En este apéndice sostengo que hay objetos que aparecen en todas las escalas comentadas en el presente libro. Aunque no es imprescindible para la comprensión de éste, lo que sigue podría aclarar algunos detalles y ayudar al lector a entender mejor los vínculos que hay entre las partes del moderno relato de la creación.
Entre todas las pautas que se forman en las diferentes escalas, la más importante es la existencia misma de las pautas.1 Dondequiera que miramos vemos estructuras organizadas, o regímenes. No vemos cabos ni fragmentos aislados, como quien dice interferencias cósmicas; las pautas demasiado elementales y repetitivas tienden a confundirse con el fondo. Lo que percibimos son pautas complejas que combinan la estructura y la diversidad. Éstas son las pautas que destacan sobre un fondo de desorden o de gran simplicidad y las que tienen historia. Si hay leyes generales del cambio histórico, afectan a la formación y evolución de estas pautas.
Vemos estructuras complejas, entre otras cosas porque estamos capacitados para detectarlas. Todos los organismos vivos, para sobrevivir, tienen que cartografiar su entorno. Tienen que ser capaces de percibir los cambios de estación, los movimientos del Sol y la Luna, los movimientos de las víctimas y los depredadores. En consecuencia, tienen que ser detectores de pautas y averiguar cómo los cabos y fragmentos del entorno encajan en formas organizativas mayores y más previsibles. Los humanos no dejan de diferenciar entre las partes del entorno que tienen estructura y las que no. Las estrellas nos interesan por fuerza mucho más que las vastas llanuras de espacio casi vacío que hay entre ellas. Y hemos aprendido a detectar muchas pautas que los sentidos no perciben de manera inmediata, por ejemplo las pautas del tiempo. El orden y el caos determinan todos nuestros esfuerzos por conocer el mundo.
Pero las pautas que detectamos están realmente ahí y su existencia es uno de los grandes misterios del universo. ¿Por qué hay orden? ¿Y qué leyes permiten la formación y evolución de estructuras ordenadas? Crear desorden parece mucho más fácil que crear orden. Pensemos en una baraja. Barajada al azar, a duras penas dará una serie ordenada, por ejemplo los trece corazones seguidos. Y si salen los trece corazones seguidos, la serie se desorganizará en cuanto barajemos un poco. Pero cuando observamos el conjunto del universo encontramos pautas complejas y duraderas a muchas escalas, desde los cúmulos de galaxias que abarcan millones de años luz hasta las complejas estructuras sociales de la historia humana, incluso hasta las pautas, más duraderas, que atrapan a los quarks en las partículas subatómicas que llamamos protones y neutrones.
Muchas religiones explican estas pautas alegando que las entidades complejas como nosotros han sido creadas por un creador inteligente, un dios. Esta solución no es válida para la ciencia moderna porque se limita a plantear otro problema: cómo se creó el dios en cuestión. ¿Podemos explicar la complejidad sin recurrir a una hipótesis que a su vez plantee más incógnitas? En la actualidad no tenemos todavía una respuesta totalmente satisfactoria; lo que sigue no es más que una serie de tentativas desde el punto de vista moderno.
Si hay algo que salta a la vista es que crear y conservar las pautas requiere un trabajo. Una baraja conoce más estados desordenados que estados ordenados, lo que quiere decir que casi siempre producirá un estado desordenado cada vez que se baraje. El universo parece funcionar así, con una tendencia natural al desorden y el caos. Crear y conservar pautas significa trabajar en contra de esta tendencia al parecer universal hacia el desorden; significa contribuir a que ocurran acontecimientos improbables y a que sigan ocurriendo.
