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entropía

 
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MensajePublicado: Dom Sep 21, 2008 8:09 am    Asunto: entropía Responder citando

Hola:

Carlos de Castro ha escrito un libro sobre el tema y pego aquí unos párrafos sacados del foro de crisis energética y publicados por la forista Marga:

"2.1. ENTROPÍA VERSUS COMPLEJIDAD: 4ª LEY DE LA TERMODINÁMICA
“El orden no es una propiedad de las cosas materiales en sí mismas, sino solo una relación para la mente que lo percibe”. Maxwell
"La 2° ley, lejos de ser el certificado de defunción de los seres vivos, es la garantía
de su creciente orden y diferenciación". Margalef

En el capítulo anterior decíamos que una de las observaciones más maravillosas que nos ha proporcionado la ciencia es la evolución del universo desde lo simple e indiferenciado, hasta lo complejo. “Entre una bacteria y Einstein, algo pasó” (Wagenberg). Y entre el átomo de hidrógeno y Gaia, no todo ha sido evolución biológica.
Curiosamente la observación de que el universo crea estructuras cada vez más complejas no ha dado lugar a la búsqueda inmediata de alguna ley que explique esta tendencia. La razón quizás está en que el universo no debe tender a nada interesante, pues sonarían las campanas de lo teleológico, tema hasta ahora tabú para la ciencia.
Incluso al darwinismo, que en el fondo trata de explicar la evolución de los vivientes, se le niega la posibilidad de que explique esta tendencia obvia en los seres vivos. No existe dirección en la evolución, la evolución es ciega, las variaciones que permiten el cambio evolutivo son aleatorias respecto a una hipotética dirección. Ante la observación, entre una bacteria y Eintein, algo pasó, se contesta que también hay una evolución de la bacteria al virus menos complejo. Que cuando un órgano no se usa, termina degenerando, como en las cuevas oscuras, en las que medran animales ciegos. Pero se confunden los términos. La evolución biológica genera desde hace cuatro mil millones de años organismos cada vez más complejos, a una tasa diríamos que exponencial, los virus, aunque simples, no contradicen que esta tendencia se ha dado siempre. Simplemente advierten que la historia es más complicada e interesante.
Antes de entrar de lleno en la discusión del porqué de esa tendencia hacia lo complejo, necesitamos discutir sobre otras leyes físicas implicadas en el asunto.
No existe ley con mayor consenso que la 1ª ley de la termodinámica: la ley de la conservación de la energía. Ya no se discute seriamente por nadie, se acepta porque la evidencia experimental es abrumadora.
El resto de las leyes físicas tiene otro estatus.
Cuando a profanos cuento historias relacionadas con la física, nadie me discute la 1ª ley, sin embargo, cuando hablo de que nos costará muchos años explorar la galaxia debido a la limitación absoluta que supone la velocidad de la luz, muchas personas me aclaran que esta es una ley actual, que en un futuro a lo mejor descubrimos la manera de viajar a más velocidad. El profano suele tener más claro que el experto la temporalidad de las leyes físicas, y tiene razón. En la discusión confieso esto, pero en mi interior sigo teniendo la misma fe en que la velocidad de la luz en el vacío es la máxima alcanzable. Quizás si la velocidad de la luz fuera un millón de veces más veloz –o nosotros un millón de veces más longevos- no tendríamos nadie problema en admitir que es la velocidad más alta que existe. Nos da rabia antropocéntrica saber que la velocidad de la luz es tan lenta cuando soñamos con descubrir la galaxia.
Muy pocas leyes más tienen un estatus tan elevado como la 1ª ley de la termodinámica. Pero, sin duda, son las otras leyes de la termodinámica las que resultan mejores candidatas. Al menos, la 2ª y 3ª ley. Pondría la mano en el fuego por cualquiera de ellas. Pero por muy poquitas más.
La 3ª ley dice que existe una temperatura mínima absoluta, concretamente a –273,16ºC. Por debajo de esta temperatura no se puede bajar. Pocas implicaciones filosóficas sacamos de esta ley. Es una ley sosa en comparación con la 2ª ley: la ley de la entropía. Esta ley es probablemente la ley de la ciencia que más tinta ha hecho correr de todas. Hasta economistas discuten sus consecuencias. Nadie la niega, pero muchos la interpretan de formas distintas y contradictorias, lo que significa que a menudo se interpreta mal.
Imaginemos una mesa plana y unas cuantas canicas sobre ella en disposición hexagonal, figura 2.7. Esta imagen nos va a servir de ayuda para introducirnos en la entropía y la 2ª ley de la termodinámica.
La disposición es estable y está en equilibrio. No hay cambios si nada interviene. Pero si dejamos ahí el sistema, en una mesa de una casa real, sabemos que antes o después algunas canicas van a perder la disposición hexagonal. Si no cuidamos de resituarlas en su sitio, el orden hexagonal con el tiempo se pierde. Tendremos canicas en sitios más o menos dispersos y aleatorios de la mesa.

