Lo Pequeño, lo Grande, lo Simple, lo Complejo (IV)

Después del pequeño paréntesis de la semana pasada, recapitulemos un poco antes de seguir adelante… En las dos primeras entregas hablamos de las distintas escalas y de las potencias de diez del metro hacia lo pequeño y hacia lo grande. Una vez concluida esta parte del viaje en palabras, podéis acudir de nuevo a la web que originó la entrada y hacer el viaje completo en imágenes y sin escalas (expresión que es en sí misma un contrasentido en este caso), de un tirón desde los quarks hasta el Universo conocido sin parar… Alucinante, ¿verdad? Una vez refrescada la memoria, la pregunta que me hago para concluir esta entrada múltiple es si existe esa fórmula sencilla y elegante de la que hablaba ya en la primera entrada del blog, esa fórmula que nos permita explicar la compleja totalidad del Universo, saberlo todo acerca de todo… Y creo que la respuesta es sí.

Pongamos el ejemplo de una gran empresa multinacional que opera en varios continentes, tocando distintos sectores industriales y comerciales… ¿Cómo puede llegar a coordinarse sin acabar sumida en el mayor de los caos? Pues gracias al organigrama, a los distintos grados en el escalafón y a la existencia de jefes y subordinados en cada uno de los niveles. Los distintos rangos en la jerarquía y el hecho de que cada persona tenga varios empleados a su cargo es lo que permite el correcto flujo de información y de asignación y control de tareas en progresión geométrica, de modo que el magnate propietario de la empresa pueda coordinar eficientemente, de manera indirecta y a base de delegar, a decenas de miles de empleados con muy distintos tipos de trabajos, cual director de orquesta conduciendo la interpretación de una compleja melodía.

Haciendo un paralelismo con la totalidad del Cosmos, la solución a mi pregunta está en los distintos órdenes de magnitud que en él encontramos y en los niveles de complejidad creciente de las estructuras propias de cada uno de ellos: quarks, protones, átomos, moléculas, células, tejidos, órganos, personas, sociedades… Los mecanismos básicos a pequeña escala son sencillos, pero la multitud de capas que separan el mundo subatómico de nuestra propia escala y la gran cantidad de elementos en cada capa añaden una enorme complejidad al problema. Se trata, como dijo una vez Richard Fenyman, de una partida de ajedrez con un tablero muy grande y con infinidad de piezas, de modo que, aunque las reglas del juego son simples, es casi imposible predecir el resultado de cada partida.

Ya hemos comentado algunas veces que la Sencillez es elegante: la mente humana interpreta el Mundo a base de simplificarlo, y la buena Ciencia busca siempre explicar las cosas de forma sencilla. La complejidad intrínseca de la escala humana hace que las conclusiones de los grandes teoremas científicos sean a veces muy poco intuitivas, muy diferentes a lo que nuestros sentidos están acostumbrados a experimentar desde nuestro pequeño y caótico rincón del Espacio-Tiempo; esto hace que a veces dichas conclusiones sean difíciles de comprender y de aceptar por algunas personas. Por ejemplo, la primera ley de la Mecánica Clásica de Sir Isaac Newton dice que todo cuerpo sobre el cual la fuerza resultante es cero se mantiene en reposo o, si se estaba moviendo, lo sigue haciendo a la misma velocidad y en la misma dirección indefinidamente, cosa que a primera vista nos resulta algo chocante. Nuestra errónea suposición de que las fuerzas no cambian el movimiento sino que lo permiten parte de la inadvertida complejidad del Mundo en el que hemos nacido y crecido, siendo como somos seres al fondo de un océano de aire de veinte kilómetros de profundidad: acostumbrados al rozamiento, se nos olvida incluirlo entre los factores relevantes para nuestro problema.

Para poder ver más allá del caos de lo observable, apartar una a una las distintas capas de complejidad y contemplar en funcionamiento las leyes primigenias, básicas, sencillas del Universo se hace necesario, irónicamente, diseñar experimentos muy complicados… Es lo que decíamos en su día de variar uno solo de los factores cada vez, manteniendo los demás factores controlados; esto a veces es un verdadero reto, y resulta un trabajo muy duro, por lo que no mucha gente se ve capaz de hacerlo. Como muestra, un botón: el Gran Colisionador de Hadrones de Ginebra es un gigantesco y carísimo anillo de imanes superconductores de veintisiete kilómetros de circunferencia cuya misión es la de descubrir las características de quarks, leptones, bosones… las partículas más pequeñas conocidas.

Por tanto, la clave para comprenderlo todo acerca de todo radica en ser consciente de los distintos niveles de funcionamiento del Cosmos y de las reglas que se aplican en cada uno de ellos. Por lo general los problemas que estudia la Ciencia son complicados por el gran número de detalles a tener en cuenta simultáneamente, no porque sea difícil entender estos detalles uno por uno; simplemente hace falta tener paciencia y ser metódico y cuidadoso. Por supuesto, cuál sea el objeto de estudio determina en gran medida la probabilidad de éxito: ya en otra ocasión vimos que es más fácil hacer predicciones acertadas en el campo de las Ciencias Naturales que en el de las Ciencias Sociales, precisamente porque estas últimas implican un mayor nivel de complejidad y un número mucho mayor de factores a tener en cuenta. Por eso las fórmulas utilizadas en la Química o la Física suelen ser más o menos simples pero en cualquier caso fiables, mientras que las de la Psicología o la Economía son más complejas, o bien más sencillas precisamente por ser aproximadas… Todo este tema en general da muchísimo juego, y podríamos enlazar sin ir más lejos con un interesante ejemplo de generación de estructuras muy complejas a partir de reglas muy simples, cambiando sólo las condiciones iniciales, el punto de partida: se trata de los fractales, pero no nos meteremos en este jardín ahora mismo; tal vez en otra ocasión.

