viernes, 25 de abril de 2008

Complejidad e información

Murray Gell-Mann
El Quark y el Jaguar
Tusquets Editores - Metatemas.
Bcn. feb'95
Cap 3. INFORMACIÓN Y COMPLEJIDAD (Pág. 40)
El estudio de cualquier sistema complejo adaptativo se concentra en la información, que llega al sistema en forma de un flujo de datos (por ejemplo, una secuencia de imágenes, mostradas a un sujeto en un experimento psicológico). Examinamos la manera en que el sistema percibe regularidades que extrae del flujo de datos separándolas de lo que es incidental o arbitrario y condensándolas en un esquema sujeto a variación (en el supuesto anterior, el sujeto crea y modifica continuamente leyes hipotéticas que se supone que gobiernan las regularidades encontradas en la secuencia de imágenes). Observamos cómo cada uno de los esquemas resultantes se combina entonces con información adicional, de la clase de la información incidental dejada de lado en la abstracción de regularidades a partir del nujo de datos, para generar un resultado aplicable al mundo real: la descripción de un sistema observado, la predicción de algún suceso o la prescripción del comportamiento del propio sistema complejo adaptativo. (En el experimento psicológico, el sujeto puede combinar un posible esquema basado en las imágenes anteriores con unas cuantas de las siguientes para hacer una predicción de las imágenes que saldrán a continuación En este caso, como suele pasar, la información adicional procede de una porción posterior del mismo flujo de datos del que el esquema fue abstraído.) Finalmente, vemos qué efectos tiene dicha descripción, predicción o comportamiento en el mundo real; tales efectos son retroactivos, ejerciendo "presiones selectivas" sobre los esquemas en competencia algunos de los cuales quedan desacreditados o descartados, mientras que otros sobreviven y prosperan. (En el ejemplo, un esquema predictivo contradicho por las imágenes subsiguientes presumiblemente será descartado por el sujeto, mientras que otro cuyas predicciones son correctas será conservado. Aquí el esquema se pone a prueba contrastándolo con una porción ulterior del mismo. flujo de datos del que nació y del que se obtuvo la información adicional para hacer predicciones.) El funcionamiento de un sistema complejo adaptativo puede representarse en un diagrama como el de esta página, donde se hace hincapié en el flujo de información.
[diagrama. Figura 2]
Los sistemas complejos adaptativos se hallan sujetos a las leyes de la naturaleza, que a su vez se fundamentan en las leyes físicas de la materia y el universo. Por otra parte, la existencia de tales sistemas sólo es posible en condiciones particulares.
Para examinar el universo y la estructura de la materia podemos seguir la misma estrategia adoptada en el estudio de los sistemas complejos adaptativos: concentrarse en la información. "Cuáles son las regularidades y donde entran la contingencia y la arbitrariedad"
Indeterminación cuántica y caótica.
De acuerdo con la física decimonónica, el conocimiento exacto de las leyes del movimiento y de la configuración del universo en un momento dado permitiría, en principio, la predicción de la historia completa de éste. Ahora sabemos que esto es absolutamente falso. El universo es mecanocuántico, ]o que implica que, aún conociendo su estado inicial y las leyes fundamentales de la materia, sólo puede calcularse un conjunto de probabilidades para las diferentes historias posibles. Por otra parte, esta "indeterminación" cuántica va mucho más allá de lo que suele creerse. Mucha gente conoce el principio de incertidumbre de Heisenberg, que prohíbe, por ejemplo, conocer simultáneamente con exactitud la posición y el momento de una partícula. Mientras que este principio ha sido ampliamente divulgado (a veces de manera francamente errónea) apenas se habla de la indeterminación adicional requerida por la mecánica cuántica. Más adelante volveremos sobre este tema.
Aunque la aproximación clásica esté justificada y, en consecuencia, pueda ignorarse la indeterminación mecanocuántica, todavía nos queda el extendido fenómeno del caos, en el que la evolución de un proceso dinámico no lineal es tan sensible a las condiciones iniciales que un cambio minúsculo en la situación al principio del proceso se traduce en una gran diferencia al final.
Algunas de las conclusiones contemporáneas sobre determinismo y caos en mecánica clásica ya fueron anticipados en 1903 por el matemático francés Henri Poincaré en su libro Ciencia y método (citamos por Ivars Peterson en Newton's Clock [El reloj de Newtonl):
"Si conociéramos con precisión infinita las leyes de la naturaleza y la situación inicial del universo, podríamos predecir exactamente la situación de este mismo universo en un momento posterior. Pero incluso aunque las leyes naturales no tuvieran ningún secreto para nosotros, sólo podríamos conocer la situación inicial de modo aproximado. Todo lo que necesitamos para poder decir que un fenómeno ha sido predicho y que está regido por leyes es poder predecir la situación posterior con la misma aproximación que la inicial. Pero esto no siempre es posible; puede ocurrir que las pequeñas diferencias en las condiciones iniciales se hagan muy grandes en el resultado final. Un pequeño error al principio producirá un error enorme al final. La predicción se hace imposible y tenemos un fenómeno fortuito."
