Un sistema en movimiento permanente y evolutivo no necesita mostrar muchas características para ser reconocido; es lo que conocemos como un sistema no lineal, cuya característica fundamental es la de ser un sistema irreversible. Cuando pensamos en el universo, percibimos rápidamente que el sistema tiene estas características. Sin embargo, una parte del universo se percibe como un sistema relativamente estable o bastante estable, a juzgar por lo que podemos percibir en nuestros días. Aun en un grado menor de la organización, en nuestro planeta Tierra, nos encontramos con otro sistema relativamente estable: la Tierra y la vida.
Las metodologías desarrolladas por los astrónomos permiten reconocer que en las galaxias, el sistema es cambiante, a pesar de que los avances del conocimiento son contemporáneos con los del mundo biológico. Entre los fenómenos que se pueden citar está el alejamiento de galaxias, que permite suponer el crecimiento del universo. En otros casos se asiste al nacimiento de estrellas, como las explosiones que generan las supernovas, y también al envejecimiento y la muerte de estrellas, revelados por los cambios de color y las emisiones de radiaciones característicos. El cosmos tiene un carácter evolutivo. Sagan (1980) describe "Además las estrellas nacen, las estrellas evolucionan, las estrellas mueren. Si esperamos lo suficiente aparecerán nuevas estrellas, y desaparecerán estrellas viejas. Las figuras del cielo se funden lentamente y van cambiando". Y haciendo referencia a la duración de los procesos, comenta: "La vida de un ser humano se mide en décadas. La vida del sol es 100 millones de veces más larga. Desde el punto de vista de una estrella la vida de un ser humano es un diminuto relámpago…". Aunque parezca elemental, la referencia hace alusión a la tan diversa duración de los procesos que tienen lugar en nuestro universo. Entre el nacimiento, la evolución y la muerte de galaxias (proceso extremadamente lento), que puede percibirse como un sistema continuo, existen otros comportamientos. Es el caso de los sistemas planetarios, los que pueden girar de forma sistemática, repitiendo su rutina aparentemente indefinida…(un proceso lento) que sugiere estabilidad, mientras que otros son tan breves, como el de los ciclos de vida, con nacimiento, crecimiento y muerte completando el proceso, que por su magnitud y velocidad están marcados para mostrar una rápida extinción. En este punto parece razonable destacar que la naturaleza de la materia permite semejantes diferencias en las magnitudes de los diferentes procesos. Es decir, al tiempo que observamos procesos que parecen continuos en el tiempo o eternos, también podemos visualizar procesos que por su brevedad parecen suceder a velocidades muy altas en los rangos nuestros de apreciación.
La Tierra como sistema evolutivo relativamente estable
Cuando decimos que la Tierra tiene alrededor de los 4600 millones de años, nos arrimamos a las apreciaciones realizadas por el hombre utilizando técnicas razonables de aproximación. Como podemos suponer, la Tierra no ha permanecido igual desde su origen hasta el estado actual. Los geólogos y biólogos se han preocupado por conocer el origen y la evolución de la vida en la Tierra, pero también qué cambios habría sufrido nuestro planeta. Sin dudas, sorprende conocer que la distribución de los continentes ha cambiado bastante a través del tiempo y que la vida aparece después de la generación o nacimiento del planeta (Fig. 3). Es decir, la vida aparece una vez superado el periodo de enfriamiento necesario hasta temperaturas que permiten la presencia de agua en forma liquida y la estabilidad de los minerales participantes. Si la Tierra se forma hace 4600 millones de años, la vida se inicia aparentemente solo hace unos 3500 millones de años, periodo que sirvió para llegar a condiciones favorables para sostener el fenómeno. La evolución de la Tierra parece así un proceso de larga duración y mucho más si pensamos en procesos que están simultáneamente teniendo lugar en el planeta (Fig. 4), pero que evidencian una duración breve. Así, por ejemplo, la ubicación relativa de la Tierra en el sistema solar toma 365 días para completarse, pero la duplicación de una célula bacteriana solo lleva minutos.
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Figura 3. Izquierda: Aproximación evolutiva de la Tierra desde hace 180 millones de años hasta la actualidad considerando la distribución de los continentes por efecto del movimiento de las placas tectónicas. Derecha: situación actual de la distribución de las placas tectónicas en relación con los continentes.
La materia/energía y el equilibrio o la reactividad
La reactividad cambia en distintas situaciones y también según la naturaleza de las diferentes tipos de energía. Ello ocurre cuando se agotan los reactantes interactuantes (desequilibrio) que generan una reacción determinada y los productos finales de la reacción no tienen la capacidad de interactuar entre sí o en otra reacción. Se dice que un sistema está en equilibrio cuando pierde la potencialidad de reactividad en el entorno en el que se encuentra, o que el sistema tiende al equilibrio cuando pierde reactividad en el lugar en el que se ubica. No cabe duda de que lo que más genera creatividad es la situación en la cual un sistema de reacciones se ubica fuera de un equilibrio termodinámico. Tampoco cabe duda de que es el desequilibrio lo que genera el movimiento y la creatividad de la materia/energía en las diferentes formas en que se percibe su presencia y actividad. Hay desequilibrio cuando una fuerza obliga al movimiento a un objeto que está en equilibrio con su entorno y también hay desequilibrio cuando un ácido y un álcali tienden a interactuar con movimiento en dirección al equilibrio. Cereijido (2009) en su libro Elogio al desequilibrio ha comentado detalles muy atinados sobre todo lo que genera el desequilibrio en la materia.
En cualquiera de las situaciones donde la matemática reconoce el caos o los procesos dinámicos no lineales, nuestro pensamiento se orienta a reconocer las múltiples manifestaciones de la materia, por ejemplo desde la atmósfera caótica que envuelve a Júpiter, pasando por el crecimiento de los sistemas biológicos o las oscilaciones del precio del algodón, tal como lo analiza Gleick (1988). Evidentemente, parece tratarse de sistemas complejos que resultan de la naturaleza cambiante de la materia y en los que es difícil o imposible no solo la detección del determinante causal, sino también la realización de una predicción. Esta dificultad puede ser el resultado del número de componentes del proceso, y de lo impredecible de los cambios que está generando la materia, cuyas interacciones van siendo diferentes a cada instante por la calidad y cantidad de los componentes, así como por cambios de naturaleza y propiedades. Podríamos pensar que la reactividad es la que genera el orden y que la inexistencia de propiedades reactivas determina las instancias caóticas de las interacciones de la materia.
