En base a la segunda ley de la termodinámica, en un sistema aislado su evolución siempre será en el sentido en que se produzca la máxima entropía y se igualen sus desequilibrios. En la expresión de Boltzmann, la entropía S es igual a K log N, es decir, proporcional al logaritmo del número posible de configuraciones N del sistema. Cuando se produce el equilibrio ese número es máximo y el sistema se encuentra en un estado de máximo desorden.

Pero en el equilibrio o cerca de él, no se produce nada interesante y todo es lineal. Cuando pueden ocurrir cosas sorprendentes es lejos del equilibrio: si llevamos un sistema lo bastante lejos del equilibrio, entra en un estado inestable con relación a las perturbaciones en un punto llamado de bifurcación. A partir de entonces la evolución del sistema está determinada por la primera fluctuación, al azar, que se produzca y que conduzca al sistema a un nuevo estado estable. Una fluctuación origina una modificación local de la microestructura que, si los mecanismos reguladores resultan inadecuados, modifica la macroestructura. Lejos del equilibrio, la materia se autoorganiza de forma sorprendente y pueden aparecer espontáneamente nuevas estructuras y tipos de organización que se denominan estructuras disipativas. Aparece un nuevo tipo de orden llamado orden por fluctuaciones : si las fluctuaciones del ambiente aumentan fuera de límite, el sistema, incapaz de disipar entropía a ese ambiente, puede a veces "escapar hacia un orden superior" emergiendo como sistema más evolucionado.


En estos nuevos tipos de estructuras y orden se basan la vida, la organización de un termitero, los ecosistemas y las propias organizaciones y sociedades humanas. Pero lo más importante es que este nuevo orden en el que el determinismo y el azar se llevan de la mano si que es un universal. Estas estructuras, al igual que la vida no aparecen y progresan por pura casualidad o accidente como se creía.


Me despido con unas palabras de Prigogine:"... En nuestro tiempo, nos hallamos muy lejos de la visión monolítica de la física clásica. Ante nosotros se abre un universo del que apenas comenzamos a entrever las estructuras. Descubrimos un mundo fascinante, tan sorprendente y nuevo como el de la exploración de la infancia."

Nota explicativa sobre la figura: Hacia 1900, Henri Bénard realizó una serie de experiencias de convección en capas delgadas, con la superficie superior expuesta al aire, que presentaron características muy peculiares. En estas experiencias una capa delgada de fluido era calentada desde abajo (así llevamos al sistema lejos del equilibrio), se establecía el flujo convectivo y se observaba en la superficie un diagrama complicado (autoorganización) que consistía en la división poligonal en celdas similares a un mosaico. El diagrama llegaba a ser un ordenamiento acabado de hexágonos regulares dispuestos como en un panal de abejas, como se indica en la figura.

14 comentarios:

zildde dijo...

Salvador, eres Dios.

PD. No, el PADRE de Dios! :)

FRANCO dijo...

Interesante post, aunque no me quedaron muy claras algunas cosas. Lo volveré a leer algunas veces más. Saludos.

Miski dijo...

O sea, que siempre se tenderá a que aparezcan sistemas "reservados" en los que se guarde orden/minima entropía...que esto no es un suceso improbable sino probable...al menos eso entendí.

Ana Lorenzo dijo...

No termino de entenderlo: si lo ha llevado lejos del equilibrio, lo lógico sería que apareciera ese azar, pero no aparece el azar porque aparece la forma hexagonal en que se organiza un sólido para contrarrestar una presión o para aprovechar mejor el espacio, como en el panal de las abejas, o en un avispero de avispas sociales (no solitarias). ¿O es que ese azar no existe, sino que nos lleva a conocer las estructuras que resuelven las fluctuaciones a las que se ve sometido el sistema?:«Estas estructuras, al igual que la vida no aparecen y progresan por pura casualidad o accidente como se creía.» Entonces, ¿no hay azar lejos del equilibrio? ¿Es en el equilibrio donde se puede encontrar el azar?
Caray, me has hecho un lío.
Me encanta el blog.
Un beso.

Salvador dijo...

El azar existe en el equilibrio y lejos del equilibrio. Es , en cierta forma, el motor de que se tienda al equilibrio en un sistema. Lo que ocurre es que, con el aporte de energía, se forman sistemas capaces de autoorganizarse y utilizar esa energía para apartarse del equilibrio. El azar sigue actuando, junto con el entorno, para seguir modificando los sistemas organizados. Estos si tienen la suficiente energía y consiguen adoptar nuevas formas óptimas, conseguirán adaptarse de nuevo a las condiciones cambiantes. En caso contrario el sistema degenerará hacia el equilibrio termodinámico que en los organismos vivos supone la desintegración y la muerte.

Un beso.

Ana Lorenzo dijo...

Gracias por la respuesta, Salvador. La entiendo, pero aún intento entenderla tanto como para poder explicarla.
Un beso.

Anónimo dijo...

Me interesa mucho lo que estás explicando. Intuyo que hay algo importante ahí para una investigación sociológica que pretendo llevar adelante, pero no sé nada de física y se me escapa la utilidad que podría darle a esa relación.
Que pena. Si me dieras un ejemplo práctico, tal vez lo entendería.

José Luis González dijo...

Salvador, me encanto tu articulo, al que llegue por azar investigando una referencia a I. Prigogine, de quien no tenia conocimiento alguno, hasta hoy.

Tengo una duda, en el experimento de Benard la configuracion en celdas es un estado terminal estable? O es estable solo mientras se le siga suministrando energia (calor) al sistema? Supongo que si interrumpieramos el calentamiento las formas perderian su estabilidad y volverian a degenerar hacia el estado de maxima entropia.

Entonces, podriamos decir que para mantenerse en ese estado ordenado, el sistema utiiliza la energia que recibe del exterior.

Si?

Salvador dijo...

Exactamente José Luis, el aporte de energía permite la estabilidad de los sistemas ordenados lejos del equilibrio, como somos nosotros mismos. Cuando el aporte de energía cesa vuelven al equilibrio, tienden a la máxima entropía.

Saludos.

Anónimo dijo...

Llego años tarde a la publicación del artículo, pero celebro la explicación. Me alegra muchísimo leer cosas que desencadenan otros pensamientos.
Estudio Arquitectura, y a falta de una exacta ciencia propia salimos a tomar prestadas teorías de otras ramas; y me parece que es un gran aporte al proceso proyectual contemporáneo, interesantísimo para reflexionar sobre las conductas sociales de estos tiempos modernos.
Gracias y saludos!

Salvador dijo...

Gracias amigo, y un saludo.

JOZATO dijo...

LA BELLA TEORÍA ME LLEVA A PENSAR QUE EL BIG BANG ES UNA BROMA DE FÍSICOS TEÓRICOS ATEOS.

JOZATO dijo...

NO OBSTANTE SIGO PENSANDO QUE EL AZAR ES TAN SOLO SINCRONISMO

JOZATO dijo...

LA BELLA TEORÍA ME LLEVA A PENSAR QUE EL BIG BANG ES UNA BROMA DE FÍSICOS TEÓRICOS ATEOS.