El origen de la información cósmica. Parte 5

Cristian Aguirre

NEGENTROPÍA. LA ORGANIZACIÓN DEL DESORDEN

En el anterior post se trató la gran asimetría temporal que conocemos como flecha del tiempo, es decir, la evidencia clara de que ciertos procesos en nuestro universo no son simétricos con respecto al tiempo, sino que sólo se desarrollan en un sentido temporal del pasado al futuro y no de modo inverso. Vimos también qué a un nivel microscópico, al nivel de las partículas elementales, resulta más difícil detectar la flecha del tiempo que en los procesos que involucran a los objetos macroscópicos.

¿Por qué sucede esto?

¿Qué particularidad tienen estos procesos que los diferencian de aquellos que poseen simetría temporal?

¿Por qué no vivimos en un universo donde el pasado es indistinguible del futuro?

¿Podríamos nosotros, seres conscientes, vivir en un universo así?

Cuando vemos la “película” de lo que sucede en nuestro universo de acuerdo a la segunda ley de la termodinámica, vemos que el orden de un sistema, entiéndase una heterogénea organización de la distribución de la materia o energía en el sistema, se transforma, con el transcurso del tiempo, en desorden y, por lo tanto, en una homogénea organización de las mismas. Si pasáramos esta “película” al revés, veríamos, por el contrario, que de la homogeneidad surge una organización heterogénea, surgen desequilibrios y con ello orden desde un aleatorio caos.

Sin embargo, hay que notar un hecho muy curioso y alarmante, y es que esta representación “al revés” de nuestra “película” termodinámica también acontece en nuestro mundo en fragrante conflicto con los dictados de la segunda ley. Cuando observamos nuestro mundo vemos que hay sendas violaciones a la segunda ley a nuestro alrededor. Los seres vivientes son un caso relevante al conseguir organizarse para sobrevivir, reproducirse y adaptarse a nuevos entornos ambientales. Ello no es lo que la segunda ley ordena que suceda. Por otra parte están también las creaciones de los seres vivientes y en especial las creaciones humanas altamente sofisticadas. Continuamente se fabrican y construyen maquinarias y edificios imponentes y que, de ser dejados a su suerte, sufrirán con dirección al futuro la degradación y destrucción por influjo de la segunda ley. Pero, sin embargo, siguen apareciendo.

¿Es que acaso la segunda ley no se aplica a los seres vivientes y a sus creaciones? ¿Qué es lo que pasa aquí?

Una pequeña parte de la respuesta está en lo que se conoce como Principio de compensación de la entropía:

A un sistema no aislado puede aplicarse uno o más sistemas asociados en los que su incremento de entropía compense la disminución del sistema inicial.

Dicho en otras palabras, si me he quedado sin azúcar para endulzar el café le pido prestado a mi vecino. Sin embargo, si bien ahora he conseguido disfrutar de un dulce café, el sistema ‘yo y mi vecino’ tendrá menos azúcar que antes.

Es por tanto, el hecho de que los sistemas implicados no sean cerrados, y por ello pueda haber intercambios de energía (difusiones), lo que permite (no explica) la aparición de orden. Evidentemente los suministros de energía para conseguir la aparición de orden y por lo tanto de desequilibrios, provienen a su vez de otros desequilibrios. Es natural reconocer que si en nuestro planeta existe la vida y la aparición de diversas estructuras es porque vivimos en las cercanías de un gran desequilibro termodinámico; el sol. Gracias a él, existe la suficiente energía útil para hacer esto posible.

Pero, sin embargo, como toda producción de orden consume energía, se cumplirá que, aunque la tomemos de otros sistemas, en el conjunto seguirá aumentando el desorden, si bien localmente no sea así. La segunda ley se seguirá cumpliendo, por tanto, impecablemente. Hasta aquí concluimos qué, lejos del equilibrio termodinámico y en virtud del principio de compensación de la entropía, la segunda ley no prohíbe la aparición de orden para sistemas abiertos e incluso cerrados, pero si lo prohíbe tajantemente para los sistemas aislados.

De acuerdo a esto los sistemas no aislados al interior de nuestro universo tienen una permeabilidad que les permite conectarse a otros sistemas que, a su vez, en conjunto pueden considerarse un sistema aislado y cumplirse con normalidad la segunda ley.