Cuando pensamos en la materia/energía, no podemos dejar de reconocer que es el componente único del mundo que nos rodea y que la diversidad que se observa en las cosas que percibimos y sus propiedades está en su esencia. Podemos preguntarnos de dónde se generan tantas cosas. Pero la respuesta está muy cerca. De su naturaleza cambiante según el entorno y las interacciones. El comportamiento de la materia en cambio permanente solo nos permite visualizar que son las interacciones con otras formas de materia, la temperatura, la presión, y calidad y cantidad de otras formas, los determinantes de lo que puede mostrar un proceso. En general, la reactividad orienta los procesos hacia el equilibrio termodinámico, pero existen excepciones, como el hecho que la simple colisión de un fotón en una molécula de clorofila permite una ruptura de la tendencia al equilibrio, haciendo que el sistema funcione alejado del equilibrio termodinámico, aunque el sistema siga inexorablemente su tendencia hacia el equilibrio.
El cosmos ha sido percibido por el hombre en principio como un sistema inmutable, aunque asociado a un movimiento permanente y estable. Desde Newton se pudieron predecir los movimientos de los astros como en un sistema lineal, estable, un sistema físico totalmente reversible que por su naturaleza se ajustaba a la realidad del conocimiento de la época. Desde entonces la ciencia ha avanzado de una manera importante, se han descrito sistemas no lineales con oscilaciones y bifurcaciones, y en la actualidad se trata de unificar los principios de la física atómica con los de la física de los grandes cuerpos. Entonces, ¿el Cosmos puede considerarse un sistema lineal y reversible? Aparentemente, la materia/energía siempre se orienta hacia el equilibrio termodinámico y tiende a él, y es difícil concebir que el universo escape a este principio, aunque tiende al equilibrio a una velocidad diferente de la de los hechos cercanos que mejor conocemos.
Nos llama la atención que, después de haberse señalado que el cosmos es un sistema en evolución que muestra nacimiento de galaxias y muerte de estrellas, se lo siga considerando un sistema estable. La existencia de dichos procesos, ¿no denota que el cosmos es un sistema no lineal cuya evolución es impredecible y en el que la diversidad de formas de materia interactuante es uno de los componentes fundamentales? ¿No podemos pensar que por su naturaleza (materia/energía interactuante) sea visto como un proceso que se desarrolla a muy baja velocidad?
Partiendo de la idea de que el cosmos es un sistema dinámico por naturaleza, la diferencia entre sistemas lineales y no lineales parece radicar únicamente en la velocidad con la que se cumple el proceso. Es decir, que el universo en verdad no tiene procesos lineales, en su esencia el cosmos es un gran proceso no lineal, con muertes y nacimientos, pero sus procesos constituyentes tienen características tan diferentes que en muchos casos con nuestra escala de tiempo los percibimos como sistemas estables y en otros, como sistemas no estables, o por lo menos no lineales. Es evidente que las inestabilidades y bifurcaciones que en unos sistemas se observan en periodos breves en el universo necesitaríamos muchos millones de años (o valores impredecibles) para observarlos (pero nunca un valor que podríamos llamar infinito).
Parece claro que si hay nacimiento de galaxias el sistema está creciendo, es decir, está evolucionando, aunque por la naturaleza probabilística, incluyendo el azar, no podemos saber cómo se orienta dicha evolución, que puede desembocar en una prolongada lenta evolución sin cambios o en un big bang utilizado para explicar el origen del universo.
La materia y la complejidad
La materia y su diversidad de formas con capacidad de interactuar sucesivamente generan una unidad más compleja. Esto se debe a que cada parte interactuante parece tener la capacidad de guardar las potencialidades que derivan de su condición original; al mismo tiempo, muestra nuevas propiedades en la unidad más compleja. Por lo que podríamos reconocer en la complejidad el resultado al que inexorablemente llega la materia como consecuencia de su reactividad y diversidad de formas que genera. Según la enciclopedia libre Wikipedia, "el término "complejidad" tiende a ser usado para denotar algo que está formado por muchas partes intrincadas, donde sus relaciones y comprensión conciernen con la teoría de sistemas complejos".
La complejidad, que puede ser diversa según el estrato y la naturaleza de fenómenos en los que se observa, viene a ser como una parte del camino en el que viaja la materia en su serie de inevitables evoluciones. Solo recientemente podemos imaginar que en el mundo biológico, por ejemplo, toda la diversidad de formas de la diferenciación de los distintos órganos de un individuo, resulta de unas pocas interacciones epigenéticas que orientan una producción metabólica específica al tiempo que orientan la expresión de una forma y de una función.
Estimamos que las ideas de complejidad son muy válidas, ya que sin ellas sería mucho más difícil percibir cómo un sistema que nace simple puede transformarse en un sistema cada vez más complejo y con ello adquirir nuevas propiedades emergentes, que se agregan a las ya múltiples propiedades de la materia, incrementando aún más sus posibilidades de interacción.
Existencia, diversidad, concentración, temperatura, presión son propiedades que interaccionan en la complejidad. La velocidad del proceso y el tiempo son componentes fundamentales en la fase probabilística del desarrollo del proceso o interacciones que evolucionan hacia manifestaciones diferentes a las iniciales, orientando la reactividad sobre la base de las propiedades de la materia en el entorno.