Uno de los artículos que llamaron la atención sobre el caos en los años sesenta fue publicado por el meteorólogo Edward N. Lorenz. De hecho, la meteorología es una fuente de ejemplos familiares de caos. Aunque las fotografías por satélite y el uso de potentes ordenadores han hecho que la predicción del tiempo sea absolutamente fiable para muchos propósitos, los partes meteorológicos todavía no pueden garantizarnos lo que mucha gente quiere saber: si lloverá o no aquí y mañana. Tanto el lugar exacto por donde pasará una tormenta como el momento en que descargará la lluvia pueden ser arbitrariamente sensibles a los detalles de los vientos y de la posición y estado físico de las nubes unos cuantos días o incluso unas horas antes. La más ligera imprecisión en los datos meteorológicos hace que uno no pueda fiarse de la previsión para mañana a la hora de planear una excursión.
Dado que nada puede medirse con una precisión absoluta, el caos da origen a una indeterminación efectiva en el nivel clásico que se superpone a la indeterminación cuántica. La interacción entre estas dos clases de impredictibilidad es un aspecto fascinante y todavía poco estudiado de la física contemporánea. El reto que supone comprender la relación entre la impredictibilidad de carácter cuántico y la de carácter caótico ha Ilegado incluso a Ilamar la atención de los editores de Los Angeles Times, tanto que en 1987 le dedicaron al tema un editorial en el que se señalaba la aparentemente paradójica incapacidad de los teóricos para encontrar la indeterminación de carácter caótico que debería aparecer superpuesta a la de carácter cuántico cuando se aplica la mecánica cuántica a sistemas que exhiben caos en el dominio clásico.
Pero la cuestión comienza a aclararse gracias al trabajo de diversos físicos teóricos, entre ellos Todd Brun, uno de mis discípulos. Sus resultados parecen indicar que, para muchos propósitos, es útil contemplar el caos como un mecanismo que amplifica a escala macroscópica la indeterminación inherente a la mecánica cuántica.
En los últimos tiempos se ha publicado un montón de artículos sobre caos escritos bastante a la ligera. Un término técnico aplicado en principio a un fenómeno de la mecánica no lineal, ha acabado convirtiéndose en una especie de etiqueta para designar cualquier clase de complejidad o incertidumbre, real o aparente. Si en alguna de mis conferencias sobre, digamos, sistemas complejos adaptativos, menciono el fenómeno aunque sólo sea una vez, y a veces ni eso, estoy seguro de que seré felicitado al final por mi interesante charla sobre "caos".
El impacto de los descubrimientos científicos en la literatura y la cultura popular tiende a traducirse en que ciertos elementos de vocabulario, interpretados de modo vago o erróneo, suelen ser lo único que sobrevive al viaje desde la publicación técnica a los libros y revistas populares. Los dominios de aplicación o Ias distinciones importantes, y a veces las propias ideas, tienden a perderse por el camino. Piénsese si no en los usos populares de palabras como "ecología" o "salto cuántico", y ya no digamos de la expresión New Age "campo de energía". Naturalmente, uno siempre puede argumentar que palabras como "caos" o "energía" ya existían antes de convertirse en términos técnicos, pero lo que resulta distorsionado en el proceso de vulgarización es precisamente su significado técnico, no el original.
Dada la eficacia creciente de las técnicas literarias en la transformación de conceptos útiles en tópicos huecos, hay que esmerarse si se quiere evitar que las diversas nociones de complejidad corran la misma suerte. Más adelante las detallaremos y examinaremos el dominio de aplicación de cada una de ellas.
Pero antes, ¿qué se entiende por "complejo" cuando hablamos de "sistema complejo adaptativo" en el sentido aquí empleado? De hecho, no hace falta que la palabra "complejo" tenga un significado preciso en esta frase, que es puramente convencional. Su presencia implica la convicción de que tales sistemas poseen un grado mínimo de complejidad convenientemente definido.
La simplicidad hace referencia a la ausencia (o casi) de complejidad. Etimológicamente simplicidad significa "plegado una vez", mientras que complejidad significa "todo trenzado" (nótese que tanto "plic-" para pliegue como "plej-" para trenza derivan de la misma raíz indoeuropea plek).