miércoles, 14 de noviembre de 2012

LA METAMORFOSIS DE LA CIENCIA Dra. Denise Najmanovich

Ilya Prigogine no es un científico común. No solo porque es uno de los pocos que han recibido el premio Nobel, sino también porque se encuentra entre los poquísimos que han trascendido su área específica - la física- para dejar su huella en otras disciplinas como la filosofía de la ciencia, la psicología o la sociología.

Las teorías de Prigogine son parte la búsqueda de un nuevo paradigma, de una nueva concepción de la ciencia y de las descripciones que ella hace de la naturaleza.

La ciencia clásica nos ha mostrado un universo mecánico, manipulable, eficaz : el universo reloj de la Modernidad. Esta imagen mecanicista creada por Descartes y adaptada por Newton y sus sucesores reemplazó a la descripción aristotélica de un universo vivo, orgánico y creativo. Con el cambio ganamos muchas cosas, pero perdimos otras, al igual que cuando abandonamos la niñez para convertirnos en adultos.

Muchos científicos consideran que ha llegado el momento de hacer una síntesis integradora, de crear puentes entre las disciplinas que nos ayuden a componer una imagen más armónica de la naturaleza y del hombre como parte integrante de ella.

Los aportes de Prigogine en esta búsqueda son fundamentales, tanto en su trabajo específico , que abre las puertas de la ciencia al estudio de la complejidad y de la flecha del tiempo ( ver recuadro ), como en su búsqueda de integración con otras disciplinas y su trabajo en pro de una nueva alianza y de un diálogo fecundo entre la ciencia y la filosofía.

Prigogine nos ha presentado un apasionante análisis de la evolución de la ciencia a partir de dos concepciones del universo físico en conflicto: la imagen estática y la imagen evolutiva. Pero sus trabajos no se limitan a la perspectiva histórica, ya que no es, ni pretende ser un historiador; sino que muestra un camino alternativo surgido de sus investigaciones científicas y de su reflexión filosófica. "Estamos avanzando hacia nuevas síntesis, hacia un nuevo naturalismo, que combina la tradición occidental, con su énfasis en las formulaciones experimental y cuantitativa, con la tradición china dirigida hacia una imagen de mundo autoorganizándose espontáneamente.", dice

El universo domesticado
Para comprender el pensamiento de Prigogine debemos seguir el camino que el construyó junto con Isabelle Stengers y que expuso deliciosamente en su libro: "La nueva alianza. Metamorfosis de la ciencia". Esta presentación histórica es imprescindible para delinear el marco conceptual y la importancia de los aportes de Prigogine; y además, para poder representarnos las enormes tensiones, batallas y revoluciones conceptuales implicadas en esta metamorfosis de nuestra imagen del Universo.


La concepción aristotélica dominó nuestra civilización entre los siglos XII y XVI y se derrumbó con gran estrépito mediante un traumático proceso que cambió radicalmente nuestra manera de concebir el mundo. Esta gran modificación conceptual se denominó Revolución Copernicana y marcó un hito en la historia del pensamiento occidental. Copérnico apenas dió un puntapié inicial a esta revolución; Galileo y Kepler la encauzaron y Descartes lo encarriló dentro de una concepción mecanicista que recién llegaría a su madurez con Newton.

Antes de la gran transformación que da surgimiento a la ciencia moderna, el universo era concebido como un todo orgánico, cuya característica fundamental era la interdependencia de los fenómenos materiales y espirituales. En el universo aristotélico el hombre formaba parte de la naturaleza armónicamente y en plano de igualdad con las otras criaturas. La tarea de los filósofos (no había división entre ciencia y filosofía), era tratar de comprender el significado y la importancia de las cosas. No predecirlas. Mucho menos controlarlas.

La ciencia moderna, en cambio, produjo un universo donde el hombre : "...Debe por fin despertarse de su sueño milenario; y haciendo esto, despertarse en su completa soledad, en su aislamiento fundamental. Pero ¿ se da cuenta de que, como un gitano, vive en la frontera de un mundo extraño ? Un mundo sordo a su música, tan indiferente a sus esperanzas como lo es a su sufrimiento " según lo describió, de una manera trágica y bella J. Monod en el "El azar y la necesidad". En adelante el hombre será considerado un observador separado en un universo que le es ajeno; donde, según las normativas de Francis Bacon, el científico debía "torturar a la naturaleza hasta arrancarle sus secretos" ,porque "saber es poder".

