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Boletín de Dinámica de Sistemas

COLABORACIONES

LA BÚSQUEDA INACABADA


Nuestra experiencia cotidiana nos dice que el paso del tiempo es irreversible, que no podemos volver atrás, que vemos como nuestros seres queridos y nosotros mismos, crecemos, envejecemos y morimos. No podemos volver atrás. No hay mecanismo posible que nos permita volver a vivir aquellos maravillosos años de nuestra infancia, y que nos haga volver con nosotros a todas aquellas personas que ya nos han abandonado.

Este supuesto, la irreversibilidad del paso del tiempo es uno de los supuestos más fundamentales para el hombre. Es algo que, aparte de convicciones religiosas o filosóficas, sin duda nos hace caer en una especie de vacío y de vértigo cuando intentamos indagar un poco en él, e intentar comprender aunque sea mínimamente ¿porqué?.

La Ciencia moderna no ha contemplado el papel del tiempo. Siempre se ha dicho que esos hermosos edificios que son la Mecánica Newtoniana, la Relatividad de Einstein o la Mecánica Cuántica de Böhr, Schrödinger, Heisenberg, Dirac, etc podrían funcionar igual de bien independientemente del sentido en que fluyera el tiempo. Es decir, que las ecuaciones se seguirían cumpliendo si el tiempo corriese al revés. O como dice Prigògine "el programa de la investigación de la ciencia clásica se centró en una descripción en términos de leyes deterministas reversibles temporalmente".

Parecería que el tiempo que va del pasado al futuro sin posibilidad de volver atrás fuera una simple ilusión creada en nuestras mentes. Como mantenía Kant: "El tiempo no es algo objetivo. Tampoco es ni sustancia ni accidente ni relación, sino una condición subjetiva, que pertenece necesariamente a la naturaleza de la mente humana". O como escribió Einstein a la familia de un buen amigo suyo, Michelangelo Besso, que había fallecido recientemente,: "Para nosotros, físicos convencidos, la distinción entre el pasado, el presente y el futuro es solamente una ilusión, por persistente que sea". Einstein murió un mes más tarde.

Una de las mayores paradojas de nuestra educación científica es que en muchos casos nos acercamos al estudio de los procesos naturales armados de todo nuestro bagaje técnico-matemático basado en las leyes del equilibrio y en los procesos reversibles, cuando, de hecho, si echamos una ojeada a nuestro alrededor, estamos inmersos en un mundo de irreversibilidades, de procesos fuera del equilibrio, de procesos de "no-vuelta-atrás": el crecimiento de los seres vivos, la evolución de las especies, la combustión de un trozo de carbón, .... la propia historia del Universo, etc. El estudio de procesos irreversibles, de estados fuera del equilibrio, de procesos autoorganizativos, de estructuras disipativas, etc quedan, normalmente, fuera del currículo de las licenciaturas universitarias.

Si queremos entender mínimamente algo de cómo es este universo en el que estamos, hemos de tener en mente ideas relativas a desorden, azar, organización...es decir, de entropía. Muchas personas educadas, cultas y que alardean de su erudición en artes y humanidades se consideran a gusto admitiendo que no saben nada y que no tienen intención de saber nada acerca de este tema. Sin embargo ¿qué dirían estas mismas personas si ante el requerimiento de decir quién escribió El Quijote, se respondiese "no lo se"?. Este es otro de los grandes problemas de nuestra formación cultural: la compartimentalización en una de las dos culturas.

La Segunda ley de la Termodinámica nos dice que la entropía, en cierto modo, el desorden del Universo debe aumentar, que todos los procesos que se den en él son irreversibles. Que poco a poco, el Universo se va a ir diluyendo en una especie de caldo homogéneo y uniforme en el que las irregularidades, discontinuidades, agregados se van a ir diluyendo hasta llegar a un estado de máxima entropía, de máximo desorden. Es la Muerte Térmica del Universo. He aquí como la dirección del tiempo viene marcada por una evolución desde un estado de menor a otro de mayor entropía.

Pero ¿qué pasa hasta llegado ese momento entonces? ¿de qué forma a pesar de una tendencia de cualquier sistema aislado a evolucionar en el sentido de máximo desorden, aparecen los seres vivos, se crean estructuras cada vez más organizadas, es decir, cada vez más ordenadas? ¿porqué pasa esto?.

