jueves, 12 de marzo de 2015

Evidencia a favor de la teoría de Jeremy England (II)

"You start with a random clump of atoms, and if you shine light on it for long enough, it should not be so surprising that you get a plant."
Jeremy England (2014), interview commentary with Natalie Wolchover

Esta entrada es una continuación del estudio práctico que realicé hace unas semanas, del interesante trabajo teórico que el físico Jeremy England está realizando en el MIT (Massachusetts Institute of Technology).

La propuesta teórica viene a decir  que, una (en principio improbable) complejidad estructural, puede prevalecer sobre el caos con tal de que la estructura en cuestión posea la cualidad de disipar mucho calor (consumir mucha más energía que la media).

Esto abre las puertas a la posibilidad de una adaptación espontánea natural hacia la complejidad si se dan unas condiciones adecuadas. Adaptación natural que sería la causa primera de todo proceso evolutivo (incluida la evolución biológica). De hecho, la biología aparecería cuando el grado de complejidad alcanzado por esta adaptación física gradual alcanza cierto umbral.

 La cuestión es que Jeremy deduce todo esto matemáticamente a partir de una física ya establecida (termodinámica y mecánica estadística), pero no aporta pruebas experimentales sólidas de ningún tipo (se limita a hacer alguna propuesta muy vaga y a señalar que su trabajo puede ser corroborado en el futuro). Yo he visto la posibilidad de conseguir una evidencia a favor de su teoría mediante la simulación física por ordenador, y es lo que estoy haciendo estos días.

La explicación en sí es compleja, y podéis entrar más en detalle en mi anterior artículo sobre el asunto, pero valga decir que he logrado realizar un experimento (con una simulación física muy aproximada), que correlaciona completamente con la propuesta de base en la teoría de Jeremy, la cual afirma que: a más complejidad estructural más energía se requiere consumir. Si el consumo baja, la complejidad baja; y si el consumo se mantiene la complejidad se mantiene (¡existe una especie de proceso adaptativo físico y espontáneo en las leyes del universo!) . Esto es un fuerte respaldo para la abiogénesis, y es todo lo que yo personalmente necesito para convencerme de una vez por todas de que la biología aparece a partir de la materia inerte. Y no sólo eso, sino que se puede deducir que la vida es un fenómeno que sólo requiere del tiempo y la oportunidad necesaria para aparecer: la vida sería de este modo un fenómeno inevitable (dada la inmensidad del universo, es seguro que la oportunidad necesaria se dará por doquier, ya que las condiciones no son demasiado estrictas: un sistema abierto y lejos del equilibrio térmico, una fuente continua de energía externa que entra en el sistema, y un baño térmico donde disipar el calor generado tras realizar trabajo físico: huelga decir que estas condiciones se dan en la Tierra desde hace millones de años, tiempo suficiente para que ciertas estructuras aprovechasen la oportunidad para iniciar esta carrera adaptativa espontánea en favor de la disipación de calor y la complejidad).

Por último, recordar que todo esto es importante por otra razón: todos los fenómenos complejos que observamos (absolutamente todos), deben estar supeditado a esta física subyacente: por lo que, desde el movimiento de una bacteria hasta la conducta humana más compleja y abstracta, tiene su origen y su finalidad en la necesidad de consumir energía en forma de trabajo, y disipar calor.

El movimiento en el tiempo de 25 partículas en un recipiente cerrado y sin fronteras, se puede aproximar mediante una simulación por ordenador con mucho detalle utilizando el potencial de Lennard-Jones. Vamos a observar el movimiento natural de un sistema de este tipo en el siguiente vídeo. Como se puede ver, los estados que aparecen son poco complejos y pertenecen al grueso del numeroso subconjunto de estados posibles desordenados. Para ver algún tipo de complejidad aparecer espontáneamente en este sistema, tendríamos que esperar probablemente muchos años:


Si embargo, si forzamos a este sistema a adquirir estructuras complejas mediante un algoritmo (cosa que no se puede hacer en un laboratorio real), podemos corroborar que se cumple el postulado de partida de toda la teoría de Jeremy England: a más complejidad estructural, más energía se requiere consumir. Si el consumo baja, la complejidad baja; y si el consumo se mantiene la complejidad se mantiene.

En el siguiente vídeo, se puede observar un ejemplo que muestra como, una vez hemos forzado al sistema inicial caótico hacia la complejidad, siempre se acaba con menos energía de la cantidad media que suele haber en sistemas poco complejos. Nunca se llegan a observar sistemas poco complejos que sean grandes disipadores de calor, ni tampoco se observan sistemas complejos que disipen poco calor. ¡Ambas cualidades están correlacionas por la física subyacente al mundo!


Este vídeo muestra cómo el sistema, una vez lo forzamos a la complejidad, se ha adaptado de un modo automático, natural y espontáneo hacia un estado el cual posee la cualidad de disipar mucho más calor que la media. Y no es que nosotros le indiquemos al sistema como debe moverse, sino que simplemente señalamos que tipo de complejidad buscamos, y el sistema automáticamente se adapta hacia dicha complejidad utilizando el camino más probable, que vemos que se corresponde siempre (y esto lo comprobamos a posteriori) con las trayectorias que más energía consumen: y esto es precisamente lo que la teoría señala desde las matemáticas. Es muy interesante ver como aparecen diversas agrupaciones y patrones orbitales en esta simulación, cuando en ningún momento se programa este comportamiento, el cual surge espontáneamente (observar la diferencia entre estos patrones que digo, y el comportamiento natural de este tipo de sistemas que vimos en el primero vídeo).

En una próxima entrada, mostraré un nuevo experimento en el que pretendo mostrar, con una simulación más elaborada, este mismo resultado pero de un modo más claro si cabe.

Estad atentos ;).

1 comentario:

  1. Mas bien paree una publicación de orden filosófico que cientifico. Y no veo como un programa de copmputadora pueda dar fe a una teoría biológica?

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