2009/06/11

Estructuras disipativas, método científico y entropía

De la interacción con nuestro entorno intercambiamos materia y obtenemos energía y conocimiento en bruto que después convertimos en ciencia y tecnología. La vida, los ecosistemas y las propias sociedades humanas son un tipo especial de estructuras llamadas disipativas que obtienen orden (disminuyen su entropía) a costa del entorno. Son estructuras abiertas que aumentan su información útil a partir de la información exterior. En el límite, este fenómeno es el que lleva a la ciencia a confirmar con experimentos la veracidad de sus teorías

Estructuras disipativas
En el equilibrio o cerca de él, no se produce nada interesante, 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.


El método científico como límite del intercambio de información con el entorno.
Como comentaba en el post anterior, nuestros genes transportan una información preciosa conseguida del entorno a través de millones de años de intercambio y evolución. Nacemos, casi, como una hoja de papel en blanco, y a partir de entonces seguimos aprendiendo de nuestro exterior. De nuestros padres, de las demás personas y seres, del comportamiento de los otros, de todo lo que nos pasa y de la información que nos llega. Lo externo, como un todo, nos hace como somos. A la ciencia como estructura, en cierta forma le pasa igual. A través del método científico necesita, para avanzar, contrastar las teorías mediante experimentos que confirmarán o no su adecuación a la realidad. En ese sentido desde la menor prueba al mayor de los experimentos, son la forma de interactuar con el entorno para ganar en orden, información y complejidad. Experimentos tan formidables como los que se están realizando, o se realizarán, con el LHC nos permitirán confirmar un montón de teorías y suposiciones, o nos ayudarán a concebir otras nuevas, que seguirán cambiando nuestra sociedad y a nosotros mismos en un baile sin fin en la escala de la complejidad.


Y en ese curioso "baile", incluso si llega a ocurrir lo que se ha llegado a denominar "La singularidad" (singularidad tecnológica), la aparición de los ordenadores ultralistos (máquinas "más inteligentes que los seres humanos") como cuenta el artículo de 1993 escrito por el ingeniero informático y escritor de ciencia ficción Vernor Vinge, en el que sostiene que la aceleración del progreso tecnológico nos ha llevado "al borde de un cambio comparable a la aparición de la vida humana en la Tierra", la esencia no cambiará. En el hipotético futuro en el que las supermáquinas inteligentes o cualquier supercivilización nos supere, seguirá necesitando de su entorno para aprender y aprender cada vez más, seguirán necesitando contrastar sus hipótesis con la realidad y confrontando su tecnología con esa misma realidad.

Reflexiones: multiversos, espespacio-tiempo, mito
¿Hasta cuando? Hay un límite, nuestro universo no es infinito y su final será la llamada muerte térmica, la uniformidad total de la que ya no se podrá extraer ni energía ni información, el estado de máxima entropía y máximo desorden. Aunque haciendo una suposición más de ciencia ficción que de ciencia, antes de llegar a esto es de suponer que alguna de las civilizaciones más avanzadas habrá aprendido todo lo que se puede aprender sobre las leyes físicas de este universo, y podría tener una tecnología capaz de llevarla a otros universos en estados menos degradados (suponiendo que vivimos en un multiverso).


Entre todo esto, una reflexión más: seguimos suponiendo el espacio y el tiempo como el contenedor fundamental de todo lo que es y acontece en el universo (multiverso), pero las dos teorías física más formidables con las que contamos, la relatividad general y la mecánica cuántica y sobre todo su incipiente fusión a la que llamamos gravedad cuántica, nos cuentan que ni el espacio ni el tiempo son las entidades fundamentales que creemos sino que dimanan de otra puramente cuántica subyacente. El universo, el nuestro, tuvo un principio, pero ¿ el multiverso si existe tuvo un principio o siempre estuvo ahí? Es más, ¿tiene sentido seguir hablando en términos de tiempo y espacio, tal como los conocemos, sabiendo que hay alguna entidad cuántica más fundamental de la que emanan?

Primero fue el mito para explicar la realidad que no entendíamos, le han seguido la filosofía y la ciencia, y conforme avanzamos con ella nos va adentrando en un mundo que cada vez nos parece más mítico y menos real. Caminamos como un ciego que sólo cuenta con su inteligencia y su metódico bastón científico, y vivimos tiempos de grandes cambios que, espero, pronto (1) nos darán una nueva bella teoría sobre gravedad cuántica que nos ayude a entender mejor este mundo y a nosotros mismos. Un abrazo.

(1) Soy muy optimista.
La primera figura (estructuras disipativas) está tomada del estupendo blog "Hombres que corren con lobos"

Un amigo nos comenta sobre el interesantísimo cuento de Isaac Asimov:" La última pregunta". Os lo recomiendo.

