Caos: la Muerte de la Predictibilidad

El futuro no es lo que solía ser. Me refiero a la intrigante implicación de una rama de las matemáticas llamada teoría del caos, la cual establece que el estado futuro de sistemas dinámicos complejos, tales como el tiempo atmosférico, el cerebro humano, los mercados de valor, la evolución, y la historia en si misma, no son lo que una vez pensamos que eran. Específicamente, la teoría del caos sugiere que el comportamiento de los sistemas complejos, pese a seguir leyes, sus estados futuros permanecen en principio impredecibles.  El comportamiento de los sistemas complejos es exquisitamente sensible a las condiciones, de forma que pequeños cambios al inicio pueden resultan en grandes alteraciones a lo largo del tiempo. Así, la teoría del caos implica que el futuro no es siempre predecible a partir de eventos pasados, como solía pensarse que era. O en palabras que han sido atribuidas tanto a Niels Bohr como al jugador de baseball Yogi Berra, “la predicción es muy difícil, especialmente sobre el futuro.”

En este sentido, debemos también considerar la sabiduría del comediante y el extraordinario filósofo George Carlin: “Nadie sabe que será lo siguiente, pero todo el mundo lo hace.” Esto es importante así como divertido porque esto nos recuerda que el futuro no es independiente de nosotros, siguiendo una linea recta desde el pasado, sino que está constituido por lo que nosotros hacemos, en un batiburrillo de acciones humanas, biológicas y físicas que se retroalimentan entre sí. Nuestra vivida realidad es una en que los cambios que ocurren fugazmente se convertirán en las causas de los fenómenos próximos. Que exista un “que será lo siguiente” es inevitable, pero lo que realmente ocurrirá no es predecible, de acuerdo con la teoría del caos.

Funcionamiento del caos

Simulaciones por ordenador muestran que los sistemas complejos son extremadamente sensibles a las condiciones iniciales: el punto en el que tú comiences determinará la forma en que el sistema se desplegará. Esto es lo que el matemático y meteorólogo Edward Lorentz descubrió en procesos repetidos en sistema de simulación del tiempo atmosférico; aunque los puntos iniciales del programa variaban solo en unas pocas décimas de diferencia, éstos resultaban en cambios drásticos en los resultados del tiempo. En una  publicación científica de 1972, él llamó a este fenómeno el efecto mariposa, en el que apuntaba que “el aleteo de las alas de una mariposa en un lugar podría potencialmente afectar a los patrones del tiempo en otras lugares”.

Las condiciones iniciales de un sistema complejo nunca pueden ser determinados con la suficiente precisión como para hacer predicciones precisas sobre su comportamiento. Las mediciones no pueden ser en principio suficientemente precisas. Compara la situación a una linea milimetrada. Imagina tomar incluso la mas pequeña de las distancias y usarla para determinar con precisión  un lugar en la linea. Dado que linea es continua, en la que no existe un lugar en la que no sea indivisible en un numero mayor de lineas, el área marcada sobre la linea sobre la linea numerada reflejaría que el tamaño de la muestra no sería un punto discreto. De forma similar, determinar las condiciones iniciales de los sistemas complejos naturales dependerá siempre de la precisión de los instrumentos de medida usados, y ellos no pueden nunca ser lo suficientemente finos para ser completamente precisos. Nosotros podemos preguntarnos si el comportamiento de un sistema complejo podría de hecho ser tan sensible como para depender del comportamiento de una simple partícula subatómica. Consideremos el movimiento browniano. En 1905 Albert Einstein demostró que el movimiento aparentemente aleatorio de los granos de polen suspendidos en el agua puede ser explicado por sus colisiones con las moléculas individuales de agua. Sin embargo, mientras que los movimientos de las partículas están sujetas a las leyes de Newton del movimiento, las fuerzas que actúan sobre ellas nunca pueden ser medidas con precisión, de forma que sus trayectorias no pueden ser predichas con detalle.

Por su puesto, para la mayoría de los propósitos, las aproximaciones son suficientemente buenas. La temperatura, por ejemplo, es una buena aproximación de la energía de las moléculas del aire del ambiente. Así pues, cuando hay 75º en el exterior, yo se que no necesitaré una chaqueta (a menos que este lloviendo). Pero la temperatura del aire es una media sobre una variedad de energías de las moleculas de aire circundantes, y aunque la media es todo lo que necesito para determinar si llevarme una chaqueta, las medias pueden ocultar diferencias en los movimientos de moleculas individuales que pueden ser significantes en el comportamiento de un sistema caótico como el tiempo atmosférico.

