martes, 7 de mayo de 2013

Entropía versus Dios




Queridos lectores,


En el último post se trató un tema muy interesante especialmente para mi, teniendo en cuenta mi formación como sico estadístico: la relación entre evolución y entropía. Dado que el tema se presta demasiado a introducir mucha jerga técnica que tiende a ahuyentar al lector medio, pero que me resisto a no dar un par de pinceladas extra, intentaré hacer un post breve exponiendo de manera sencilla algunas reflexiones que complementan a las ya expresadas.

Como ya se discutió, existe una aparente contradicción entre los conceptos de entropía y de evolución. Pero seamos más precisos, ya que esa frase así formulada no tiene demasiado sentido.


Por un lado tenemos que el Segundo Principio de la Termodinámica implica el crecimiento continuo de la entropía en todo sistema aislado. El crecimiento de la entropía significa que la energía que va dispersando, desde formas más organizadas (a escala humana o más grande) hasta formas más desorganizadas (movimientos microscópicos, que a nuestra escala percibimos como calor). En suma, la energía no se pierde (la energía cinética de las moléculas más su energía potencial viene a ser la misma) pero es menos útil porque está dispersa (por ejemplo, si todas las moléculas de una bola se mueven en la misma dirección esa bola podrá usarse para percutir un mecanismo y hacer un trabajo útil, mientras que si esas moléculas se mueven a la misma velocidad pero haciendo círculos microscópicos sin que la bola en su conjunto vaya a ninguna parte este movimiento no podrá ser aprovechado a escala humana). El aumento de la entropía nos dice que cada vez que queramos aprovechar movimiento ordenado generamos una cierta cantidad de movimiento desordenado (calor en las zonas de rozamiento, piezas que se van rompiendo, etc) que ya no se va a poder recuperar. Simplemente eso. El crecimiento inexorable de la entropía implica que al final todo el movimiento será caótico y no habrá ya más trabajo útil que se pueda realizar (exergía).


Por otro lado, los seres vivos viven en una lucha continua contra la entropía. El catabolismo de los organismos complejos les permite combatir los errores e imperfecciones que van surgiendo: las células de un organismo viven un tiempo para hacer más improbable que su programa de reproducción degenere (y se conviertan en cáncer) y después son destruidas mientras que otras nuevas las reemplazan, con un especializado sistema inmunitario que continuamente está destruyendo tumores incipientes. Esta lucha de los individuos contra el desorden que comprometería su viabilidad fisiológica sólo puede prosperar durante un tiempo limitado, que es a lo que llamamos tiempo de vida. Al final, los propios individuos están programados para ir degenerando y eventualmente morir, lo cual evita que se transmitan variaciones especialmente dañinas (imagínense que una mutación de un macho le hiciese capaz de fecundar a muchas hembras pero que su progenie fuera estéril). Por otra parte, las especies también tienen sus mecanismos para luchar contra la entropía: esencialmente, ese mecanismo es la evolución. 


Sin embargo, la evolución no es en realidad un mecanismo, sino un resultado: las especies evolucionan como resultado a una lucha continua por los recursos en un ambiente hostil, en el que sólo, o principalmente, los individuos más aptos sobreviven y transmiten sus rasgos a la siguiente generación. En muchos sentidos la evolución funciona de manera semejante a un dispositivo mecánico llamado en inglés ratchet (trinquete):







Un trinquete es una rueda dentada que no puede retroceder, sólo puede girar en una dirección (ya que el pestillo que tiene evita que pueda retroceder). Un trinquete es un modelo para explicar lo que sucede con los llamados motores moleculares, los cuales son capaces de aprovechar la energía difusa del medio ambiente para hacer un trabajo útil (aunque a una escala microscópica, muy lejos de la escala humana). De hecho, muchos de los mecanismos usuales de los seres vivos a nivel celular son básicamente motores moleculares (desde el funcionamiento de los ribosomas hasta la transcripción del ADN). A una escala espacial y temporal completamente diferente la evolución es el resultado de tener un mecanismo que tiene el retroceso inhibido como en un trinquete; en este caso, la supervivencia de los más aptos. Mi punto de vista es por tanto coincidente con el de Gabriel en dos aspectos: la similitud a todas las escalas de los comportamientos efectivos que gobiernan el comportamiento de los sistemas vivos, y que los seres vivos viven en una lucha contra la entropía.