En el siguiente gráfico se ilustra esto último.

Según se observa, si consideramos a todos los sistemas en conjunto, llegaremos a un sistema total que si es aislado, el propio universo, y por ello, a gran escala, se cumple el aumento de desorden de tal modo que, llegado el momento en que desaparezca todo desequilibrio termodinámico, se llegaría a lo que se conoce como ‘muerte térmica del universo’ o desaparición final de toda energía útil y su respectiva información disipativa.

Ahora bien ¿Este principio lo explica todo y es suficiente para producir esta aparente violación local de la segunda ley?

No. El principio de compensación de la entropía posibilita termodinámicamente la emergencia de orden, pero no explica dicho orden. Y ello porque se necesita algo mas importante para que esto sea posible. Necesitamos el concurso de la organización y ello demanda la presencia de información prescriptiva.

Decir que el Principio de Compensación de la Entropía puede hacer surgir la vida, sus obras o incluso el universo, como veremos luego, es como decir que donde hay agua líquida debe haber vida, y es verdad que el agua líquida posibilita la vida, pero no la explica. También sería semejante a decir que donde hay gasolina hay automóviles. Es verdad que la gasolina posibilita la presencia de automóviles, pero no explica los automóviles. En todos los casos necesitamos cantidades ingentes de información prescriptiva.

Ahora bien, si admitimos que el principio de compensación de la entropía posibilita energéticamente la efectiva violación de la segunda ley por parte de la misma vida y los productos de la vida inteligente, ¿No asalta esto nuestra perspicacia para admitir que en nuestro universo hay un agente que si puede violar la segunda ley y que esta no es otra que la inteligencia?

Nadie puede negar que la inteligencia es negentrópica. Este término “Negentropía” significa “entropía negativa” y es una forma sofisticada de expresar una palabra más conocida y contundente: “Organización”. Sabemos perfectamente que la inteligencia es capaz de organizar la materia y la energía para estructurarla de diversas maneras en contra de los dictados de la segunda ley.

No podríamos, por lo tanto, vivir en un universo donde el pasado es indistinguible del futuro ya que para ello debería este carecer de toda organización. En un plasma homogéneo no existirían desequilibrios ni en consecuencia información disipativa que implique organización. Y en este escenario sería imposible la emergencia de entidades organizadas con niveles de abstracción superiores a la mera mecanicidad natural.

¿No deberíamos concluir entonces que si las creaciones humanas y las de algunos animales son negentrópicas por influjo de la inteligencia, no puede la misma vida e incluso el propio universo en su origen ser frutos también de la inteligencia?

Para los naturalistas estas extrapolaciones son terribles porque para ellos es natural la extravagante idea de que el escritor es producto de la escritura y no la escritura producto del escritor.

Por supuesto un naturalista puede admitir que las creaciones humanas y de algunos animales sean efectivamente negentrópicas por el concurso de la inteligencia, pero de allí a admitir que la vida también lo sea se negaran en redondo apelando a que proceden de categorías diferentes de naturaleza y por lo tanto no sujetas a extrapolación.

Sin embargo, no hay sustento real a semejante escapatoria. Las mismas leyes, como veremos a continuación se cumplen para ambos casos.

Pero, ¿Por qué la inteligencia es un agente organizador y capaz de violar la segunda ley?

Volvamos a la flecha del tiempo.

Quedo sin respuesta cual era la particularidad especial que tenían los procesos irreversibles de los reversibles en el tiempo. Pues dicha particularidad surge cuando consideramos la organización de conjuntos de elementos y no de elementos aislados. Dicha organización surge por efecto de la información organizacional necesaria para que los cuerpos macroscópicos sean organizaciones particulares de los objetos microscópicos. Estas organizaciones son de hecho abstracciones. La flecha del tiempo existe porque la naturaleza no presenta tan solo un nivel único de abstracción, sino varios niveles y por ende no solo contiene información física, sino también información prescriptiva organizacional.

La flecha del tiempo tiene, por lo tanto, relación con el sentido del flujo de dicha información organizacional en las abstracciones superiores del universo y no trabaja al nivel de la información física de sus partículas elementales.