Sobre este proceso, I. Prigogine y I. Stengers nos dicen en "La Nueva Alianza":
" El sorprendente éxito de la ciencia moderna llevó, por lo tanto, a una transformación irreversible de nuestra relación con la naturaleza ". ... " Reveló al hombre una naturaleza muerta y pasiva, una naturaleza que se comporta como un autómata, que una vez programada funciona eternamente siguiendo las reglas escritas en su programa ".

Dioses o demonios
Luego de las revoluciones, aun de las conceptuales, es necesario un nuevo período de estabilidad. Como se sabe la tempestad no puede durar eternamente. Es así que en el siglo XVIII sobrevino la calma; la ciencia moderna se transformó en la productora de la cosmovisión dominante, la concepción aristotélica fue relegado a los monasterios o al olvido, y el paradigma newtoniano iluminó la nueva aurora de la modernidad.

El universo mecanicista no se estableció en un día pero en los comienzos del siglo XIX, tanto en Inglaterra, como en el continente Europeo brillaba con su máxima intensidad. Tal es así, que cuando en 1805 Pierre Simón de Laplace le presentó a Napoleón; su obra "Mecánica Celeste" -que completaba la obra de Newton en algunos de sus aspectos más importantes-, fue interpelado por el Emperador, quien le dijo:

- " Me dicen, M. Laplace, que a lo largo de este voluminoso libro sobre el sistema del universo no mencionais una sola vez al Creador "

A lo que Laplace respondió:

- " No he necesitado de esa hipótesis "

El mecanicismo laplaciano expulsó a Dios definitivamente de la explicación científica considerándolo una hipótesis prescindible. El Universo laplaciano es un mecanismo de relojería eterno e increado.

Es así que en el curso de los siglos XV, XVI y XVII se produce una transformación radical en el campo conceptual; de la concepción de un Universo poético y espiritual, armónico y pletórico de sentido; bello de contemplar y posible de comprender, se pasó a pensar que habitamos en un mundo mecánico, inodoro, incoloro e insípido pero manipulable eficazmente gracias al poder que nos da la nueva ciencia .

En la Modernidad se ha roto la vieja alianza entre el conocimiento científico y filosófico, entre el alma y el cuerpo, entre el arte y la ciencia. La cultura humanística se reserva para sí la literatura, la pintura, la filosofía, el sufrimiento pero también el goce; todos separados del que en adelante se denominará conocimiento objetivo del Universo. Se establece así la separación del Sujeto, en adelante observador imparcial; y el Objeto, realidad independiente del sujeto. La expresión de esta dicotomía en el campo del conocimiento es la separación entre la cultura científica objetivista ( que se ocupa de la materia y sus leyes) y la cultura humanista subjetivista (que se ocupa del alma y sus expresiones). Prigogine señaló con claridad el peligro que entraña este divorcio entre las dos culturas: "Se encuentra así acentuada una tendencia al enclaustramiento general que, en particular, corta a la filosofía de una de sus fuentes tradicionales de reflexión, y a la ciencia de los medios de reflexionar sobre su práctica".

La ciencia moderna ha dado grandes cosas a la humanidad, desde los automóviles a las naves espaciales, los antibióticos y los plásticos, pero nos ha separado, escindido en dos culturas que no se yuxtaponen ni intercambian entre sí. No solo Dios ha sido expulsado del universo newtoniano sino también la ética y la estética, la metafísica y el alma han quedado fuera de este universo geométrico, regido por leyes matemáticas ajenas a nuestro dolor y nuestro deseo.

En el universo científico el destino está fijado por leyes mecánicas; el azar no tiene lugar, todo acontecimiento está determinado, el mundo se rige por una dinámica de causa-efecto.

El universo desbocado
El siglo XX cambió radicalmente su forma de ver el mundo, las concepciones estáticas fueron cediendo el paso a las evolutivas. La imagen del Universo sufrió una gran transformación que comenzó a esbozarse en el transcurso del siglo XIX y tomó una forma más definida en el nuestro. La teoría de la evolución darwiniana se impuso en biología y se está imponiendo en cosmología una concepción evolucionista que nos habla de un Universo en expansión, y en muchas otras áreas del conocimiento científico el enfoque evolutivo es considerado fundamental.

El trabajo científico que desarrolló Prigogine y que le valió el Premio Nobel de Química en 1977 se inscribe en el área de investigación fisicoquímica conocida como termodinámica (teoría del calor, sus flujos y transformaciones), y ha sido un aporte fundamental para esta nueva concepción evolutiva de la naturaleza.

Para comprender los aportes de la termodinámica a esta nueva imagen del Universo, utilizaremos nuevamente un enfoque histórico, siguiendo los pasos de Prigogine y Stengers.