En este punto es imposible discernir sobre el origen de la complejidad, y aunque podamos suponer que todo se origina de una forma simple de materia que trasmutará seguidamente, no se puede distinguir a partir de cuál o de cuáles formas se ha formado el primer núcleo evolutivo. Sin embargo, no cabe duda de que la capacidad de cambio y la interactividad estuvieron siempre en la base de toda la evolución. El universo actual es pues un proceso evolutivo que no permite discernir cuál ha sido su origen. Por lo que concierne a su naturaleza y comportamiento, es evidente que la velocidad con la que se cumple el proceso en esas concentraciones de materia y dimensiones es sensiblemente lento, de manera que las leyes del movimiento son aplicadas aparentemente con alta reproducibilidad, lo que permite realizar predicciones directas sobre la posición de los componentes. El cambio de comportamiento de la materia/energía en relación a lo pequeño (perspectiva cuántica) parece pues un problema en el que la complejidad (incluyendo cantidad y otros componentes) parece estar involucrada por la naturaleza de sus participantes, incluyendo su estabilidad. Parece razonable que las propiedades emergentes se vayan generando progresivamente con el crecimiento de los sistemas en la complejidad. Así, los grandes cuerpos obedecerían a sus propias leyes derivadas de sus propiedades específicas.
La materia/energía y la autoorganización
Este es un rasgo que se encuentra frecuentemente en la naturaleza. Se puede percibir que incluso algo tan simple como la formación de cristales constituye un fenómeno de autoorganización. Tanto en las celdas de Bénard como en la formación de los rayos láser se puede percibir que la formación de las nuevas estructuras es resultado de autoorganización. En biología se han descrito numerosos ejemplos, entre ellos, en proteínas y otros polímeros, pasando por ribosomas, mitocondrias y células en unicelulares y también en pluricelulares a nivel celular. Todos estos ejemplos señalan que el fenómeno tiene lugar en distintos estratos de la complejidad biológica (Trippi et al., 2012). Los mecanismos involucrados parecen ser diversos: una interacción con participación de energía exógena como en las celdas de Bénard (calor actuando en la modificación de la estructura de organización del agua), simplemente un cambio de estado energético, un cambio de configuración espacial como en muchas proteínas (movimiento o intercambio de energía interna). En todos los casos siempre es necesario destacar que los estados existentes fuera del equilibrio termodinámico tienden al equilibrio inexorablemente.
La observación realizada por Banghan et al. (1965) acerca de la capacidad de los fosfolípidos de autoorganizarse en membranas celulares ha constituido un hito fundamental en la biología. Así, se acepta que la autoorganización de la materia resulta, no un producto del azar sino un camino obligado por la necesidad.
La materia y el determinismo
El reconocimiento de las propiedades de la materia, su comprensión y su significado parecen fundamentales para tratar de entender lo que ocurre en nuestro universo. Asimismo, la evolución del conocimiento a través del tiempo permite el acercamiento a la naturaleza de los fenómenos de manera más adecuada a la realidad.
Laplace (1836) se basaba fundamentalmente en la tendencia que marcan los sucesos en los que se encadenaban causa y efecto, que dio lugar su popular enunciado "Podemos mirar el estado presente del universo como el efecto del pasado y la causa de su futuro. Se podría concebir un intelecto que en cualquier momento dado conociera todas las fuerzas que animan la naturaleza y las posiciones de los seres que la componen; si este intelecto fuera lo suficientemente vasto como para someter los datos a análisis, podría condensar en una simple fórmula el movimiento de los grandes cuerpos del universo y del átomo más ligero; para tal intelecto nada podría ser incierto y el futuro así como el pasado estarían frente sus ojos". Parece claro que Laplace creía que desde el determinismo podría predecirlo todo, aún sin tener en cuenta diferentes aspectos del comportamiento de la materia.
Sin embargo, también es claro que en la actualidad se puede entender mejor la proposición considerando las propiedades de la materia que muestran por lo menos dos aspectos de su propia naturaleza: la reactividad y la diversidad de formas reactivas, que son las determinantes de cualquier interacción en la naturaleza. Fue recién alrededor de 1900 cuando los físicos ponen en evidencia una propiedad insoslayable de las partículas pequeñas de la materia gracias a los aportes de Planck, Dirac, Heisenberg, Schrödinger, Einstein, entre otros, con el desarrollo de la mecánica cuántica y la definición de estado cuántico, que no solo trae el planteo de unificación en física, sino que evidencia que el "azar probabilístico" constituye una de las propiedades fundamentales de la materia, participando en la conformación de la misma materia. No parece posible comprender en la actualidad que en la naturaleza ocurra algo sin la participación de la reactividad y del azar probabilístico en forma concomitante y complementaria. Ambos principios son conocidos desde hace tiempo como azar y necesidad, aunque no fueron considerados como propiedades fundamentales de la materia en la interacción y evolución hacia la complejidad (ver más adelante).
En este punto parece interesante destacar que Laplace reconoció en el mundo en el que vivimos que el azar juega un papel importante, debido a que fue pionero en el desarrollo de la estadística. En l812 publica su Teoría Analítica de las Probabilidades, en la que destaca los principios y las aplicaciones de las probabilidades cuando expresa: "Es notable que una ciencia que comenzó con las consideraciones de juegos de azar había de llegar a ser el objeto más importante del conocimiento humano. Las cuestiones más importantes de la vida constituyen en su mayor parte, en realidad, solamente problemas de probabilidad".
Pensamos que el determinismo, en principio, orienta la idea que la interacción es un aspecto fundamental y señala una tendencia de reacciones en un proceso. Por ello el determinismo puede significar solo la tendencia que impone la reactividad a las interacciones de la materia. Es decir que el determinismo resulta particularmente de la reactividad de y entre las diversas manifestaciones de la materia/energía. Las interacciones aparecen cuando la naturaleza y las propiedades de algunas formas de la materia reúnen los requisitos de afinidad o repulsión para desarrollar una reacción o proceso. Este hecho conlleva el reconocimiento que los flujos de energía entre las distintas formas de materia inducen cambios que se reconocen en muchos casos como procesos.
Si nos referimos a los procesos que podemos observar en la Tierra, no cabe duda de que el determinismo nace y se ubica en la interacción de diversas formas de la materia/energía con capacidad para inducir o alentar el desarrollo de los procesos dinámicos, inestables, no lineales que oscilan entre casi la estabilidad (lentitud de cambios y evolución por su dimensión) y la inestabilidad (alta velocidad de cambios y evolución).
Figura 4. Representación esquemática de la aparición y evolución de la vida en la tierra en 4600 millones de años, según la evaluación paleontológica (Sánchez, 2010).
