filonet.org

caos, ciència del EPIST.

Les últimes dècades del segle XX han estat testimoni del naixement de la nova ciència del caos, que s'ha revelat com una nova via per comprendre les irregularitats de la natura. Aquesta nova ciència explora les característiques del caos, definit com a comportament recurrent però irregular i imprevisible de sistemes dinàmics deterministes no lineals, que engendren ordre a partir d'estats desordenats mitjançant processos d'autoorganització. A diferència dels fenòmens merament aleatoris, el caos presenta un ordre subjacent. Per això, ha de distingir-se el caos tant de la noció d'una matèria sense forma, com del desordre o la confusió absoluts, propis de la noció «clàssica» de caos. Un sistema caòtic pot semblar, aparentment, aleatori, però després de la complexitat pot descobrir-se una estructura determinada, encara que això no signifiqui que pugui ser previsible. Aquesta és la característica fonamental: encara que el caos sigui determinista, no és previsible. Aquesta nova concepció allunya, doncs, el paral·lelisme entre determinisme i previsibilitat que havia caracteritzat les ciències anteriors.

Segons la concepció de la ciència clàssica, els sistemes físics «senzills» tenien comportaments senzills (com un pèndol que oscil·la) i els sistemes «complexos» tenien comportaments complicats (els milions de molècules d'un gas, les fluctuacions econòmiques, les connexions neuronals al cervell, etc.). La nova ciència del caos ha aportat nova llum sobre la comprensió d'aquests sistemes «complexos» i, d'altra banda, ha mostrat que els sistemes «senzills» no sempre tenen comportaments simples. Íntimament lligada a la noció de caos es troba la idea d'impredibilitat. No és ja l'acció de cap malvat dimoni (com deia Laplace) la que impedeix el coneixement del futur d'un sistema que evoluciona en el temps, sinó la impossibilitat física d'avaluar amb precisió la situació actual, és a dir, la impossibilitat mateixa d'avaluar el present. Poden existir equacions i lleis físiques que descriguin exactament què farà el sistema en el futur, amb la condició prèvia de què puguem determinar sense error què és el que està fent ara. Per això, la presència inevitable d'errors en l'avaluació del present impliquen que la predicció només pugui fer-se a curt termini. La ciència del caos està actualment en la fase d'elaborar una teoria rigorosa i fonamentada sobre el comportament de les lleis de la natura, capaç d'explicar per què la natura es comporta de forma determinista però impredictible. Potser això permeti la comprensió i el control de sistemes com la borsa, les malalties cardíaques, les guerres, la conducta d'una societat de formigues, els fenòmens meteorològics o l'evolució de les selves tropicals, per exemple.

Es considera generalment a Henri Poincaré com el precursor de la teoria del caos determinista, ja que, en el seu estudi sobre la determinació de l'estabilitat o inestabilitat del Sistema Solar, va comprovar que no hi havia una solució senzilla al problema de determinar el comportament d'un sistema tan simple, aparentment, com el de la interacció gravitatòria entre tres cossos (el Sol, la Terra i Júpiter, per exemple), en els que no es dóna una repetició exacta del seu moviment. Posteriorment Edward Lorenz, estudiant el comportament d'un model senzill de convecció atmosfèrica, va arribar a la conclusió que la predicció de l'evolució del sistema depèn de la precisió de l'estat inicial considerat: les petites diferències inicials s'amplifiquen enormement pel mateix sistema, la qual cosa impedeix la predicció a mig terme. Aquesta propietat, denominada sensibilitat a les condicions inicials, és una de les característiques fonamentals dels sistemes caòtics deterministes, i comporta que, fins i tot els sistemes aparentment senzills presentin evolucions molt complexes. Malgrat conèixer les equacions que governeu la dinàmica, el futur només pot determinar-se indefinidament si partim d'una mesura exacta (sense error) del valor present de les magnituds. Controlar un nombre petit de variables és fàcil, però és senzill avaluar la temperatura exacta de tots els punts de l'espai per fer una previsió meteorològica? Per això, pot afirmar-se que els sistemes caòtics són deterministes (ja que es coneixen les equacions que els governen), però imprevisibles (perquè és físicament impossible donar sense error les condicions inicials), la qual cosa fa impossible la predicció a llarg termini.