El primer gran paso de la termodinámica, nueva ciencia que se estableció en el siglo XIX, lo dió Joule cuando postuló el principio de conservación de la energía: "La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma". Pero no sólo éxitos cosechó la nueva disciplina, también hubo muchas sorpresas y se les plantearon nuevos problemas a los investigadores; pues, aunque Sadi Carnot en 1824 consiguió reducir el estudio de las máquinas térmicas al modelo de las máquinas clásicas, lo hizo trabajando desde el único punto de vista del rendimiento ideal, pero había descuidado el hecho de que lo que estas máquinas consumen desaparece sin retorno. Ninguna máquina térmica restituirá al mundo el carbón que ha utilizado.

¿Qué máquina tendrá el rendimiento ideal? Nuestra experiencia nos dice que ninguna, en un tiempo mayor o menor todas se detienen, ya sea por falta de combustible, por fallas mecánicas, desgaste o rotura.

"La obsesión por el agotamiento de las reservas y por la detención de los motores, la idea de una decadencia no reversible, traduce ciertamente esta angustia propia del hombre moderno" , explica Prigogine en La Nueva Alianza .

Angustia debido a que el segundo principio de la termodinámica ha estallado como una bomba en el mundo de la ciencia; separando lo ideal reversible de los real irreversible, ya que una parte de la energía se disipa como calor y no podemos recuperarla.

Este segundo principio puede enunciarse de distintas maneras, la más sencilla es la que nos dice que "es imposible una máquina con movimiento perpetuo" debido a que, por ingenioso que sea el diseño de su motor, no toda la energía se puede convertir en trabajo mecánico. La termodinámica dejó bien en claro a los ingenieros el porqué en cada ciclo parte de la energía se convierte (no se pierde) en una forma imposible de utilizar. En el caso de un motor, por ejemplo, nunca volverá exactamente a su estado inicial, aunque el pistón vuelva a su posición original; el sistema se encuentra en un estado termodinámico diferente, ya que sólo un porcentaje de la energía química de la nafta se convierte en trabajo útil, el resto se pierde como calor, vibraciones mecánicas, energía contenida en los gases de escape.

Carnot desarrolló el segundo principio en base a su análisis de los motores térmicos, pero Clausius en la década de 1860 a 1870 se dió cuenta que esta dificultad cada vez mayor de transformar calor en trabajo era un fenómeno más amplio y que además de las máquinas térmicas abarcaba a muchos otros sistemas .

Clausius se dió cuenta que había un principio general que implicaba que al disminuirse las diferencias de nivel en un sistema (por ejemplo la diferencia de calor entre un recipiente caliente y otro frío en las máquinas térmicas) la posibilidad de convertir esa diferencia en trabajo mecánico era cada vez menor. Para expresar este fenómeno desarrolló el concepto de entropía.

¿Qué es, pues, la entropía ? El termino proviene y la palabra griega "tropos" (transformación o evolución) y mide el grado de evolución de un sistema físico; cuando más cerca estemos del equilibrio mayor será la entropía y menor la actividad del sistema.

Como vimos, la energía mecánica nunca se transforma totalmente en trabajo sino que una parte se disipa como calor. Clausius relacionó este fenómeno con otros aparentemente inconexos: vió que cuando juntamos agua caliente y agua fría obtenemos agua tibia -y los dos líquidos nunca pueden ser separados-, la diferencia de temperatura entre ambos recipientes es cada vez menor, el desequilibrio inicial va disminuyendo y con él la capacidad de producir trabajo. Algo parecido sucede si sacamos el tabique divisorio de un recipiente que contenga arena blanca de un lado y arena negra del otro, al cabo de un tiempo tendremos solamente arena gris, del desequilibrio cromático blanco-negro pasamos a la homogeneidad del gris. A la vez podemos considerar que de un sistema estructurado pasamos a uno más desestructurado o desordenado, los granitos de arena están repartidos homogeneamente por todo el recipiente y no "cada uno en su lugar".

¿Qué tienen en común todos estos fenómenos? Todos proceden en la misma dirección: del desequilibrio al equilibrio, del orden al desorden, hacia una entropía cada vez mayor.

En base a este análisis, surge la formulación más general del segundo principio: Cualquier sistema físico aislado tomará espontáneamente el camino del desequilibrio cada vez menor, se hará cada vez más homogéneo. En términos de entropía diremos que en cualquier sistema físico aislado la entropía aumenta o permanece constante.

Es fácil ver cómo la evolución de entropía se traduce en una evolución irreversible del sistema, ya que aquello que se ha disipado no se recupera y si invertimos el proceso no llegaremos nunca a la situación inicial.