Conocer las pautas significa, pues, saber cuánta energía hay en funcionamiento. Los estudios decimonónicos sobre la eficacia con que se utilizaba la energía de las máquinas de vapor permitieron al ingeniero francés Sadi Carnot llegar a la conclusión de que la energía no desaparece, sino que cambia de forma. Por ejemplo, cuando se utiliza en forma de calor para generar vapor cuya presión pueda generar la energía mecánica de la máquina de vapor, la energía en cuanto tal se conserva. La ley de conservación de la energía se suele llamar primera ley de la termodinámica. La segunda ley de la termodinámica parece, a simple vista, desmentir la primera, ya que dice que, en un sistema cerrado (el universo parece serlo), la cantidad de energía libre, o energía capaz de producir trabajo, tiende a disiparse con el tiempo. Una cascada puede mover una turbina porque el agua se ha depositado en niveles más altos y la energía utilizada para elevarla (aportada por el Sol, que evaporó el agua y elevó el vapor a las nubes) se recupera cuando llueve. Cuando el agua de la lluvia llega al mar, ya no produce trabajo, porque toda el agua que está al nivel del mar tiene aproximadamente la misma cantidad de energía aprovechable; está en estado de equilibrio termodinámico. La energía libre o aprovechable, la energía capaz de producir trabajo, necesita un gradiente, una pendiente, alguna forma de diferencia. La segunda ley predice que en un sistema cerrado, y después de un tiempo inconcebiblemente largo, todos los diferenciales se reducirán; por lo tanto se reducirán también y de manera creciente las cantidades de energía libre aprovechables para producir el pesado trabajo de crear y conservar entidades complejas. Al parecer, esto significa que el desorden del universo irá en aumento y que al final tenderá al equilibrio termodinámico. En el siglo XIX, para referirse a esta lúgubre idea, se hablaba de la «muerte térmica» del universo. Un científico alemán, Rudolf Clausius, puso el nombre de entropía a la creciente cantidad de energía no aprovechable. A larguísimo plazo, por lo que parece, debe aumentar la entropía y reducirse la complejidad.2 Al final, todo será ruido de fondo. La segunda ley, por lo visto, da a entender que todo lo que contiene el universo baja en la misma escalera mecánica que conduce al caos.
Estas ideas son fundamentales en la física moderna, pero plantean dos problemas importantes. El primero, ¿cómo es posible el orden? ¿Por qué no estamos en un universo totalmente desordenado en el que la segunda ley haya cumplido su fatídica misión? ¿Nació el universo con unas reservas de energía libre de las que han salido todas las estructuras ordenadas desde entonces? Y si fue así, ¿de dónde salió ese capital energético y hasta cuándo durará? Para crear los gradientes y diferencias que forman y conservan las pautas que vemos a nuestro alrededor tuvo que haber algo (¿o alguien?) que hiciera un poco de ejercicio duro en los primeros momentos el universo.3 Si no lo hizo un dios, ¿cómo se produjo? La fuente primera de la energía libre (y en consecuencia del orden) sigue siendo uno de los grandes misterios de la cosmología moderna, porque, por lo que sabemos, el universo primitivo era muy homogéneo.
El universo primitivo era al parecer muy denso y estaba muy caliente, en un estado de equilibrio termodinámico. Pero conforme se expandía se iba enfriando y al enfriarse se rompió su simetría. Fue entonces cuando aparecieron las primeras diferencias, los primeros gradientes de temperatura y presión. Parece que al principio apenas había diferencias entre fuerzas como la electricidad y la gravedad. Al parecer se mezclaban en las violentas energías de un universo denso y caliente casi hasta el infinito. Pero al expandirse y enfriarse, las fuerzas fundamentales se diferenciaron y adoptaron una forma propia. Por ejemplo, antes de que transcurrieran 300.000 años después del big bang, la fuerza electromagnética era demasiado débil para unir electrones y protones y formar átomos. Pero después de transcurridos, el universo ya estaba lo bastante frío para que la electricidad se pusiera a tallar las estructuras atómicas que estudian la física y la química modernas. En ese momento también se diferenciaron materia y energía.
Las diferencias, muy pequeñas al principio, fueron multiplicándose conforme el universo se expandía y las fuerzas comenzaban a funcionar según su naturaleza. La gravedad operaba a escalas grandes y daba forma a las grandes estructuras del universo. Como la materia era lenta y pesada, la gravedad podía aglutinarla mejor que la energía, que era ligera y rápida. Así, mientras se separaban la materia y la energía, la gravedad se encargó de moldear la materia en estructuras grandes y complejas; la energía quedó al margen de su influencia, salvo en regiones extremas, como las zonas próximas a los agujeros negros. La gravedad concentró hidrógeno y helio en nubes gigantescas. Luego comprimió las nubes sin parar hasta que subieron la presión y la temperatura, sobre todo en el centro. Cuando los núcleos llegaron a unos 10 millones de grados, empezó la fusión nuclear y hubo estrellas. Las reacciones de fusión que se producían en el centro de todas las estrellas contenían la aplastante fuerza de la gravedad, estableciéndose una especie de tregua cósmica que es la base de todas las estrellas. Una vez creadas, las estrellas produjeron diferenciales de energía estables y duraderos y vinieron a ser depósitos casi inagotables de energía libre o negentropía. Las estrellas crearon lugares calientes estables y sembraron de puntos blancos el universo primitivo que ya se enfriaba. La radiación cósmica de fondo está hoy unos grados por encima del cero absoluto: tal es la temperatura basal del universo. Pero la temperatura del interior de las estrellas tiene que ser enorme para disparar la fusión, y en las estrellas grandes puede llegar muy por encima de los 10 millones de grados. Podían formarse entidades complejas en las zonas próximas a estos tórridos puntos, aprovechando los tremendos diferenciales térmicos entre las estrellas y el espacio cercano, del mismo que la vida en la Tierra apareció alrededor de las chimeneas volcánicas de las profundidades marinas. Como ha dicho Paul Davis: «La materia y la energía, en los sistemas abiertos y alejados del equilibrio, tienden a buscar niveles de organización y complejidad crecientes».4
El diferencial térmico entre el Sol y el espacio que lo rodea aporta la energía libre necesaria para crear en la Tierra casi todas las formas de complejidad, incluidos nosotros; las energías creadas al principio de la historia del sistema solar alimentan la batería calórica del centro de la Tierra que impulsa la tectónica de placas. Estos diferenciales permiten que la energía fluya y los flujos de energía posibilitan las pautas. Y con tiempo suficiente, la sola posibilidad de su aparición permite que al final aparezcan muchas clases de pautas.