La ciència del caos ha descobert que els sistemes deterministes que es mantenen a si mateixos mitjançant oscil·lacions, iteracions, retroalimentació i cicles (que són la majoria de sistemes) s'enfronten a un destí indeterminat i imprevisible si van més enllà de certs límits crítics. A la seva vegada, en contra de la creença generalitzada en les ciències «clàssiques» (inclosa la teoria de la relativitat i la mecànica quàntica) segons les quals el complex ha d'explicar-se a partir d'allò simple, la ciència del caos descobreix en cada simplicitat noves complexitats, la qual cosa, per a alguns autors, com Prigogine, per exemple, és indici de que el camí reduccionista habitual de la ciència, que vol reduir el complex a allò simple, ha d'abandonar-se. Per això, la ciència del caos és una ciència dels processos, no dels estats; de l'esdevenir, no del ser, i salta per sobre de les tradicionals fronteres que separen les diferents especialitats científiques, en quant es presenta com a ciència de la natura de tots els sistemes. Es caracteritza per la seva oposició a tot reduccionisme i per mantenir una certa concepció holista, alhora que dóna una especial rellevància a la noció de atzar sense negar per això que existeixin lleis deterministes. Amb això, la ciència del caos ha renovat la concepció clàssica de la natura en un doble sentit: d'una banda, s'han trobat comportaments molt complexos en sistemes habitualment considerats simples i, d'altra banda, de manera potser més sorprenent, s'ha trobat que sistemes complexos (com el Sistema Solar, la història, l'economia, el clima o el cervell, per exemple) presenten un cert ordre subjacent. El nombre de variables que descriuen la seva dinàmica no és ja de milions de neurones, milions d'homes o milions de molècules, sinó que pot reduir-se a unes poques dotzenes de magnituds. De moment, no obstant això, la teoria del caos permet conèixer quantes són les variables implicades, però no quines. Una sola equació determinista pot generar dinàmiques aparentment aleatòries irrepetibles, la qual cosa subratlla novament que, malgrat el seu caràcter determinista, un sistema caòtic és impredictible.

D'altra banda, alguns autors consideren dos tipus distints de caos: el caos passiu d'equilibri i màxima entropia, és a dir, la màxima desorganització, i el caos dels sistemes allunyats de l'equilibri. Són justament aquests sistemes els que engendren nous sistemes ordenats a partir del caos inicial. D'aquesta manera, l'ordre es genera a partir del caos, ja que aquests sistemes s'autoorganitzen. Aquest procés pot ser observat en molts sistemes, particularment, en diverses reaccions químiques, sent les més conegudes l'anomenada «inestabilitat de Bénard» (un moviment turbulent i caòtic d'un fluid que acaba, per si mateix, ordenant-se, formant estructures hexagonals), i la «reacció de la solució de Belousov-Zhabotinsky», en la qual, a partir d'un estat inicial caòtic, es van alternant de manera espontània diversos estats altament ordenats, de manera que els moviments inicialment aleatoris o caòtics de les molècules de la solució generen espontàniament estructures ordenades. L'ordre emergeix del caos gràcies a l'energia subministrada per la pròpia reacció química, en un procés d'autoorganització. Segons Prigogine, l'existència d'aquest fenomen explica l'aparició de molècules complexes, com les del ADN, per exemple, que són fruit d'aquest procés d'organització a partir del caos, de forma que això permet comprendre com en la natura s'ha pogut engendrar aquesta estructura complexa, ja que si només s'apel·lés al mer atzar, o a la mera probabilitat, la natura hauria tardat més temps que el de l'edat de l'univers per donar amb una seqüència autorreproductora d'aminoàcids com la de l'ADN. El mateix model autoorganitzatiu sorgit del caos s'aplica a molts i diversos sistemes, i és també el responsable de la formació de les galàxies i de les seves formes espirals, així com de les seqüències en els batecs del cor, del creixement no planificat de les ciutats, de determinats comportaments socials, polítics, econòmics i psicològics, i fins de les formes dels núvols o de les turbulències en els fluids, posem per cas.