Consideremos por ejemplo, una tasa de porcelana, podemos definirla como un sistema de partículas cohesionadas en una disposición especial (la forma de la tasa). Ahora debemos distinguir dos cosas; el conjunto (la tasa), y un solo elemento (una molécula de porcelana). Esta última se encuentra atrapada entre otras moléculas de porcelana a causa de sus mutuos enlaces. No obstante, podemos aplicar la reversibilidad de la mecánica de Newton para ella sola sin ningún problema, lo que no podemos es aplicar dicha reversibilidad para el conjunto (la estructura).

Es pues el conjunto lo que no es reversible en el tiempo porque solo tiene sentido la existencia de orden para el contexto de una pluralidad de elementos, más no para uno sólo en particular.

En el caso de un agujero negro se pierden tanto la información física como la organizacional dado que el mismo se traga tanto la materia-energía como su organización. ¿Y qué diremos ahora del experimento de la licuadora donde el físico escribe una nota de papel y la licua junto con la fruta para finalmente decir que la información sigue allí? Después de todo lo visto hasta aquí podemos concluir que el físico solo tiene razón en cuanto a la información física más está equivocado en cuanto a la información organizacional. Escribir una nota implica abstracciones basadas en símbolos expresados en trazos de tinta en el papel. Desde el momento en que intervienen abstracciones trascendemos la mera información física y esta información que implica abstracciones si se pierde. Cuando el físico de ésta historia enciende la licuadora el papel queda triturado en muy pequeños pedazos, incluso es posible que la misma tinta se desprenda de cada fragmento de papel. Si el sistema se reduce a mera configuración de partículas de información física podemos decir aún que el proceso pueda retrotraerse para reconstruir el pasado en cuanto a su sistema de partículas inicial, pero no su organización abstracta. La segunda ley, que como vimos establece una flecha del tiempo definida desde el pasado al futuro, no permitirá reconstruir la información organizacional, es decir, las abstracciones de la nota porque esta misma ley está diciendo que esta información debe perderse y no aparecer. Por lo tanto, si bien para la primera ley la información física no se perdió, para la segunda ley la información organizacional sí.

¿Y que tiene esto que ver con la inteligencia?

Aquí es conveniente definir brevemente que es la conciencia, la inteligencia y el conocimiento y cómo están relacionados.

Un sistema consciente es capaz de reaccionar a la información que recibe de acuerdo a convenios de comunicación que constituyen conocimiento. Esta es capaz de aprehender, en base a la experiencia sensorial, cuales son las reglas de causa efecto del mundo de su percepción y así elaborar un modelo de conocimiento que le de la facultad de saber elegir y elaborar planes de acción. Estas características son las que precisamente constituyen la inteligencia. La inteligencia es pues el grado de conciencia que implica la capacidad de interpretar dicha información recibida (o percibida) para reaccionar de acuerdo al conocimiento almacenado en este sistema. Por lo tanto, si una entidad inteligente prescribe abstracciones estas abstracciones son rastro ineludible de inteligencia ya que los procesos naturales no pueden crear abstracciones (esto se demostrará en el siguiente post). Y recordemos que una abstracción es un conjunto y disposición particular de elementos que contiene un convenio de comunicación, es decir, tiene un significado.

Y ahora cabe preguntar: ¿Cuál es el origen de la información prescriptiva? ¿Puede desarrollarla la naturaleza por si sola?

Como para los naturalistas no es agradable la idea de que la inteligencia sea el agente clave del origen del cosmos y del origen de la vida junto con su incremento de complejidad, dicha prerrogativa ha impulsado a muchos investigadores a buscar procesos que puedan producir auto-organización, y para ello, han requerido investigar esta posibilidad en el estudio de la termodinámica del no equilibrio donde prevalece precisamente el principio de compensación de la entropía.

Como fruto de esta investigación se han propuesto varios procesos en los cuales aparece cierto orden y organización. Estos van desde la física de plasmas, pasando por el láser y así, hasta los relojes químicos y las reacciones mágicas como la famosa reacción Belousov-Zhabotinsky (BZ) en las que aparecen figuras espirales y colores definidos.