Necesariamente la interacción de las diferentes manifestaciones de la materia que pueden participar por reacciones es el principio determinista que aparece como subyacente de todos los procesos que se pueden generar. Esta serie de interacciones coexiste en todos los procesos dinámicos que son de naturaleza probabilística y resultan de la diversidad de formas de la materia y su reactividad con propiedades diversas, incluidas las de complejidad diferente.
Se podría decir que el determinismo, tanto en el universo como en la Tierra, reside en la posibilidad de interacciones de la materia/energía en primera instancia, aunque la evolución posterior del sistema sea de naturaleza probabilística. Quizás es más correcto decir que el inicio en la interacción concierne más al determinismo y que en el desarrollo o evolución coexisten ambos, determinismo y probabilidad (Figs. 5 y 6). Por todo ello puede concluirse que el determinismo de los fenómenos naturales se genera en la reactividad de la materia mediante un flujo de energía o movimiento en la materia/energía, con participación de la diversidad de especies interactivas y sus manifestaciones. Es decir que el sistema interactuante se orienta ahora hacia un aumento de la complejidad, donde el universo es un encadenamiento de causa y efecto en todas sus partes como una compleja luminaria.
No cabe duda de que el movimiento resulta de una natural tendencia de la materia a interactuar con la energía que, en suma, son dos manifestaciones de una sola esencia. En esa interacción, el movimiento se percibe como la manifestación más conspicua del permanente flujo de energía. Cómo se generan estas interacciones y cuáles son sus causas determinantes, aunque se pueden discernir en lo inmediato o cercano por sus propiedades físicas, químicas y biológicas, es todavía indiscernible en lo absoluto.
Figura 5. Esquema de interacción entre diversas formas de materia/energía, interacción determinante que se transforma en movimiento y estructuras dinámicas, no lineales, que permite albergar determinismo y probabilidad (azar) sin exclusiones de una parte ni de otra.
La materia/energía y la probabilidad en el desarrollo y la evolución
La materia/energía y su participación probabilística en los procesos de evolución y desarrollo en biología han sido objeto de estudio desde hace muchos años. Sin embargo, parece haberse enfatizado únicamente en su aspecto determinista.
La evolución, considerando la dinámica de la materia y sus capacidades de transformación y de interacción, constituye un aspecto fundamental en el tiempo presente para comprender los mecanismos implicados. En biología se considera que existe un determinismo desde la información genética que almacena la célula. Pero la misma célula está sometida a un sinnúmero de interacciones probabilísticas, tanto desde el medio interno como el externo. Son dichas interacciones las que aparentemente determinan la diferenciación de órganos durante el desarrollo, la de los individuos y la evolución de las especies y poblaciones.
Quizás podemos visualizar en la organización de un árbol cómo determinismo y probabilidad participan irremediablemente en las formas y propiedades de las interacciones de la materia. El reconocimiento de que los vivientes son sistemas abiertos permite comprender por qué si una planta crece en la oscuridad tiene un alargamiento desmesurado de sus ramas y profundas modificaciones en el tamaño y forma de las hojas. Ello resulta del hecho de que el determinismo genético o determinismo celular es responsable solo parcialmente de la última expresión de la forma, en cuyo caso la acción del ambiente es evidentemente probabilística. El fenómeno es conocido como adaptación, pero parece claro que hay determinantes genéticos que guarda la célula así como determinantes ambientales (Trippi et al., 2012).
No parece difícil discernir que lo probabilístico de las interacciones se manifiesta ya en las formas más simples de un proceso evolutivo en el que situamos el ciclo biológico de las especies. Las interacciones sucesivas conducen a la complejidad y a un mayor número de interacciones y a los distintos niveles que se van materializando en un cambio continuo evolutivo. Por ello, la probabilidad es un componente insoslayable que va materializando los cambios que conocemos como evolutivos.
Uno de los hechos más conocidos es la diversidad de los individuos dentro de una misma especie, donde el genoma específico es solo una noción de aproximación. Sin dudas la diversidad en la especie resulta no de un detalle codificado a nivel genético, sino de una interacción probabilística entre el sinnúmero de interacciones a nivel molecular, subcelular, celular, de órganos y organismos que son de naturaleza probabilística. Asimismo, es evidente que la diferenciación celular y el propio crecimiento durante el desarrollo hacen que la célula disminuya sus potencialidades de control y que la forma final de un organismo (y a mayor escala, de población y biosfera) resulte de interacciones probabilísticas de autoorganización. Para registrar nada más que una proyección de la Diversidad Combinatoria en la naturaleza, 20 aminoácidos naturales pueden dar 400 dipéptidos, 8000 tripéptidos, 64 000 000 de hexapéptidos y 10400 proteínas de 30 kD (Anónimo, 2013).
Desde nuestra percepción entendemos que en todos los procesos naturales el determinismo está basado en la interacción de la reactividad de la materia/energía (fuerza que impulsa y produce el movimiento) y la probabilidad en la diversidad de las distintas manifestaciones de la materia/energía que pueden participar mediante interacción. Ambas propiedades, reactividad y probabilidad, están indisolublemente involucradas en todos los procesos naturales.
Por todo ello, el determinismo debe ser aceptado como idea que orienta hacia el movimiento, sin predecir nada de lo que puede ocurrir en un proceso porque dicho proceso se ordena y desarrolla en forma probabilística. Ese mecanismo es perceptible en todos los niveles de interacción de la materia/energía que se consideren.
Figura 6. De la reactividad de la materia emerge primero una diversidad de formas por diferencias de estado y otras propiedades físicas y químicas. Dicha reactividad constituiría el motor del movimiento, generando lo que se percibe como determinismo. Asimismo, la diversidad de formas reactivas e interactivas generaría los procesos probabilísticos que a su vez se expresan en la complejidad y la evolución.
Tras del sueño de comprender
¿Qué es una singularidad? Para explicar la gran explosión (big bang), los físicos proponen la existencia de una singularidad (predicción que emana de la teoría de la relatividad, donde las leyes de la física no son aplicables) como una de las alternativas en el tratamiento matemático del espacio-tiempo en la evolución del universo. Ello significaba que el universo colapsado debía haberse contraído a la magnitud reducida de un punto o condición particular. Quizá es posible que el universo pueda haber nacido desde un estado que además de ostentar una masa infinita reunía los parámetros necesarios para producir una gran explosión.