Si queremos estudiar propiedades de sistemas que sean independientes del tiempo, nos veremos obligados a utilizar las leyes termodinámicas del equilibrio. Pero los seres vivos, sólo alcanzamos el equilibrio cuando morimos. Cuando cesan los flujos y aportes de materia y energía con nuestro entorno, cuando somos seres muertos, es cuando podemos decir que estamos en equilibrio.

Los procesos que conforman lo que denominamos vida, son procesos fuera del equilibrio. ¡Estamos vivos porque no estamos en equilibrio!. Afortunadamente. Pero ¿cuán lejos estamos del equilibrio? ¿basta con no estar en equilibrio? ¿o es necesario estar lejos del equilibrio?.

Mientras exista, como demostró Prygogine (Teorema de Producción Mínima de Entropía), una pequeña influencia exterior suficiente como para conservar a un estado fuera del equilibrio, persistirá en un estado estacionario y no caerá en el desorden total. Por ejemplo si el nivel de reparaciones en nuestro automóvil iguala o supera un poco al nivel de averías, el coche podrá mantenerse en un estado de funcionamiento aceptable; sólo si de deja de interferir en él, éste se desmorona y se convierte en chatarra.

Pero la situación más corriente es aquella en la que los sistemas intercambian materia y energía con sus alrededores y en los que en las relaciones que gobiernan su comportamiento, una pequeña variación en las causas no producen pequeñas variaciones en los efectos, sino variaciones impredecibles e incluso de gran amplitud. Es decir, se trata de sistemas muy lejos del equilibrio gobernados por relaciones no lineales. Es en estos sistemas donde pueden aparecer puntos de crisis, en los que el sistema deja el estado constante y evoluciona hacia otro estado distinto que puede presentar una apariencia más "organizada" que el estado de partida. Durante el proceso se ha abandonado la "producción mínima de entropía", la producción global de ella ha aumentado, pero lo que se observa es un comportamiento ordenado. ¡Y el sistema evoluciona así espontáneamente!. Parece que hay una contradicción con la Segunda Ley de la Termodinámica. Ya no se puede asociar la direccionalidad del tiempo con el aumento del desorden, puesto que procesos espontáneos generan estados cada vez más organizados (por ejemplo, el crecimiento de un ser vivo). El estudio de los procesos que evolucionan lejos del equilibrio no se puede describir únicamente en términos de aumento indefectible del desorden. Tal y como sugieren P. Coveney y H. Highfield. "la termodinámica irreversible del no equilibrio permite la posibilidad de una autoorganización espontánea que conduce a estructuras que van desde los planetas y galaxias hasta las células y organismos".

¿Es estudiando estos fenómenos donde podemos encontrar la respuesta a la unidireccionalidad del tiempo?. Es posible. La búsqueda vale la pena.

Sin embargo, no olvidemos lo que, con un cierto tono irónico, comentaba Jorge Luis Borges "cuando oigo decir que frente al problema de la naturaleza del tiempo se han hecho muchos avances en estos últimos cien años, no puedo dejar de pensar que esta respuesta es tan absurda como si respondiésemos que frente al problema de la naturaleza del espacio, se dijese que se han hecho muchos avances en estos últimos cien metros".


Sergio Enguidanos Sanchís


Bibliografía.
· La Nueva Alianza. Metamorfosis de la Ciencia. Ilya Prigogine e Isabelle Stengers. Alianza editorial.1983.
· Introducción a la termodinámica de los procesos biológicos. David Jou y Josep Enric Llebot. Labor Universitaria. 1989.
· Introducción a la termodinámica de los procesos irreversibles. I. Prygogine. Selecciones Científicas. 1974.
· La flecha del tiempo: la organización del desorden. P. Coveney y R. Highfield. Plaza y Janés. 1992.
· ¿Tan sólo una ilusión?: Una exploración del caos al orden. I. Prygogine. Tusquets Editores. 1983.
· ¿Qué es la vida?. Erwin Schrödinger. Tusquets Editores. 1983.

(*) Puede solicitar información más detallada de este trabajo al autor


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