Para complicar la situación aún mas, como un sistema complejo evoluciona a lo largo del tiempo, cada iteracion del sistema – cada uno de los ciclos del sistema o salidas – proporciona una nueva condición que retroalimenta al sistema. Esto es lo que J.A. Scott Kelso en Dynamic Patters (1995) se refiere como “causaron circular”. Nosotros estamos ahora solo empezando a ver que muchos procesos naturales significantes, tales como los implicados en el cambio climático, no progresan en una tendencia lineal, sino que giran sobre si mismos, amplificando o amortiguando sus propios efectos, y redireccionándose a si mismos. Cada nueva iteracion establece el contexto para la próxima iteracion. Nuevos fenómenos pueden ser creados.

Una buena ilustracion de causacion circular es proporcionado por Iain McGilchrists sobre el sistema complejo del cerebro:

“Los eventos en cualquier parte del cerebro estan conectados a, y potencialmente tener consecuencias para, otras regiones, que pueden responder , propagarse, intensificarse o desarrollar ese evento inicial, o alternativamente reajustarlo de algún modo, inhibirlo o colaborar en el establecimiento del equilibrio. No hay bits, solo redes, y una casi infinita coleccioón de rutas.” (The Master and His Emissary, 2010).

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Efecto mariposa

De echo, las interacciones entre las partes dentro de un sistema complejo puden ocurrir a diferentes niveles dentro del sistema, creando relaciones multi-nivel de gran susceptibilidad entre si. Considera la cita de Enrico Coen sobre el sistema respiratorio:

“Nuestra habilidad para respirar depende de la interaccion entre nuestro sistemas nervioso, musculos, esqueletos y pulmones. La funcion de nuestros pulmones depende de la composicion del mucus que recubre las paredes. La composicion del mucus depende de las proteinas que transportan los iones negativamente cargados de cloro. Cambios en solo uno de los elementos del sistema integrado puden tener consecuencias desastrosas. Los pacientes con fibrosos quística tienen dificultades para respirar porque ellos portan una mutacion en el gen necesario para el trasporte de cloro. Solo es necesario un cambio en los tres mil millones de pares de bases de nuestro genoma para causar la enfermedad. El funcionamiento de cada individuo depende de la integración de muchos componentes diferentes.” (Cells to civilization, 2012)

La imprevista muerte de la previsibilidad.

¿Por qué estamos tentados a pensar que nos dirigimos a un futuro predefinido? Déjame sugerir que estamos tentados porque las cosas a nuestro alrededor no son aleatorias sino que muestran patrones regulares. El día sigue a la noche; una estación sigue a otra; un objeto en reposo tiende a estar en reposo, y un objeto en movimiento tiende a estar en movimiento. Nuestro mundo tiene lo que el matemático John Casti, en su libro Complexification (1994) llama “estabilidad estructural” – una estabilidad que hace posible la vida sobre este planeta, y que confiere un buen grado de predictibilidad. Más específicamente, hemos encontrado que para que una cosa ocurra, algo mas debe ocurrir antes en una cadena de eventos. Esta es el modelo de causa y efecto.  Por ello es tentador ver la inevitabilidad en el curso de los eventos. En filosofía, esta visión es conocida como determinismo: nosotros podemos no conocer el futuro, pero el futuro no obstante seguirá al unisono como el resultado de una cadena de eventos, trayendo una cosa mecánicamente tras otra. Después de todo, tras unos pocos minutos de poner pan en una tostadora y encenderla, puedo predecir que pronto tendré pan caliente.

Las Leyes del Movimiento de Newton representan un triunfo en la predicción del futuro basado en el pasado. La perspectiva newtoniana ve el mundo como un sistema complicado similar a una máquina. Específicamente, el paradigma es un reloj. Las Leyes de Newton pueden ser usadas para hacer  algunas predicciones impresionantes. Ellas nos hicieron llegar a la luna, después de todo.