Nos dice Prigogine: " El crecimiento de entropía muestra una evolución espontánea del sistema. La entropía llega a ser así un indicador de evolución, y traduce la existencia en física de una flecha del tiempo: para todo sistema aislado el futuro está en la dirección en la cual la entropía aumenta".

Todo esto que parece tan trivial tomó por sorpresa a los físicos newtonianos, ya que en su descripción mecánica del universo, el tiempo y los procesos son reversibles como el funcionamiento de un reloj. Normalmente sus agujas giran en un sentido, pero podemos hacer que giren exactamente al revés con solo girar la cuerda.

A finales del siglo XIX, los dos principios de la termodinámica constituían leyes nuevas, base de una nueva ciencia, que era imposible referir a la física tradicional y aunque luego se logró compatibilizarlas surgieron nuevos inconvenientes, esta vez desde la biología.

El segundo principio de la termodinámica indica que la entropía de un sistema crece constantemente o permanece constante, que la dirección espontánea de cualquier proceso es siempre desde un mayor nivel de estructuración a uno menor. Todos sabemos que nuestros departamentos se ensucian "espontáneamente" y que nos cuesta mucha energía volver a limpiarlos y ordenarlos. Sin embargo, la teoría evolutiva dice todo lo contrario: primero existieron los animales más simples, menos estructurados, y luego fueron evolucionando hacia formas cada vez más complejas. En la vida de cada individuo sucede lo mismo, desde un huevo pasamos a ser una masa de células que luego se diferencian para formar el feto, cada vez más complejo. La flecha biológica parece tener un sentido contrario a la termodinámica.

El universo reencantado
Nuestra experiencia de vida se opone a la imagen termodinámica clásica de un universo en permanente degradación. Pero, ¿es posible que los seres vivos vayan a contramano por la avenida termodinámica?

Los biólogos comprendieron rápidamente que no debían extrapolar los resultados de la termodinámica clásica a la biología, ya que para esta ciencia el equilibrio es un estado marginal (la muerte) y el no-equilibrio su objeto de estudio: la vida.

La evolución biológica tal cual la planteara Darwin es un acontecimiento sumamente extraño y muy poco probable desde la concepción termodinámica mencionada y la aparición de la vida es altamente improbable. Para los mecanicistas somos un increíble producto del juego de azar cósmico.

Fue justamente Prigogine el encargado de reconciliar a la biología y a las ciencias humanas -ya que en estas también se verifican los fenómenos de aumento de complejidad, amplificación de innovaciones, evolución- con la termodinámica. Para lograrlo tuvo que desarrollar nuevas y revolucionarias concepciones.

Toda la termodinámica clásica estaba centrada en el estudio de sistemas aislados en, o muy cerca del equilibrio; sin embargo Prigogine trabajó con sistemas alejados de él. La termodinámica del siglo XIX, en cambio, se centró en los procesos cercanos al equilibrio para describir un universo en permanente degradación, Prigogine desde su Termodinámica No Lineal de los Procesos Irreversibles (TNLPI) describe cómo, en situaciones lejos del equilibrio, se forman nuevas estructuras (en adelante llamadas estructuras disipativas), y denominó orden mediante fluctuaciones a la dinámica de formación de tales estructuras.

En la termodinámica clásica un sistema podía evolucionar hacia un sólo estado final: el equilibrio, y el proceso era lineal. En la TNLPI éste no es el caso, ya que no podemos determinar absolutamente la trayectoria evolutiva de un sistema, sino que aparecen distintas opciones, los caminos se bifurcan y en la vecindad de las bifurcaciones interviene el azar, nuestras leyes no nos permiten deducir cuál camino tomará un sistema al llegar a una bifurcación. Contactos: 

El equilibrio no es más el único estado final posible, en términos físicos, no es el único atractor. Gracias a la investigaciones de Prigogine y colaboradores se han estudiado otros atractores denominados caóticos. Sin embargo, lejos de todo lo que uno pueda imaginarse sobre estos atractores caóticos, estos son fuente de creación, aparición de nuevas estructuras y pautas complejas de organización.

Estas investigaciones han convergido en lo que hoy se conoce como la Ciencia del Caos, que estudia la formación de nuevas estructuras en sistemas abiertos lejos del equilibrio, como los seres humanos, el cerebro, algunos fenómenos atmosféricos o las sociedades humanas.

La TNLPI marca otra derrota histórica de la concepción determinista en la física, la primera la ejecutó la teoría cuántica con su principio de indeterminación; pero Prigogine fue más allá e introdujo el concepto de historia en física: ya no hay una sola trayectoria posible, en las bifurcaciones el azar a elegido un camino y descartado otros, podemos construir la historia natural del sistema; ya no somos esclavos de un destino inapelable escrito en las leyes universales con caracteres matemáticos.