En realidad, como indicaba Rubik se puede considerar a los seres vivos como fuentes de neg-entropía, como organismos que viven gracias a que son capaces de reducir la propia entropía a base de incrementar la de su entorno. Y es que el Segundo Principio de la Termodinámica continua siendo inescapable, pero se puede vivir endosando a otro el exceso de entropía que genera tu actividad; de hecho, eso es justamente vivir. Si se miran las cosas con perspectiva, en realidad lo que es importante no son los flujos de energía (puesto que la energía en realidad es constante) sino los flujos de entropía. Más aún: las fuentes de energía en realidad lo que son es reservorios de baja entropía listos para que nosotros los usemos. Desde este punto de vista, la síntesis del petróleo es un proceso que da lugar a una sustancia de baja entropía de la que resulta fácil establecer un flujo de entropía.


Acaba Gabriel su reflexión con una visión espiritual de lo que significa la evolución y la entropía. Yo no suelo opinar sobre las visiones o creencias de los otros, pero en este caso mi opinión es bastante opuesta a la de Gabriel. Los seres humanos, al observar la maravilla de la Naturaleza, tienden a pensar que existe una gran voluntad sobrenatural que ha diseñado y ejecutado tal prodigio de organización. Esencialmente, esa voluntad divina equivale a presuponer que existe una capacidad de interacción a escala global: ese Dios omnipotente todo lo conoce y es capaz de mover desde el átomo más pequeño perdido en el polvo cósmico hasta una gigante roja, y gracias a esa capacidad ingente el Universo se presenta tal y como lo vemos. Sin embargo, nuestro conocimiento del mundo físico nos indica que en realidad las interacciones están muy localizadas; las interacciones de largo alcance, como la gravitación o el electromagnetismo, pierden fuerza muy rápidamente con la distancia al foco que las genera, y el resto de interacciones sólo tienen presencia en distancias cortas. Pero justamente lo que nos dice la Física Estadística es que con interacciones de corto alcance y reglas locales uno puede tener comportamientos emergentes, auto-organización, y la evolución y los motores moleculares serían ejemplos de eso mismo, de islas de poca entropía en un mar de entropía creciente. La gran ventaja de los principios locales (supervivencia del mas fuerte en un entorno dado, movimiento del motor en una dirección concreta definida por el entorno) es que son muy poco costosos energéticamente (o mejor dicho, entrópicamente), ya que no es preciso interactuar con partes muy lejanas, sólo con lo que tienes al alcance de la mano. Y con esos principios una realidad muy rica y diversa puede acabar emergiendo. Sin embargo, dada lo corto del alcance de estas interacciones los diseños resultantes pecan de estrechez de miras, puesto que no responden a factores alejados en el espacio o en el tiempo, y así estos organismos o estructuras no son capaces de adaptarse a variaciones que son previsibles desde una visión global y viven siempre al filo de la extinción, la cual por desgracia sobreviene con mucha frecuencia como se ve si uno mira los registros de fósiles.

El poder tener una visión global permitiría hacer diseños capaces, resistentes, resilientes. Si el Hombre pudiera tener esa visión de largo alcance podría prever lo que está a punto de pasarle y tomar decisiones más inteligentes, pero su propio cerebro está programado para el corto alcance, para el corto plazo. Dios podría hacer diseños perfectos y eficaces, pero para nuestra desgracia en toda la maravilla de la Naturaleza no se ve aparecer la mano de Dios por ninguna parte. Entropía 1, Dios 0.


Salu2,
AMT

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