No es sorprendente que para gran parte de la historia de la humanidad las regularidades observadas hicieron a la gente creer que el mundo era el resultado de un diseñador inteligente, y que él, o ella, le proporcionó un sentido al mundo, y pre-ordenó el destino de todo a partir de un acto inicial de creación divina. después de todo, era razonable, si vivimos en un universo de relojería, este necesitaría la existencia de un relojero. Incluso hoy en día la ciencia tiende a proceder bajo la asunción de que con una profunda investigación, mediciones más precisas, y matemáticas más poderosas, patrones regulares y predecibles serán descubiertos en aquellas áreas donde la regularidad y la predictibilidad no son fácilmente aparentes. De echo, como apunta el doctor David Kernick, en el pasado la ciencia ha solido ver las limitaciones  de lo predecible “como datos o procesamientos inadecuados, omisiones, limitaciones o errores aleatorios.” (Complexity and Healthcare Organizations, 2004)

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La galaxia M82

Einstein famosamente bromeó diciendo que “Dios no juega a los dados con el Universo.”. Sin embargo, los electrones parece que nunca conocieron al dios de Einstein, dado que, como el resto de las partículas subatómicas, parecen ser capaces de viajar a través de cada posible vía entre aquí y allí, y parece completamente azaroso en lugar en el que ellos acaban. La trayectoria de un electrón es mejor entendida como un asunto de probabilidad, y no como una certeza determinista. De hecho, parece  que las partículas subatómicas,  juegan a los dados, en casino del nivel de la micro-realidad. Este es el primer elemento de absoluta impredicibilidad que mina nuestra confianza en que el mundo es un mecanismo predecible.

Una interesante consecuencia filosófica de la teoría del caos es que crea una segunda grieta en la noción de un universo regular y predecible, pero en esta ocasión en el nivel de nuestra experiencia diaria. En el pasado nosotros esperábamos que la casación resultase en reproducibilidad, y la reproducibilidad resultase en predictibilidad. Pero la teoría del caos nos dice que dado que la dinámica de los sistemas complejos es exquisitamente sensible a las condiciones iniciales, cualquier intento de ejecutar repeticiones en tales sistemas será obstaculizado si existe incluso la mas pequeña diferencia en las condiciones iniciales del sistema. Así que, aunque los fenómenos estando causados por otros fenómenos previos, esto no significa que el resultado sea el mismo; incluso si el futuro está determinado por el pasado.

Historia y misterio

No podemos seguir viendo la historia como meramente “un maldito hecho tras otro”, como se supone que fue definida por Henry Ford. Que el desplegamiento de los sistemas complejos dependa de la sensibilidad a las condiciones iniciales significa que la historia no sería mejor conocida que el futuro. Dado que los eventos anteriores son resultado de un comportamiento caótico, su sucesión es tan difícil de reconstruir como lo es construir el futuro. Como el poeta Paul Valery apuntó: “la dificultad  de reconstruir el pasado, incluso el pasado reciente, es en conjunto comparable a la construcción del futuro, incluso un futuro próximo; o al menos, son igualmente difíciles. El profeta está en el mismo barco que el historiador.” (Crisis of the Mind, First Letter, 1919).

No solo la historia es difícil de reconstruir, sino que, su complejidad crea imaginarios sobre los que especular. Historiadores, filósofos, y nosotros nos preguntamos “¿Qué hubiese pasado si hubiese ocurrido esto o aquello?”. Tomando el escenario hipotético, “¿Qué hubiese ocurrido si JFK no hubiese sido asesinado?”. Algunos historiadores sostienen que el Presidente Kennedy era muy receloso de cometer más que advertencias a Vietnam del Sur a comienzos de los años 60. De haber vivido, ¿podría haber evitado la Guerra de Vietnam? Y suponiendo que Kennedy hubiese mantenido a los EEUU fuera de la guerra, ¿En qué otros eventos podría haber resultado? ¿Como lo contaríamos?  Nosotros ni siquiera sabemos que combinaciones de eventos hubiesen sido necesarios para que él sobreviviese, sin tener en cuenta la probabilidad de que ocurriesen. Es demasiado fácil sugerir que todo lo que tenia que haber hecho era evitar la condición inicial de estar en Dallas aquel fatídico día. Pero ¿qué habría evitado su estancia en Dallas, y cuales habrían sido las consecuencias de eso para la historia posterior? Además, incluso si Kennedy no hubiese sido asesinado, cualquier política que él hubiese intentado adoptar hacia Vietnam podría haber estado sometida a importantes fuerzas compensatorias, tales como si el hubiese sido reelegido, si él podría haber contando con el apoyo de su partido; los intereses del complejo militar-industrial; las preocupaciones sobre la extensión del comunismo; y el papel clandestino de la administración Kennedy y la CIA en el apoyo inicial y la posterior retirada del líder Sud vietnamita Ngo Dinh Diem; y esto solo por citar unas pocas consideraciones que podrían haber jugado un papel sobre si la guerra de Vietnam hubiese tenido lugar.