Según este razonamiento, la expansión del universo, responsable de que el universo primitivo se enfriara y diversificara, es la causa primera de todos los diferenciales térmicos y de presión, y por lo tanto de la energía libre necesaria para crear orden. Podemos expresarlo de otro modo. En el momento de nacer, el universo era tan pequeño y homogéneo que los estados desordenados posibles eran muy escasos; era como una baraja de una sola carta. La expansión amplió el espacio y creó más posibilidades para el desorden, y estas posibilidades se multiplicaron conforme se fue expandiendo el universo. Por regla general, cuanto mayor es un sistema, mayor es la posible entropía; por continuar con el símil de la baraja, cuantas más cartas tiene ésta, más estados desordenados permite.5 Así, mientras que la segunda ley de la termodinámica viene a decirnos que la entropía aumentará siempre, la expansión del universo parece garantizarnos que siempre aparecerán peldaños interpuestos en la escalera termodinámica que baja hacia el desorden total que hay en el fondo. Fuera cual fuese la causa de la expansión del universo, en cierto modo es también la causa del orden y las formas.
Abordado el primer problema —explicar cómo es posible el orden—, pasemos al segundo: cómo aparecieron las entidades complejas y, una vez aparecidas, cómo se mantuvieron el tiempo suficiente para que las detectáramos (o para que se convirtieran en nosotros). Paradójicamente, la creciente tendencia a la entropía —el movimiento hacia el desorden— podría ser el motor que propicia el orden. Crea orden mientras crea desorden. En términos poéticos podríamos concebir el aumento de la entropía como un intento del propio universo de volver al estado primitivo de equilibrio termodinámico; muchos mitos creacionistas hablan asimismo de una ruptura de la unidad original en que las partes separadas tratan de recuperar el estado primigenio. Una de las explicaciones del amor entre hombres y mujeres que se dan en El banquete de Platón es que al principio sólo había seres andróginos a los que los dioses partieron por la mitad, y los esfuerzos de las mitades resultantes por reencontrarse dieron lugar a la especie humana tal como la conocemos hoy. La tendencia al desorden parece crear formas de orden, del mismo modo que la energía del agua que cae puede hacer que el agua rebote y ascienda o del mismo modo que la corriente de un río puede crear remolinos en los que una pequeña parte del agua discurre en sentido contrario al general.
A escala local y a corto plazo, parece que las entidades complejas invierten el funcionamiento de la segunda ley de la termodinámica, aumentando el orden. Pero enfocadas en el contexto del entorno mayor del que extraen energía libre, se ve claramente que en realidad aumentan la entropía al acelerar la transformación de energía libre en formas calóricas no aprovechables. Así pues, podría decirse que la complejidad es, en cierto modo, un astuto mecanismo para que la segunda ley de la termodinámica avance más eficazmente hacia el siniestro objetivo de crear un universo sin orden.6 Ilya Prigogine e Isabelle Stengers han aplicado el curioso calificativo de disipativas a las estructuras complejas que describimos aquí.7 Lo que hacen las estructuras complejas es articular flujos gigantescos de energía y, en el proceso, disipar grandes cantidades de energía libre y por lo tanto aumentar la entropía general. Aunque parecen reducir la entropía temporal y localmente, en realidad generan más entropía que otras estructuras más simples, facilitando así el fatídico funcionamiento de la segunda ley.