La singularidad espacio-temporal, entonces, es el conjunto de puntos de un modelo astrofísico, en donde la curvatura del espacio-tiempo se hace infinita, tal como predicen ciertos modelos de agujero negro, donde la actividad gravitatoria y su formidable atracción incorporan en su interior cuanta materia cae bajo su zona de influencia, incluyendo la luz, para transformarlo todo en partículas subatómicas. Aunque la idea de agujero negro es bastante antigua, recién en 1972 se logra reconocer el primero, y luego su número fue incrementándose hasta miles de millones. Aparentemente, la idea de Hawking (1988, 1991) era que los agujeros negros deberían dar pistas para buscar evidencias adicionales, para entender la existencia del big bang. Aunque la prodigiosa imaginación de los físicos y matemáticos pueda justificar con sus métodos los sueños más fantásticos, a veces, la realidad parece quedar rezagada sin mostrar todas sus potencialidades.
Siendo los agujeros negros devoradores de materia, se nos plantean dudas sobre los principios fundamentales de la física, como la estabilidad de la materia/energía en el universo. También podrían considerarse como mecanismos de regulación de la materia/energía en el universo. Finalmente, también como recicladores de la materia energía.
Sobre el azar y la necesidad
Demócrito, 500 años a.C., ha reconocido el azar y la necesidad cuando menciona: "Todo lo que existe en el mundo es fruto de azar y de la necesidad". Como ya fue señalado, también Laplace reconoce la existencia de un determinismo que encadena causa y efecto y también señala la importancia de la probabilidad. Según Francovich, se debe a Cournot (1804-1877) el haber explicado claramente que el azar y la necesidad coexisten en el diario acontecer sin contradicciones. El azar es el encuentro accidental de causas y efectos que concurren a la producción de un fenómeno. Francovich da un ejemplo simple: "una tempestad estalla en cierto momento obedeciendo las necesidades meteorológicas. Por otra parte, un hombre cruza el campo con un propósito determinado. Un rayo cae sobre el hombre y lo mata. Su muerte es un puro azar. Es la coincidencia fortuita de dos series de "causas y efectos". Más tarde, Monod (1993) publica su exitoso libro El azar y la necesidad en el que reconoce una manera de comprender la naturaleza. Luego de un repaso histórico sobre cómo concebía el hombre la naturaleza, describe de una forma simple y considerando los importantes aportes de la biología molecular, un entendimiento de la naturaleza sobre la base de los componentes naturales azar y necesidad. Para ello le confiere la necesidad a un proyecto que define como teleonómico, con la característica fundamental de invariancia en su autoconstrucción (vida). La información para su construcción está codificada genéticamente en el ADN, desde donde trasciende en una relación causa-efecto a través de ARN mensajeros que se traducen finalmente en proteínas. Monod también valoriza a las proteínas globulares por su trascendente participación no solo como catalizadoras en las reacciones, sino también por su importancia en procesos regulatorios de la síntesis de compuestos (activación o represión) que necesitan participar en justo equilibrio en el sistema. En los sistemas biológicos, además de las uniones covalentes (enlaces químicos que resultan de las interacciones atractivas entre los átomos y las moléculas determinantes de la estructura de la materia), Monod señala las propiedades estéreo específicas que les permite interactuar con partes de moléculas más grandes y complejas. En general son uniones débiles, muchas veces transitorias, que permiten orientar la función teleonómica en su correcta dirección, donde su estructura espacial juega un papel preponderante. El hecho que las proteínas globulares tienen la capacidad de ser separadas in vitro a sus constituyentes individuales manteniendo sus capacidades de autoorganización y readquiriendo sus propiedades funcionales fue interpretado por Monod como resultado de la información que emana del código genético, ya que la estructura de la molécula debe resultar de lo codificado en el ADN. Es decir que todo lo que deriva del ADN tendría que obedecer a la necesidad, y dejando solo la evolución como la parte que corresponde al azar debido a la escasa mutabilidad del genoma que se refleja en sus caracteres de reproducibilidad casi perfecta. Schrödinger (1940) ya había sugerido en su libro ¿Qué es la vida? la trascendencia del ADN, pero con el trabajo de Monod, azar y necesidad quedan ligados como la interpretación de lo que ocurre en biología en niveles microscópicos.
Debido a que estos conceptos de azar y necesidad nacieron de la expectativa humana, pareciera también que lo probabilístico puede tener causalidad. Sin embargo, cuando la interacción resulta una de diversas posibilidades, la probabilidad solo señala una posibilidad que nunca será absoluta.
Entonces la necesidad, como el determinismo, se basa en el principio de causalidad, mediante el cual la materia por sus propiedades de reactividad obligatoriamente promueve el proceso y puede encadenar causa y efecto. Sin embargo, cuando se cruzan dos o más procesos, como "la muerte de un campesino por un rayo durante una tormenta", se dice que el hecho resulta del azar. En cambio, parece razonable que el determinismo pueda unir procesos, y que aun el hecho atribuido al azar debe considerarse resultado de causa. En efecto, los procesos pueden ir por caminos probabilisticos, es posible que en algunos casos sea el que define una mayor frecuencia, y que en otros casos sea el de una posibilidad remota, como lo que llamamos azar.
Sobre las posibilidades de un suceso
El determinismo se basa en el principio de causalidad, cuya naturaleza reside en la reactividad y las propiedades de la materia. Como los procesos se mueven por caminos probabilísticos, es razonable que cuando hay muchas posibilidades el camino que finalmente se toma es el de mayor frecuencia estadística. Y al camino de menor frecuencia, o de posibilidad remota, lo hemos llamado simplemente azar. La tendencia del hombre al reconocer la naturaleza de los procesos ha sido contraponer las probabilidades, por lo que debíamos creer que era de una u otra forma (por causa o por azar). Sin embargo, aunque las probabilidades de sucesos sean diferentes (entre una y otra posibilidad), cualquier suceso o proceso debe resultar siempre de una causa (frecuente o remota, nunca inexistente).