Volviendo la visión periférica de la vida en si misma, el hecho de que los sistemas caóticos sean extremadamente sensibles a las condiciones iniciales sugiere una cierta creatividad en la naturaleza, dado que tal sensibilidad hace posible un tipo de “espacio vital”, proporcionando un espacio para que los resultado de los procesos naturales sean únicos, en el sentido de no reproducibles en detalle. El paleontólogo Stephen Jay Gould razonó que la contingencia histórica en este sentido posee un papel tan importante en la evolución como la selección natural. En La Vida Maravillosa (1990) él afirma que si nosotros pudiésemos devolver la evolución en la tierra a sus comienzos y restablecer el proceso con ligeros cambios en las condiciones iniciales, los organismos en nuestro planeta serían radicalmente diferentes.

La contingencia histórica puede también jugar un papel en las leyes de la naturaleza. En su libro Time Reborn (2013) el fisico Lee Smolin afirma que las leyes de la naturaleza en si mismas “emergen  desde el interior del universo y evolucionan en el tiempo con el universo que ellas describen.” Él cita a los reconocidos físicos cuánticos Paul Dirac y Richard Feynman sobre este punto. En palabras de Dirac:

“En los inicios del tiempo las leyes de la naturaleza eran probablemente muy distintas a lo que son ahora. Así, nosotros debemos considerar a las leyes de la naturaleza como si fluyesen continuamente con la época, en lugar de mantenerse uniformemente a lo largo del espacio-tiempo.”

Y Feynman observa que “En único campo que no ha admitido ninguna cuestión evolutiva es la física. Aquí están las leyes, decimos nosotros.. pero ¿cómo se establecen como tal, han evolucionado en el tiempo?… Entonces, puede resultar que no hayan sido las mismas a lo largo del tiempo y que exista una cuestión evolutiva e histórica.” El universo podría ser un sistema caótico en evolución, incluso bajo sus leyes.

Caos cosmico

En su estudio sobre las raíces sociales de los tiroteos en las escuelas, Rampage (2005), Katherine Newman advierte que “cuando estamos perdidos sobre como explicar algo (como los tiroteos en las escuelas), buscamos la causa más aproximada o inmediata” en lugar de intentar entender la compleja red de factores causales implicados. Sin embargo, la teoría del caos deja claro que el comportamiento de los sistemas complejos no puede ser entendidos analizando solo las causas próximas  de los comportamientos; uno debe entender el sistema.

De hecho, su sensibilidad extrema a las condiciones iniciales significa que los sistemas complejos no son aislantes sino que están conectados a todas las cosas que ocurren. Esto hace que establecer limites definidos entre los sistemas complejos individuales no sea simplemente arbitrario, sino quizás una ficción. Por ello parecería que en la búsqueda de las condiciones iniciales definitivas  de un sistema complejo, uno necesitaría empezar con la creación del tiempo en si mismo, porque el Big Bang representa el punto discreto en el que toda la materia del universo y la energía fue comprimida. La teoría del caos mantiene que, desde este punto en adelante, los más pequeños cambios en los eventos condicionarían  grandes diferencias en los estados futuros de las galaxias. (Como la Teoría de la Relatividad de Einstein deja claro, las grandes masas perfilan el espacio y el tiempo, y ellas mismas son a su vez dirigidas en sus trayectorias orbitales por las distorsiones en el tiempo y el espacio que tales masas crean. Por ello,  nosotros necesitaríamos añadir a las cualquier aportación causal, el efecto que las galaxias tienen sobre el desarrollo de si mismas).

De hecho mientras pensamos más profundamente sobre las limitaciones en la naturaleza, nosotros vemos que los limites son artificiales. Aunque nosotros tenemos una tendencia a reducir los sistemas a sus partes componentes, hay una buena razón para creer que las partes componentes no son las unidades de relevancia de la propia naturaleza, ni a nivel microscópico ni a nivel macroscópico. La naturaleza en si misma parece mas bien establecerse sobre las relaciones y los patrones sobre las que sus partes descansan. Born, Heisenberg y otros pioneros de la física cuántica mostraron que esto era cierto a nivel subatómico, dado que las observaciones que hacemos de los fenómenos cuánticos deben tener en cuanta al observador como una parte integral en los resultados obtenidos.  A nivel macroscópico, Einstein ha mostrado que el tiempo en si mismo es relativo a un marco de referencia. Quizás, entonces, los fenomenos a nivel macroscópico estén también íntimamente conectados como un conjunto. En su reciente libro El Corazón de la Oscuridad (2013), Jeremiah Ostriker y Simon Mitton resumen, con consternación, una conclusión alcanzada por Stephen Hawking y Richard Ellis:

“Las leyes locales de la física están determinadas por la estructura a gran escala del universo. Esto significa que la cosmología debe ser entendida, no como un entretenimiento resultado de una ocurrencia tardía, sino como uno de los fundamentos en los laboratorios de física, lo cual es un pensamiento inquietante.”