12 comentarios:

Facu dijo...

suena muy logico que la vida sea una estructura disipativa, igual me cuesta un poco relacionar y comparar sistemas relativamente muy sensillos como las Celulas de Benard o el ojo de jupiter, con la Vida directamente.

hay sistemas en el medio digamos, de estas dos complejidades? algo entre la vida y las celulas de benard?

un ecosistema? como demostrar esto? porque al final todo seria disipativo...
yo que se...

salu3!

Salvador dijo...

Desde sistemas simples hasta la vida, pero, precisamente, la vida mediante la molécula de ADN es capaz de transmitir parte del camino ya hecho hacia la complejidad.

Rastreando hacia atrás se encuentran sistemas pre-vida, y hacia adelante seres cada vez más inteligentes y sociedades avanzadas. La interacción de los ecosistemas con el medio es evidente y la interacción de cada especie animal o vegetal también. Siempre sistemas abiertos que se autoorganizan y que responden a las crisis del entorno: evolucionan o mueren.

Saludos Facu.

Protágoras dijo...

"Aunque haciendo una suposición más de ciencia ficción que de ciencia..."
Quizás te interese saber sobre la suposición de Tipler y su "Teoría del Punto Omega". Por lo demás, muy bueno tu blog. Gracias.

Salvador dijo...

Curioso lo del evolucionismo espiritual de Tipler. Un saludo Protágoras.

Carlos Fernández Silva dijo...

Tipler es sin duda un pensador muy interesante, merece la pena tenerlo en cuenta.

Magnífico post, he disfrutado muchísimo leyéndolo, te felicito.
Quizá el siguiente nos hable de esas estructuras más fundamentales que el espacio y el tiempo? Gracias.

RDC dijo...

Buen post.

Tengo una pregunta, que formulé ya hace algunos día en mi blog:

Se dice que la entropía marca la dirección del tiempo en toda transformación. Hasta cierto punto esto implica, luego, que la entropía marque el sentido causal de un proceso: todo proceso ordenado causa un desorden posterior.

Bien, entonces, ¿qué sucede en los procesos en que la entropía disminuye? ¿Qué sucede con la dirección del tiempo y por tanto la causalidad? ¿Implica eso que haya una causalidad inversa y que aquello que sucede tiene su causa y origen en lo que aún no apreciamos?

Saludos

Salvador dijo...

En los organismos vivos, por ejemplo, se consigue que disminuya la entopía (o aumente su orden) a costa del aporte del orden exterior (aumento entropía externa, del entorno). Eso no influye para nada en la causalidad de los procesos como es lógico.

Una catástrofe futura en el entorno, producirá una crisis en el organismo que deberá corregir adaptándose a las nuevas condiciones. Sólo se salvará si consigue seguir aumentando su orden interno a pesar de las nuevas condiciones.

Pero ni la causalidad ni la dirección del tiempo se ven afectadas.

Un saludo.

Carlos Fernández Silva dijo...

En lo de la Tª del Punto Omega, me refería al jesuíta Chardin.

Anónimo dijo...

Muy bueno. Soy un agradecido hacia aquella gente que se ocupa con toda honestidad de transmitir el saber científico de manera accesible a legos como yo.
En relación con este tema recomiendo leer un cuento de Isaac Asimov, "La última pregunta".

Salvador dijo...

Gracias amigo.Y muy buena recomendación la tuya. Pongo un link a una web de la que se puede descargar el cuento de Asimov.
http://www.librosgratisweb.com/html/asimov-isaac/la-ultima-pregunta/index.htm

Saludos.

Sable dijo...

Al leer el artículo de James Lovelock titulado "Las Edades de Gaia" en http://www.myspace.com/coreydelaney me ha recordado esta entrada que junto con las referencias me permitió comprender mejor el artículo y viceversa. Os dejo este link con un artículo aunque breve, en mi opinión muy bonito y revelador, del que seguramente tendrá constancia Salvador.

Aunque es la primera vez que comento, sigo el blog desde hace tiempo y las entradas sirven muy bien de introducción a tantos tópicos de la ciencia & del conocimiento. A la espera de comenzar mis estudios superiores en matemáticas y así poder comprender aquellos aspectos más avanzados de la física, otro más de sus lectores le felicita. Un saludo,
Ari

Amarilys dijo...

siempre he tenido mucha curiocidad sobre un nivel de conciencia mas evolucionado, y con las estructuras disipativas, mètodo cientifico y entropia consegui la respuestas,, la difurcaciòn sucede algunas de estas dos cosas se desmorona, desaparece, se disuelve en el entorno o se reorganiza completamente, pero a un nivel superior y no tiene nada que ver con la anterior y asi sucede lo que llamamos un salto cuantico, y eso es lo que està sucediendo hoy en dìa en nuestro planete lìmpiando para un nuevo nivel màs abanzado,muy importante nuestros pensamientos positivos