Ante nuestros ojos parece probable que la idea de Laplace no haya sido considerada en su justa medida porque las causas serán siempre probabilísticas. Se puede encadenar causa y efecto en los diferentes procesos que tienen lugar en el universo, cuando existen las interacciones necesarias para que se produzcan. Pero el desarrollo de esos procesos no parece resultar de la necesidad, siempre implícita, que de manera clara refiere a la diversidad y probabilidad más alta de la interacción. Los procesos resultan así solo diferentes caminos que van delineando las frecuencias de interacción desde un 100% que interpretamos como necesidad hasta el 0%, pero que llamamos azar cuando la probabilidad de un suceso es simplemente muy baja. Por ello, no parece razonable contraponer azar y necesidad en los casos en los que las probabilidades de un suceso estén distribuidas distantes (de 0 a 100%), donde la necesidad refleja una probabilidad muy alta y el azar solo una probabilidad muy baja. Entonces, necesidad y azar no escapan al principio de causalidad, solo indican que tienen diferentes posibilidades en las interacciones que configuran un suceso.
La materia/energía es de hecho azar y necesidad
Cuando tratamos de relacionar las propiedades de la materia con los dos tipos de sucesos tan contrapuestos, llegamos sin inconvenientes a reconocer las propiedades fundamentales de la materia. Una de ellas, la reactividad, que hace posible un encadenamiento de causas y efectos y que se ubica en la base de lo que entendíamos como determinismo, y la otra, la diversidad de especies reactivas, que puede proveer la materia/energía, donde el azar probabilistico es un componente natural que sin duda puede intervenir en el movimiento en cualquier momento de la complejidad de los procesos causales. En efecto, siendo ambos, azar y necesidad, componentes naturales de la materia, nada de lo que ocurre en la naturaleza puede escapar a su influencia y ello es así tanto a nivel macro- como microscópico. Aunque la expresión azar y necesidad haya sido originalmente forjada para referir sucesos macroscópicos, parece que su extensión actual incluye procesos cuánticos.
Hoy parece razonable admitir que el azar probabilistico se manifiesta claramente cuando la física demuestra la naturaleza cuántica de la materia en pequeñas partículas; y su percepción resulta de una naturaleza diferente también en niveles de organización de mayor complejidad, como se manifiesta en la probabilidad de colisión de diferentes procesos u objetos.
En resumen, cualquier interacción tiene como protagonistas una causa y un efecto. Lo que define una causa parece ser la frecuencia en la que está presente el determinante o causa. A veces la causa resulta de un componente único (absoluto), en otros casos, la causa resulta de un componente probabilistico, mientras que en otros, la causa resulta del azar.
Cuando consideramos la materia, parece claro que algunas interacciones pueden guardarse en el tiempo, tal como el equilibrio que guardan los grandes cuerpos en el espacio por acción de la gravedad. En cambio, en otras interacciones como en las unidades cuánticas al ser inestables, se tiene que recurrir al estado probabilístico para explicar y utilizar su comportamiento. Ello se debe a que la mayor frecuencia o la frecuencia remota puede resultar parte en el determinismo de la materia conferido por la reactividad modulada por la calidad, cantidad, diversidad y más.
Si la materia no fuera probabilística en biología
En la actualidad en biología se tiende a explicar todos los procesos naturales con la participación determinante de los genes, aunque a veces existen muchas dificultades para explicar de manera simple la existencia de los más diversos caracteres, por ejemplo, la diversidad individual dentro de cada especie.
En este momento pensamos que si la materia no fuera probabilística no podría existir la individualidad característica en los organismos de cualquier especie que se trate, ya que todos sus individuos serían iguales; también tendría que existir un genoma especifico, y naturalmente no encontraríamos ninguna diferencia entre los hermanos gemelos, seguramente no habría tantas formas como se observan en la naturaleza. La universalidad en el uso de los medicamentos sería un valor agregado al medicamento, sin pensar en el comportamiento individual, en suma, todo sería más homogéneo de lo que es hoy en día. Sin lugar a dudas se podría incluir todo lo que resulta de la actividad de los seres humanos, gustos por la música, los deportes, religiosidad, orientaciones políticas, tendencias diversas, etc. Seguramente la genialidad y la creatividad de los humanos quedarían reducidas a la capacidad de adaptación más elemental y careceríamos de las soluciones brillantes que solo se les ocurren a algunos.
Parece razonable que la diversidad generada por la probabilidad de interacción de la materia pueda ser entonces un rasgo insoslayable de las cosas materiales y que ahora esa tremenda diversidad nos impresione algo menos. Si analizamos cualquiera de los rasgos que caracterizan al mundo orgánico, pensamos, por ejemplo, en la percepción y podemos llegar sin mucho esfuerzo a preguntar ¿la percepción de qué? Y encontramos que muchas clases de componentes sutiles tienen una forma de percepción, más allá de los sentidos que han sido reconocidos en el hombre. ¿Cuáles son los componentes de la materia en el perro que le permite reconocer el ruido del motor del automóvil de su amo?
Quizás la consecuencia más trascendente en biología es aquella que concierne con la evolución, ya que al no existir posibilidades de alteraciones genéticas por la natural invariabilidad que supone la información codificada en el ADN, solo existirían mutaciones en muy baja cantidad y no existirían posibilidades de cambios por efecto de la selección natural, sino solo reordenamientos menores internos. Las modificaciones generadas por el ambiente solo podrían resultar de cambios epigenéticos que tendrían que ser trasladados al ADN para ser considerados activos. Las hambrunas en el hombre, la forma en cómo hacen el nido los pájaros, la floración en plantas, incluso el cáncer se han entendido como resultado de interacciones epigenómicas, según las ideas de Lamarck, donde el efecto del ambiente se traduce en metilaciones, acetilaciones, fosforilaciones, ARN, que modifican la expresión del genoma, y lo que es más trascendente es que puede ser trasmitido como herencia. El mecanismo aparece así como probabilistico y en el que el azar puede orientar modificaciones en el comportamiento. Asimismo, se plantea la posibilidad que ambos procesos, el reordenamiento interno y las mutaciones (azar) por un lado y por otro las alteraciones epigenéticas (probabilísticas con presión ambiental) sean mecanismos independientes y complementarios en el camino de la evolución por selección natural (Fig.7).