¿Cuál es la esperanza de estas investigaciones? Puede decirse que pretenden validar científicamente la factibilidad de que la vida sea un producto de la auto-organización de la materia.

Ello es importante si se quieren abordar explicaciones sostenibles de formación de vida desde precursores prebióticos, además de dar cobertura a la tesis evolutiva fundamental: el incremento de complejidad orgánica en los seres vivientes con el concurso del tiempo, el azar y la selección natural darwiniana.

Además de los esfuerzos de los físicos y matemáticos se han sumado los de los bioquímicos. Estos durante décadas han realizado distintas vías de investigación para hallar rutas de síntesis de precursores de la vida. Desde los coacervados de Oparin y las micro-esferas de Fox, pasando por el mundo de ARN, y la síntesis del silicio hasta las investigaciones más actuales sobre el origen de la vida, el buscado puente entre la materia inorgánica y la materia orgánica viva aún no ha sido cruzado.

¿Por qué? ¿No se tratará simplemente de un problema solucionable con más investigación como presupone la mayoría o será, más bien, que existe algún error fundamental en el método de abordar este problema que aún no quiere ser reconocido?

Si los métodos matemáticos y bioquímicos con los cuales se aborda el origen de la vida están equivocados, entonces, los investigadores que usan dichos métodos, nunca tendrán éxito en semejante empresa, seguirán especulando y proponiendo nuevas tesis y teorías que al fin y al cabo terminarán fracasando irremisiblemente sin importar los miles de años que duren sus tentativas.

En el fondo la respuesta puede ser tan insultantemente sencilla como, al mismo tiempo, filosóficamente aborrecible para la gran mayoría de los implicados en esta investigación. Para exponerlo analicemos el siguiente ejemplo:

Tenemos un mapa topográfico de un territorio irregular con montañas, valles, lagos y costa. Si deseo predecir por donde se pueden producir cursos fluviales por efecto del desbordamiento de lagos o la excesiva pluviosidad, el mapa nos servirá para predecir matemáticamente, en función de la localización de las fuentes fluviales y la orografía del terreno, por qué trayectorias el agua se desbordará y difundirá hasta la costa. Incluso puedo calcular en qué puntos de dicha costa llegaran al mar dichos cursos de agua. Sin embargo, ¿Me servirán el mapa y mis conocimientos y métodos matemáticos para evaluar el curso y trayectoria de un sistema de canales artificiales? Definitivamente no.

Los canales artificiales forman parte de una estructura funcional, es decir, que cumple una función, y no de un sistema complejo natural. Sus trayectorias obedecen a criterios de optimización de coste, longitud, u otros criterios y están en función de ciertos objetivos. Por lo tanto, sus métodos y matemáticas son del todo diferentes. No obedecen a la lógica del terreno, sino que superarán los desniveles con acueductos y los obstáculos orográficos con túneles si es preciso, es decir, lo solucionan con el concurso de la inteligencia.

Los trabajos científicos sobre casos de auto-organización en sistemas naturales son sumamente interesantes y útiles para el avance de la ciencia. Sin embargo, hasta ahora naufragan irremisiblemente en presentar símiles verosímiles de sistemas tan complejos como un sistema vivo.

Ilya Prigogine, ganador del Premio Nobel por sus trabajos de la termodinámica del no equilibrio y famoso por su Teoría de las Estructuras Disipativas, evaluó esta situación en una conferencia pronunciada en el fórum filosófico de la UNESCO en 1995 al decir:

“Pero todavía queda mucho por hacer, tanto en matemáticas no lineales como en investigación experimental, antes de que podamos describir la evolución de sistemas complejos fuera de ciertas situaciones sencillas. Los retos aquí son considerables. En particular, es necesario superar el actual desfase en nuestra comprensión entre las estructuras físico-químicas complejas y los organismos vivos por simples que estos sean” (Énfasis en negrita añadido).

¿Cuál es el problema aquí? ¿No será que este desfase consiste en pretender conseguir un símil del más simple ser biológico cometiendo un error metodológico al tratar de abordar el análisis de una estructura funcional con los elementos de análisis propios de un sistema natural no funcional? Es decir, ¿No estamos abordando la trayectoria de un canal con los métodos y matemáticas que necesitaríamos para abordar la trayectoria de un río natural?