El que unas reglas sencillas den lugar a un gran número de formas y estructuras distintas en el Universo es posible, por tanto, gracias a la coexistencia de muy distintos órdenes de magnitud en el Espacio (estructuras pequeñas se combinan entre sí y dan lugar a otras más grandes) y también en el Tiempo (normalmente los procesos asociados con el mundo microscópico son muy rápidos y los del campo de la Astrofísica mucho más lentos). Y no sólo es precisa la existencia de varios niveles, sino también disponer de una cantidad grande de Espacio y dejar que pase el Tiempo suficiente para que, por pura probabilidad estadística, se alcancen los hitos que permiten entrar en una nueva fase de complejidad mayor, a veces en puntos muy concretos del Universo. Precisamente de los umbrales que se han ido atravesando para llegar al Presente en nuestro caso particular nos habla en una interesante charla TED David Christian, especialista en Gran Historia.

Nos cuenta Christian que tras el Big Bang el Universo estaba compuesto por nubes de gas muy poco complejas, iguales en aspecto y propiedades en todas direcciones. Poco a poco las pequeñas diferencias en densidad y temperatura fueron originando concentraciones localizadas de Hidrógeno, que eventualmente dieron paso a las primeras estrellas. En la fusión de sus núcleos se generaron los elementos químicos de peso medio, y en las explosiones de supernovas los elementos pesados, con lo que la complejidad aumenta más. Estos elementos más pesados dan lugar a los planetas rocosos, algunos de los cuales están en una zona templada de su sistema y tienen agua líquida (al menos en nuestro caso es agua), lo que permite reacciones químicas cada vez más complicadas, orgánicas, y posteriormente la aparición de Vida: muy sencilla, sí, pero con ADN, que tiene un nivel de complejidad mucho mayor que el de todo lo que había antes.

Con el paso del Tiempo la cantidad de especies se multiplica con la Explosión Cámbrica y la complejidad de nuestro planeta aumenta todavía más. Una de las especies, el Homo Sapiens, desarrolla su cerebro y alcanza un nivel de sofisticación cada vez mayor: lenguaje, civilizaciones, escritura, comunicaciones y transportes cada vez más rápidos, Internet… Ahora mismo somos como un solo organismo de más de 7000 millones de mentes conectadas entre sí; nuestra civilización actual, a la que hemos llegado con ayuda de la Ciencia y la Tecnología, es quizás, junto con el resto de especies de la Biosfera con las que interactúa, el sistema más complejo del Universo, y sin duda el más complejo de entre los que nosotros conocemos por ahora.

Por consiguiente, la Ciencia nos ayuda a desentrañar la Verdad acerca de cómo funcionan las cosas, convirtiendo una realidad muy complicada en una superposición de distintos procesos sencillos de explicar… Y ya hemos visto, cuando alguna vez hemos explorado el Mapa del blog, que tanto la Verdad como la Sencillez son fuentes de Belleza: es precisamente la gran diversidad surgida a partir de lo simple la que hace que el Universo sea tan hermoso… Resulta curioso que tanto en la escala de los protones, neutrones y electrones como en las grandes distancias de los filamentos galácticos el grado de diversidad estructural sea más bien bajo, y que la mayor complejidad se dé en torno a nuestro tamaño, y unos pocos órdenes de magnitud por arriba y por abajo. También es curioso que, exceptuando los conceptos teóricos de las minúsculas cuerdas y la espuma cuántica, todas las distancias que hayamos citado en las dos primeras entregas oscilen entre 10^-24 y 10²⁷ metros, estando por tanto el tamaño de nuestros cuerpos justo a medio camino entre las cosas más pequeñas y las cosas más grandes que conocemos, en una escala logarítmica.

Y ya como última curiosidad: revisitando las imágenes escogidas para el blog estas pasadas semanas me he dado cuenta de que la penúltima foto de la primera entrega, con la representación artística de la espuma cuántica, tiene un aspecto bastante similar a la última de la segunda entrega, con la simulación por ordenador de los filamentos galácticos… Tanto las arrugas del Espacio-Tiempo como el Universo a gran escala parecen igualmente uniformes y carentes de detalles y complejidad… ¿Qué habrá más allá de ambos extremos? ¿Cuándo haremos el siguiente descubrimiento que nos permita avanzar un poco hacia las cosas más pequeñas o hacia las cosas más grandes? ¿Tendrá fronteras nuestro Universo? ¿Habrá partículas aún más diminutas? ¿Qué nuevas estructuras llegaremos a conocer, y qué características tendrán? ¿Serán algo nunca antes visto, o llegará un momento en el que se cerrará el círculo y toda la secuencia comenzará de nuevo? ¿Quién sabe? Tal vez los extremos se tocan: puede que todo nuestro Universo esté dentro de un átomo de otro Universo más grande con distintas leyes físicas, o que cada pompa de nuestra espuma cuántica contenga todo un nuevo Universo en su interior… Quizás algún día lleguemos a averiguarlo, guiados como siempre por nuestra gran curiosidad por esos pequeños detalles.