Sin embargo, crear orden no es fácil. De un modo u otro hay que concentrar importantes cantidades de energía para que generen bolsas de orden. Los fenómenos complejos necesitan procesar energía continuamente para poder remontar la incontenible fuerza de bajada de la escalera mecánica de la entropía. En tal caso, la existencia de diferenciales estables que garanticen el aporte continuo de energía, como los diferenciales de temperatura y de presión disponibles cerca de las estrellas, es un requisito inexcusable para la existencia de la complejidad. Lo que no sabemos es si hay mecanismos que busquen directamente la complejidad. ¿Atrae directamente hacia ella a la materia y a la energía la presencia de diferenciales y desequilibrios? ¿O simplemente la posibilita? ¿Funciona la complejidad como la selección natural, mediante la generación aleatoria de estructuras que, una vez generadas, consolidan su articulación simplemente porque encajan bien en el medio en que están? ¿O es que la segunda ley crea complejidad por alguna especie de astucia cosmológica propia?
Sea cual sea la causa del orden, en el Sol o en la bolsa, para crearlo es necesario formar estructuras capaces de canalizar y gobernar grandes flujos de energía sin desarticularse. Es un truco muy difícil. Y esta dificultad explica por qué las entidades ordenadas son frágiles y escasas y por qué destacan de un fondo que es mucho más simple. A grandes rasgos, cuanto más complejo es un fenómeno, más densos deben ser los flujos de energía que baraja y más probable es que se desarticulen. Así pues, es lógico esperar que cuanto más compleja se vuelva una entidad, sea más inestable, dure menos y sea menos habitual. Incluso es posible que un ligero aumento de su complejidad aumente bruscamente su fragilidad y por lo tanto su infrecuencia. Se conocen muchísimas moléculas químicas, pero sólo una fracción diminuta ha conseguido producir organismos vivos; y ha habido muchísimos organismos vivos, pero sólo una fracción más diminuta aún ha dado lugar a una especie inteligente e interconectada como nosotros. (En la tabla 4.1 pueden verse datos más concretos en relación con estas generalizaciones.) Pero también salta a la vista que la probabilidad de que existan las entidades complejas aumentaría mucho si en vez de encomendarnos a los cambios aleatorios para que las produzcan por casualidad encontráramos leyes que tendieran directamente a crearlas. No sabemos todavía si existen estas leyes, aunque la joven ciencia de la complejidad se afana por identificarlas.
Lo que sí está en nuestra mano es describir cómo aparecen las estructuras complejas. Parece que la ley básica de la complejidad es que aparezca paso a paso, conectando formas ya existentes con otras mayores y más complejas, a otras escalas. Hecho esto, algunas formas articulan sus elementos en un orden nuevo, más estable y más duradero que el de las pautas organizativas que las crearon, que eran más sencillas. Estos procesos crean la escala de niveles de complejidad que vemos en el universo, porque en cada escala entran en juego otras leyes de construcción y cambio. Estas leyes se denominan propiedades emergentes, porque al parecer no se derivan de las propiedades de los elementos iniciales; por el contrario, emergen conforme los elementos constitutivos se articulan en una estructura mayor. La palabra universo es una estructura verbal que consta de ocho letras. Pero su significado no se deduce del conocimiento de las letras utilizadas para formarla. Su significado es una propiedad emergente. Por poner un ejemplo de química, las propiedades del agua no se pueden explicar describiendo las propiedades del hidrógeno y el oxígeno, a pesar de que el agua es el resultado de combinar moléculas de hidrógeno y oxígeno. Las propiedades del agua emergen sólo cuando se combinan los átomos de hidrógeno y oxígeno y forman moléculas de agua.8 Las mil y una formas de cumplirse estas leyes a diferentes escalas y con diferentes grados de complejidad son tema de estudio de diversas disciplinas de la ciencia moderna. Cada una estudia las leyes que aparecen en distintos niveles de complejidad, desde la física de partículas hasta la historia, pasando por la química, la biología y la ecología.
Dado que somos criaturas complejas, sabemos por experiencia lo que cuesta subir por la escalera de bajada, ir contra la corriente universal hacia el desorden, de manera que es inevitable que nos fascinen todas las entidades que hagan algo parecido. No por otra razón asoma este tema —la conquista del orden a pesar de la segunda ley de la termodinámica y tal vez con su ayuda— en todos los capítulos de la historia que contamos aquí. El vals interminable del caos y la complejidad es uno de sus hilos conductores.