Pues siendo así estaríamos condenados al fracaso. En base a esto ni Prigogine, ni otros deberían albergar ninguna esperanza de superar el “actual desfase” entre las estructuras físico-químicas y los organismos vivos por simples que estos sean. Y esto porque la vida pertenecería a la categoría de estructura funcional.

A esta afirmación muchos replicaran horrorizados que esta es una herejía científica. La vida es, según estos, no un artefacto, sino un sistema natural no funcional, complejo sí, aparenta ser diseñado sí, pero no es ni un diseño, ni un artefacto, es decir, no es una estructura funcional.

Además, ¿No sería esta una conclusión a posteriori, es decir, no estamos partiendo acaso de una presuposición de que la vida es una artefacto para concluir que los métodos matemáticos y bioquímicos con los cuales se aborda su síntesis están condenados al fracaso?

Y decir que el fracaso de esta investigación prueba que la vida es una estructura funcional ¿No podría ser una falaz interpretación?

¿No existe acaso un mecanismo darwiniano mediante el cual el concurso de las mutaciones, la selección natural y la información del entorno son capaces de crear información prescriptiva funcional?

Este tema lo trataremos en el siguiente post.

Referencias:

1. Ilya Propogine. ¿Qué es lo que no sabemos?.

Traducción rosa María Cascón http://serbal.pntic.mec.es/~cmunoz11/prigogine.pdf

2. Cristian Aguirre del Pino. Elementos de Estructuras Funcionales. OIACDI 2009

 

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4 Respuestas para El origen de la información cósmica. Parte 5

  1. “Sin embargo, hay que notar un hecho muy curioso y alarmante, y es que esta representación “al revés” de nuestra “película” termodinámica también acontece en nuestro mundo en fragrante conflicto con los dictados de la segunda ley”

    ¿Qué conflitco? Si el propio artículo termina explicando que no hay ningún conflicto. La segunda ley de la termodinámica predice que la entropía no puede disminuir en sistemas aislados. ¿La Tierra es un sistema aislado? No. Entonces, ¿dónde está el conflicto?

    “¿Este principio lo explica todo y es suficiente para producir esta aparente violación local de la segunda ley?”

    NO HAY NINGUNA VIOLACIÓN DE LA SEGUNDA LEY. Una violación de la segunda ley sería que la entropía de TODO EL UNIVERSO AUMENTE (si el Universo es como creemos, un sistema aislado).

    “Decir que el Principio de Compensación de la Entropía puede hacer surgir la vida, sus obras o incluso el universo, como veremos luego, es como decir que donde hay agua líquida debe haber vida, y es verdad que el agua líquida posibilita la vida, pero no la explica.”

    Hasta donde yo se, no hay ningún autor científico que explique el origen de la vida con la segunda ley de la termodinámica. Esto es lo que se llama “falacia del muñeco de paja”. Por supuesto que la segunda ley de la termodinámica no explica la existencia de la vida, de la misma forma que funcionamiento del motor a combustión no explica el funcionamiento del hígado, y hasta donde yo se, nadie plantea que así sea.

    “si admitimos que el principio de compensación de la entropía posibilita energéticamente la efectiva violación de la segunda ley por parte de la misma vida y los productos de la vida inteligente, ¿No asalta esto nuestra perspicacia para admitir que en nuestro universo hay un agente que si puede violar la segunda ley y que esta no es otra que la inteligencia?”

    Si admitimos que el principio de compensación de la entropía posibilita la reducción de la entropía en subsistemas de un sistema aislado, la violación de la segunda ley NO EXISTE.

  2. Guillermo no he pretendido decir en el post presente que la segunda ley es violada. DE HECHO NO LO ES. Decirlo sería como inferir que los aviones vuelan porque violan la ley de la gravedad lo cual es un absurdo. Los aviones no violan la ley de la gravedad, más bien la superan mediante la sustentación que logran con la potencia de sus motores y el área y forma de sus alas.