Parece razonable en el momento actual que una mayor comprensión de la selección natural resulte de un mejor conocimiento sobre los mecanismos que le permiten a la célula guardar en su memoria los cambios que pueden generar y guardar información desde lo epigenético y el ambiente. Ello es así considerando epigenético al entorno del ADN y núcleo celular hasta la pared celular, y ambiente a lo que se ubica en el exterior a la célula.
Un punto relevante en estas consideraciones es el relacionado con el desarrollo de los organismos pluricelulares en lo concerniente a los procesos de diferenciación, los que deben ser considerados el resultado de las modificaciones introducidas por lo epigenético y el ambiente. Por ejemplo, la alimentación que orienta la formación de reinas u obreras en el caso de las abejas, o la intensidad de luz que influye sobre el los tallos en las plantas, provocando su alargamiento a baja intensidad, hecho conocido como ahilamiento. La reiniciación de los ciclos de desarrollo, acompañados de un proceso de rejuvenecimiento, denotan claramente que el punto inicial (calidad embrional de la célula) se obtiene por un condicionamiento que emana del epigenoma (Armstrong et al., 2006), hecho tenido en cuenta en estudios de clonación. Es claro que los cambios introducidos desde el epigenoma no llegan a consolidarse (por lo menos hasta ahora no conocemos el mecanismo) en la información genética que resulta de uniones covalentes que se materializa en la estructura del ADN. Sin embargo, es bien conocido que muchos caracteres pueden ser trasmitidos por propagación vegetativa, usando trozos de tallos o esquejes, que reproducen en cada caso los caracteres de los tejidos del cual derivan. El fenómeno es conocido como "topophysis" (del griego "Topos", lugar y "Physis", naturaleza), que significa naturaleza del lugar (Molisch, 1938).
En cuanto a la estabilidad de los cambios, parece claro que mientras lo epigenético puede ser modificado desde el ambiente, los cambios en el genoma solo se guardan de manera estable en el genoma o memoria genética. Dichos cambios se explican por reordenamientos genéticos, mutaciones, etc., que aunque poco frecuentes, pueden ser provocadas por el hombre en forma experimental, y que naturalmente deben tener gran significado en la selección natural.
El cuadro que sigue intenta representar esquemáticamente los principios de la evolución biológica con los principales adelantos que ayudan a la comprensión de lo que Charles Darwin resume como teoría sobre el origen de las especies en 1859, de los mecanismos evocados por Sanpedro (2006) y las relaciones consideradas por Lewontin (2000).
Figura 7. Aunque la célula permite una disección de sus componentes y funciones, su reorganización no ha sido lograda "in vitro" sino por sus partes con capacidad de autoorganización. Así, se sabe que la memoria celular está relacionada con los genes (ADN) o genoma y el entorno del ADN o epigenoma, que se vincula más estrechamente con el ambiente externo. Si la evolución de las especies tiene como base la selección natural, entendemos aquí que ambos mecanismos, el epigenético y el genético, estarían vinculados. La memoria epigenetica que utiliza la célula durante el desarrollo de los pluricelulares es reversible y se expresa en la diferenciación celular y organogénesis (ciclos biológicos). La tendencia evolutiva generada desde el ambiente (presión) solo podría quedar fijada por una mutación (azar), endosimbiosis o evolución modular, y reordenamiento de la memoria estable de la célula en el ADN. En este caso, el carácter se seleccionaría automáticamente por ventajoso, cuando es el caso.
Resumiendo lo que no conocemos en el Universo
Mientras en el mundo orgánico la célula parece encerrar gran parte de los determinantes que se manifiestan en los procesos evolutivos de la biología, hasta aquí no conocemos otros casos que puedan considerarse similares. En el resto del universo no parece existir otro componente que guarde memoria. Por ello, la materia/energía parece interactuar de manera que lo que se reconoce más trascendente es un flujo de energía entre sus interactuantes que tiende a evolucionar hacia la complejidad, la cual parece resultar de procesos irreversibles. La diferencia entre lo biológico y el universo parece residir en que mientras que en lo biológico el proceso de la vida de los organismos es cíclico, por reproducción, en el universo no conocemos un mecanismo para la reiniciación de otro proceso evolutivo que permita su perpetuación, aun siendo la participación de la materia en esencia irreversible (Fig.8).
Figura 8. Si hay crecimiento el movimiento de energía es unidireccional e irreversible. ¿Galaxias y vida crecen? ¿Y a expensas de qué? ¿Materia/energía que tiene origen dónde y en qué proceso? No sabemos de dónde venimos ni adónde vamos. Entonces, ¿todo es irreversible, aunque las velocidades en distintos lugares sean diferentes? Y la irreversibilidad, resulta un proceso ineludible.
Más allá de lo apasionante que le resulta al hombre lo desconocido, los puntos que se desconocen impiden elaborar una hipótesis razonable acerca de cómo se acomodaron los hechos en los orígenes del universo, ya que los elementos constituyentes existen en el presente tras un proceso evolutivo. Proceso evolutivo en el que no se puede predecir la orientación hacia donde evoluciona el sistema, teniendo en cuenta su naturaleza probabilística. Aunque bien podemos suponer que alguna vez el universo tuvo su origen. A nuestro entender, el conocimiento actual no permite elaborar una hipótesis razonable y con posibilidades ciertas sobre el origen de la materia/energía. Es decir que nos quedan muchas preguntas elementales por resolver, entre ellas las que siguen.
¿Cuál es el origen de la materia/energía? ¿Cómo podemos imaginar el origen de la energía del universo? ¿El movimiento permanente se genera en la reactividad de la materia/energía? ¿El universo ha existido siempre? ¿Puede ser eterno y/o existir por ciclos en la eternidad? ¿Puede el universo generarse de la nada o desaparecer para siempre? ¿El universo es un sistema abierto o cerrado? Al ser evolutivo, ¿puede cambiar su geometría? ¿Comienza la evolución del universo con la transmutación de energía en materia en el camino de la complejidad?