Las teorías de Prigogine nos abren las puertas a un Universo abierto que no está absolutamente determinado, en donde el azar y la necesidad se conjugan para darnos estabilidad pero también creatividad. Un mundo imprevisible totalmente sería inhabitable para ser vivientes y un mundo totalmente estable sería insoportable para seres conscientes.

Las leyes de la biología son nuevamente compatibles con las de la física, la evolución biológica es absolutamente coherente con la perspectiva evolucionista de la TNLPI de Prigogine, los seres vivos pueden ser considerados estructuras disipativas sujetas a fluctuaciones que pueden amplificarse hasta implicar una reorganización total en un nivel más complejo (una nueva especie). El desarrollo humano, tanto individual como social, también puede expresarse en términos de estructuras disipativas, fluctuaciones y creación de nuevas organizaciones.

En este universo reencantado se abren nuevas posibilidades de encuentro entre las ciencias y las humanidades, el hombre deja de ser un espectador pasivo de las leyes eternas e inmutables y del destino que está escrito en ellas. El tiempo y la irreversibilidad no son tan sólo una ilusión, el caos no implica solo desorden sino también creatividad.

La ciencia posrelativista nos ha abierto nuevas perspectivas. Los fenómenos ya no son abordados exclusivamente desde perspectivas privilegiadas, la flecha del tiempo no nos impulsa vertiginosamente hacia un universo degradado, sino por el contrario sabemos que vamos por un camino de creatividad y complejidad creciente. Esto nos impulsa a desarrollar nuevas categorías conceptuales para enfrentar el desafío de comprender el Universo lejos del equilibrio con sus permanentes sorpresas y nuevas posibilidades. La pesadilla de un destino prefijado es hoy parte de los libros de historia. La Física del siglo XX ha entrado en una nueva etapa.

LA FLECHA DEL TIEMPO
El diablillo de Laplace es una supermente equipada con el conocimiento de las leyes newtonianas del movimiento. Si somos capaces de suministrarle información sobre la posición exacta de todas las partículas en un instante dado, el diablillo podrá calcular -a partir de esta información exclusivamente- cualquier suceso pasado o futuro del universo. Para el diablillo el antes y el después son equivalentes, no hay forma de saber cuál es cuál, ya que el aplica siempre las mismas fórmulas; el tiempo para el es sólo una ilusión.

En nuestra vida cotidiana, sin embargo, la situación es totalmente contraria: distinguimos claramente lo que ya ha sucedido (nuestra infancia) de lo que no aconteció (nuestra muerte). Sin embargo, en el marco conceptual de la física clásica esta experiencia no tiene sentido. Las leyes newtonianas son reversibles, funcionan en ambos sentidos del tiempo. La vida ,en cambio, es irreversible: del nacimiento a la muerte; al igual que la evolución biológica que procede de la simplicidad a la complejidad, de la ameba al homo sapiens.

Si nuestras experiencias y nuestras teorías biológicas van a contramano de nuestras teorías físicas, algo anda mal y es necesario algún ajuste. La termodinámica clásica vino a poner las cosas en su lugar al plantear por primera vez en la física moderna la existencia de una flecha del tiempo que nos permite establecer con claridad una dirección que apunta desde el pasado hacia el futuro.

Utilicemos la metáfora del Universo como una película, si proyectamos una secuencia donde la tierra se mueve alrededor del sol, nunca sabremos si la estamos pasando de atrás para adelante ( o viceversa) a menos que sepamos de antemano si el giro es de este a oeste o a la inversa.

Lo mismo sucedería si pudiéramos filmar una reacción atómica, pues si vemos el choque de una partícula alfa y un núcleo atómico, en un sentido la proyección indicará la fusión para formar un átomo más pesado y en el otro mostrará un proceso de desintegración. Esto es así porque todos los procesos mencionados pueden ser considerados reversibles; nada en ellos indica una dirección en el tiempo.

En cambio, si pudiéramos filmar el flujo de calor, por ejemplo desde un recipiente a 100 º hacia otro a 25 º, la situación sería totalmente distinta, ya que en la naturaleza sólo es espontáneo el paso del calor en un sentido: de lo caliente a lo frío. En el ejemplo de la película, si el flujo de calor se expresa en cambio de color, sólo habrá una forma correcta de proyectarla. Hemos encontrado una dirección en el tiempo, sabemos cuál es el pasado y cual el futuro: hemos descubierto una flecha en el tiempo.