    Cuando hablo de “violación” de la segunda ley por parte de procesos negentrópicos donde la materia y/o energía es organizada, pretendo decir, no que la segunda ley no se cumpla, sino que puede ser SUPERADA al amparo del principio de compensación de la entropía COMO AGENTE QUE POSIBILITA MAS NO COMO AGENTE ORGANIZADOR. Y pretendo connotar el hecho incuestionable del papel de la inteligencia como dicho agente organizador.

    La gasolina posibilita que los automóviles funcionen y la electricidad posibilita que funcionen las computadoras, pero nadie diría que la gasolina explica los automóviles y la electricidad las computadoras. La segunda ley es como la corriente de un río. Viaja en una dirección. Si ponemos una barca en su curso seguirá ésta el curso de la corriente, pero si hay en ella un remero que la impulse contra corriente habrá superado a esta. No significa que ha violado el curso de la corriente porque ello sería como decir que ahora la corriente ha cambiado de dirección. Significa que aunque la corriente sigue su curso no ha conseguido vencer la acción del remero para superarla. Y el remero al que hago referencia es la inteligencia.

    En cuanto a tu comentario:

    “Hasta donde yo sé, no hay ningún autor científico que explique el origen de la vida con la segunda ley de la termodinámica. Esto es lo que se llama “falacia del muñeco de paja”. Por supuesto que la segunda ley de la termodinámica no explica la existencia de la vida, de la misma forma que funcionamiento del motor a combustión no explica el funcionamiento del hígado, y hasta donde yo sé, nadie plantea que así sea”.

    No veo sinceramente donde he pretendido decir que se puede usar la segunda ley para explicar el origen de la vida dado que mas bien serviría para inferir la imposibilidad de su emergencia por procesos estrictamente naturales.

    Saludos

  3. “Sabemos perfectamente que la inteligencia es capaz de organizar la materia y la energía para estructurarla de diversas maneras en contra de los dictados de la segunda ley”

    Cuando un ser inteligente organiza materia y energía no hay violación de la segunda ley. El sistema sobre el que opera ese ser es un sistema abierto. No es un sistema aislado.

    A ver si lo aclaro un poco. Usted, Cristian, plantea el ejemplo de la corriente, pero no es muy adecuado.

    Yo le planteo este:

    Las leyes de tránsito dicen que cuando el semáforo está en rojo uno no debe cruzar la calle. Lo que usted argumenta es que si la luz cambia a verde, uno puede cruzar y de esa forma logra violar las leyes de tránsito porque cruza la calle.

    La segunda ley de la termodinámica permite disminuciones locales de la entropía. Permite que un ser inteligente organice la materia. Si una le permite algo, ese algo no implica una violación a la ley.

  4. Si lees bien mi comentario anterior he dicho con claridad que no se trata de que la segunda ley deje de cumplirse, sino que es superada (para no emplear el término violación que se presta a confusión). Y es superada por la inteligencia. El principio de compensación de la entropía POSIBILITA que la inteligencia pueda superar la segunda ley, pero NO EXPLICA la negentropía que organiza la materia y/o energía. Si tienes un automóvil viejo y deteriorado y luego te lo reparan y te lo dejan como nuevo, no le vas a decir a la empresa que hecho el servicio que te cobren solo los gastos de materiales y energía que posibilitaron la reparación. Te van a cobrar la mano de obra, es decir, la inteligencia necesaria para que el automóvil destrozado supere la segunda ley (la misma que lo llevó a oxidarse y deteriorarse) y esté ahora en perfectas condiciones.

    “Las leyes de tránsito dicen que cuando el semáforo está en rojo uno no debe cruzar la calle. Lo que usted argumenta es que si la luz cambia a verde, uno puede cruzar y de esa forma logra violar las leyes de tránsito porque cruza la calle.
    La segunda ley de la termodinámica permite disminuciones locales de la entropía. Permite que un ser inteligente organice la materia. Si una le permite algo, ese algo no implica una violación a la ley”.

    Si la luz cambia a verde y un auto pasa no hay ninguna violación a las leyes de tráfico. No veo que esta analogía refute en absoluto el ejemplo de la corriente.

    Finalmente admites que por el principio de compensación entropía la segunda ley permite que un ser inteligente organice la materia. Ya hemos avanzado.
    Saludos

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