Una de les importants conseqüències de la ciència del caos és la nova concepció del temps que porta aparellada. Així, aquesta ciència considera que la clàssica concepció física del temps, que apareix sempre en totes les fórmules físiques com una magnitud reversible, ha de considerar-se a partir de la seva radical irreversibilitat. En la física clàssica (incloses les teories quàntiques i relativistes), la fletxa del temps s'explica a partir del segon principi de la termodinàmica, però només com a improbabilitat de reversibilitat. És a dir, si el temps se'ns apareix com irreversible en la nostra vida quotidiana, això, segons la ciència «clàssica», és només a causa de la poquíssima probabilitat que puguin donar-se els factors que alterin el procés de la creació d'entropia i que puguin donar-se «cap endarrere», però no és teòricament impossible que pogués succeir. En canvi, en la ciència del caos, especialment en la formulació de Prigogine, s'insisteix en la radical irreversibilitat del temps, ja que aquesta és expressió de la interacció holística dels sistemes. La irreversibilitat temporal no és fruit d'una probabilitat gaire baixa, sinó que és absoluta. El temps, llavors, com en la filosofia de Bergson, apareix com a temps creador, i creador d'imprevisible novetat. Però si en la filosofia d'autors com Kierkegaard, Husserl, Bergson o Heidegger s'insisteix que la irreversibilitat no pot trobar-se en la física, sinó que apareix com un «dada immediata de la consciència» (Bergson), que d'alguna manera separa la consciència de la natura, a l'obra de Prigogine, i a través de la ciència del caos, aquesta irreversibilitat temporal s'instal·la al si mateix de la natura, de forma que desapareix l'escissió entre una ciència que considerava que el temps -que sempre apareix en les equacions físiques com una magnitud reversible- era «tan sols una il·lusió» (Einstein) i l'experiència íntima de la nostra existència irreversible. En donar una especial rellevància a l'atzar i al caos en la natura, la ciència del caos transmet una imatge de la natura en què els objectes estan menys definits que en la física clàssica i quàntica. Així, al costat del principi d'incertesa de Heisenberg, es podria afegir un altre principi d'incertesa, segons el qual, els sistemes complexos, més enllà de cert llindar, segueixen rumbs impredictibles, i les seves condicions inicials són irrecuperables. Prigogine insisteix també que les mateixes lleis de la física experimenten una evolució, ja que en condicions distintes, apareixen lleis distintes. S'allunya de les concepcions més o menys platonitzants que consideren les lleis de la natura donades d'una vegada per sempre, i considera que les ciències clàssiques, amb la seva atemporalitat i reversibilitat, són meres idealitzacions de la natura. D'aquesta manera, les lleis de la imprevisibilitat, del caos i el caràcter «creador» del temps, són les que permeten l'aparició d'imprevisible novetat en la natura. Si la teoria de la relativitat va acabar amb la concepció de l'espai i del temps absoluts de la mecānica newtoniana, i la mecānica quàntica va acabar amb la possibilitat de pensar en processos de mesurament absolut i controlable, la ciència del caos elimina els supòsits deterministes i reduccionistes sobre els quals se sustentava la ciència clàssica.

Al costat de les ciències del caos s'han anat formant noves branques de la ciència, especialment de les matemàtiques, tals com la teoria de les catàstrofes i la teoria dels fractals que, en diversos aspectes, convergeixen en la possible formació d'un nou enfocament científic que exigeix abandonar la concepció lineal dels fenòmens i reemplaçar-la per una imatge de la realitat basada en la no linealitat. El desenvolupament de la informàtica i l'ajuda de la gran potència de càlcul dels ordinadors ha coadjuvat al desenvolupament d'una nova geometria (basada en els esmentats objectes fractals) i una nova dinàmica que estan en la base d'una nova ruptura del paradigma de les ciències clàssiques, més pròxim a les concepcions de tipus emergentista.

Bibliografia