Inquietante para Ostriker y Mittion – pero genial para el desarrollo de mi argumento, dado que apoya la idea de que los eventos que aparentemente son locales no pueden ser separados de los mayores fenómenos del cosmos.

Para desarrollar este argumento un paso más, hay evidencias de que el comportamiento de las partículas subatómicas puede ser conectado instantáneamente a distancias ilimitadas – un fenómeno conocido como entrelazamiento cuántico no local. Este fenómeno desafiar la noción de sentido común de que la separación en el espacio y el tiempo hace a los eventos independientes entre si.  Einstein describió desdeñosamente al entrelazamiento cuántico como “acciones fantasmales a distancia.” Mientras que muchos no-científicos han saltado instantáneamente a las conclusiones sobre lo que la no-localidad significa,  y cómo podría ser usado -cualquier cosa desde teletransporte similar a Star Trek a especulaciones sobre la conciencia del universo – nosotros podríamos aceptar responsablemente que el entrelazamiento de las partículas pone a colación el tema de la extensión en que los eventos pueden ser considerados ocurrencias independientes, o en su lugar deben ser vistos como partes componentes de conjuntos.

Consciencia cuántica

 Finalmente, ¿Qué conclusiones podemos obtener de la interpretación Copenhagen de la física cuántica? De acuerdo a la interpretacion Copenhague, cada una de nuestras elecciones sobre qué comportamiento atómico observar determina lo que existe. Como Pascual Jordan, uno de los fundadores de la teoría cuántica, sucintamente apunta:

“Las observaciones no solo distorsionan lo que medimos , sino que lo producen.”

Desde esta interpretación, no parece existir un limite claro entre los observadores y lo observado, entre la conciencia y los fenómenos atómicos observados.  Esta conclusión molestó a Einstein más incluso que el comportamiento aleatorio de los átomos, porque esto llama a la cuestión de una existencia de una realidad física a parte del observador. En las palabras del físico John Wheeler:

“Tan útil como es para las circunstancias  de cada día decir que el mundo existe “fuera” independientemente de nosotros, esta visión ya no puede ser considerada. Hay una extraña sensación en que este es un ‘universo participativo’.”

De todo ello surge una cuestión interesante: ¿Necesitamos repensar nuestras nociones no solo sobre el futuro, sino también de quienes somos?  En la medida en que nos identificamos con nuestra conciencia, parece significar que cada uno de nosotros está mas íntimamente conectado con el mundo de lo que ordinariamente imaginamos. Pero como otros sistemas dinámicos complejos, lo que nosotros somos es ilimitado -incluso si nosotros podemos ser distinguidos de otras cosas para muchos propósitos, tales como la muerte, los impuestos o el matrimonio. Si nosotros vemos nuestra conexión al universo como una entidad metafísica que depende en si misma (como en la historia de los monjes ciegos), nosotros  podemos carácter un elefante por la identificación de sus partes individuales; o por el contrario podemos considerar que las partes surgen en relación unas a otras y con el entorno en su conjunto.

Claramente, la teoría del caos ha destapado poderosos procesos naturales que estamos solo empezando a comprender. Entonces, ¿cuales son las conclusiones sobre el futuro? Dada la aseveración de la teoría del caos de que los sistemas complejos actúan de forma determinista pero no son predecibles, nosotros podemos decir que ¡Los adivinos y todos esos expertos están pagados en exceso!  Pero para ser serios, hay un sentido en que el futuro está abierto. Dado que los sistemas complejos son extremadamente sensibles a las condiciones iniciales, a retroalimentaciones circulares, y a interacciones con otros sistemas complejos, lo que va a ocurrir en el mundo parece depender de como todos los sistemas complejos del planeta se comportan en cada momento. El futuro, entonces, es auto-organizado, pero no con un particular final, propósito o plan.

Un estudiante le preguntó en una ocasión a un profesor sobre como realizar un experimento científico, “¿Qué se supone que debe ocurrir en este experimento?” esperando, una respuesta predeterminada. El sabio profesor le respondió, “¿Qué se supone que debe ocurrir es lo que ocurra.” Parece una buena aproximación al futuro para mí.

Traducción del artículo Chaos & an unpredictable tomorrow.

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