Estas preguntas, que no son muchas, conciernen con aspectos básicos de la transformación de la materia en la formación y evolución del universo. Y no parece que otro constituyente del universo, aparte del hombre, se haya preguntado y preocupado en responder. ¿Será que el hombre como materia compleja tiene la sutil percepción de que su propia naturaleza es materia/energía? El problema subyace sin dudas y desde hace mucho tiempo en el pensamiento de muchos, entre ellos Diderot (siglo XVIII), cuando escribe:
« Si la foi ne nous apprenait pas que les animaux sont sortis des mains du Créateur tels que nous les voyons, et s"il était permis d"avoir la moindre certitude sur leur commencement et leur fin, le philosophe, abandonné à ses conjectures, ne pourrait-il pas soupçonner que l"animal avait de toute éternité ses éléments particuliers épars et confondus dans la masse de la matière; qu"il est arriveé à ces éléments de se réunir, parce qu"il était possible que cela se fit; que l"embryon formé de ces éléments à passé par une infinité d"organisations et de développements; et qu"il a eu par succession du mouvement, de la sensibilité, des idées, de la réflexion, de la conscience, des sentiments, des passions, des signes, des gestes, des sons articulés, un langage, des lois, des sciences et des arts. »
También cuando Jean Guitton (1991) declara: Hoy tengo ganas de darle la razón a Bergson y a Teilhard: como ellos tengo la tentación de creer que la materia está hecha de espíritu y que ella nos conduce directamente a la contemplación de Dios. Me pregunto si sesenta años después de los grandes descubrimientos de la teoría cuántica, mis creencias en la espiritualidad de la materia, o incluso en la materialidad del espíritu, están efectivamente fundadas".
¿Por qué nuestros deseos de conocer son inagotables? ¿Cuál es el desequilibrio físico o base física que lo determina y que nos hace buscar respuestas? ¿Es que la materia tiene más propiedades que las que conocemos? ¿Podremos conocer las causas físicas que determinan lo que queremos y sentimos…, y tantas cosas más? ¿Entonces la materia es la que nos confiere la capacidad no solo de percibir sino también de comprender? Y nosotros, como materia, ¿somos capaces de reconocernos a nosotros mismos?
Resumen y conclusiones
1. La materia/energía es el único constituyente de todos y cada uno de los componentes del universo. Su naturaleza emana de dos propiedades fundamentales, la reactividad y la diversidad.
2. Su capacidad para formar los componentes del universo se manifiesta en su versatilidad, que abarca los cambios de estado, transmutabilidad y reactividad, permitiendo su evolución hacia sistemas complejos que evidencian propiedades emergentes.
3. La evolución de la materia/energía tiene lugar por fenómenos de autoorganización que se materializan en los distintos niveles de complejidad.
4. En la formación de las partes del universo y en su diversidad, la materia/energía participa por su reactividad como el factor determinante, generando la idea de determinismo (con causalidad) y se manifiesta en la diversidad como resultado de la participación de las formas variables de materia/energía en calidad, cantidad y propiedades encadenando causalidades.
5. El modelo estándar que explica la formación del universo evoca un proceso evolutivo de la materia que va desde un estado condensado de la materia/energía, que a partir de una gran explosión va generando núcleos atómicos, elementos livianos y pesados, minerales y materia sólida (planetas) como resultado de un enfriamiento progresivo.
6. El cosmos se reconoce como un Universo Evolutivo, en el que su equilibrio está determinado por un número de componentes o reactantes de impredecible comportamiento, como la homogeneidad, la densidad, la distribución de la masa, etc., donde, como la determinación de precios a futuro del maíz, no se puede hacer predicciones.
7. La materia/energía precursora del big bang es preexistente y carecemos de orientaciones para elucidar su origen. Aunque parece probable que su primera manifestación sea como energía y su primera transmutación sea de energía a materia, coexistiendo en adelante.
8. La materia/energía, al evidenciar los caracteres fundamentales de reactividad. y también de diversidad y complejidad conservando su reactividad, permite que su evolución sea probabilística, un carácter fundamental que define un mecanismo que aplica la naturaleza para generar, por ejemplo, la diversidad biológica.
9. Los caracteres y las propiedades de la materia/energía son universales y participan en todas las presencias y los procesos en forma independiente de la velocidad con la que se cumplen los procesos.
10. Por sus características de reactividad y de diversidad, la materia/energía tiende a generar siempre procesos que por su naturaleza se los conoce como irreversibles y no lineales.
11. La tremenda diversidad de formas y caracteres solo puede entenderse desde una participación probabilística de las diferentes manifestaciones de la materia energía.
12. La tendencia a mostrar que cada parte del universo puede evidenciar signos de una evolución independiente podría sugerir que también puede renovarse por partes. Asimismo, una renovación total podría sugerir una existencia cíclica, lo que se desconoce hasta hoy.
13. Tanto el espacio como el tiempo son considerados como parámetros en los cambios observables en un universo evolutivo, aunque ninguno de los reúne las condiciones que desarrolla la materia como reactante.
14. El movimiento resulta de la reactividad de la materia/energía y se reconoce en todos los niveles de interacción, donde nada es estático y todo es evolutivo.
15. En las preguntas, queda resumido lo que el hombre en su afán de comprender deberá tratar de aclarar en el futuro, aunque aún la capacidad de elegir en qué concentrar nuestra atención resulte nada más que probabilística.
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Agradecimiento. Los autores quieren expresar aquí su agradecimiento al Profesor de la FAMAF, Universidad Nacional de Córdoba, Dr. Osvaldo Moreschi, por haber aceptado una evaluación crítica del manuscrito, por los cambios de ideas, opiniones y enseñanzas, y por sus valiosos aportes que fueron incorporados al texto. Al Profesor de la Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, Dr. Gabriel Bernardelo, por sus valiosos aportes en la preparación del manuscrito.
Autor:
Victorio Trippi
Nacira Muñoz
Por Victorio S.Trippi y Nacira Muñoz¹
(1)INTA -CIAP – IFRGV, Camino 60 Cuadras km 5.5 (CP X5020ICA), Barrio Coronel Olmedo, Córdoba, Argentina
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