Incluso, algunas canicas perderán su energía potencial y caerán al suelo, convirtiendo esa energía potencial primero en energía cinética y luego en calor a través del choque y rozamiento con el suelo. El desorden habrá aumentado aún más y también la entropía; que en una interpretación desafortunada es una medida del desorden.
Para que se desordene un sistema estable como el que hemos imaginado, necesitamos intercambios de energía. La entropía de un sistema aumenta cuando la energía se difunde y comparte. Una interpretación preciosa de la entropía la da Harvey Leff: la entropía es una medida del grado con el que la energía se esparce y comparte en un sistema. La segunda ley pues dice que en la naturaleza es máxima la difusión y el reparto entre las partes del sistema de la energía; es una ley de equidad. ¡Qué diferentes habrían sido las interpretaciones de la segunda ley si hubiese sido formulada así en vez de como tendencia al desorden!
De hecho ver la segunda ley como una tendencia al desorden, al caos, ha generado más confusiones que beneficios. Es cierto que en muchos sistemas, como el descrito de las canicas y la mesa, el sistema aumenta su desorden y su entropía. Pero si imaginamos la formación de una estrella, esta comienza con un gas “desordenado” para terminar siendo una bola de plasma con sus átomos mucho más localizados y “ordenados” que al principio. Lo que entendemos por orden o desorden en el lenguaje común empieza a no valernos para interpretar el aumento de entropía en la formación de una estrella. Sin embargo, la estrella se forma porque el gas inicial tiene una elevada energía potencial gravitatoria, al formarse la estrella ésta energía se transforma (se difunde hacia el resto del universo) más rápidamente. La interpretación de la entropía como desorden proviene de un ejemplo de Boltzmann en el siglo XIX, y sigue dando lugar, como veremos varias veces en el libro, a conclusiones erróneas en disciplinas tan alejadas de la física como la biología, la sociología, la historia o la economía.
Para que aumente la entropía aún más y más rápidamente en un sistema, necesitamos reducir un gradiente; en nuestro ejemplo de las canicas lo visualizamos con la altura de la mesa, éste es el gradiente que confiere a las canicas una energía potencial respecto al suelo. Cuando un sistema intercambia energía, aumenta su entropía y una parte de ese intercambio, al menos, es siempre en forma de calor. Así, para que una canica pierda su posición en la red hexagonal algo la debe empujar adquiriendo energía cinética que se irá perdiendo en forma de calor con el rozamiento de la mesa. Si la canica llega al borde de la mesa, el intercambio energético de pronto es muy brusco pues cede toda su energía potencial en energía cinética y calorífica. Existe un gradiente en el borde de la mesa, y la naturaleza lo cierra inmediatamente, en cuanto puede. Una canica flotando en el aire, cumpliría con la primera ley, conservando su energía, pero está en condiciones para transformar la energía potencial gravitatoria en calor, para compartir con el resto del sistema su energía. En la naturaleza existe una tendencia espontánea a reducir los gradientes. Cuando el coyote que persigue como un loco al correcaminos se encuentra flotando en el aire, está conservando la energía. Podría seguir allí flotando si no fuera consciente de que debe reducir el gradiente, compartir con el fondo del barranco su energía. Su cuerpo en ese momento está alejado del equilibrio, puede aumentar la entropía bruscamente, y lo hace. Hace cumplir la 2ª ley, choca con el suelo del barranco, disipa calor y colateralmente desordena su cuerpo que queda literalmente como un acordeón.
La 2ª ley de la termodinámica nos dice que en los intercambios energéticos hay que pagar un “impuesto” que se va siempre en energía calorífica. O, de otra forma, que en los intercambios de energía, la entropía del sistema global aumenta. Uno tiende a imaginar que con el tiempo, no sólo las canicas caen al suelo, sino que la mesa, otra estructura altamente ordenada, también se derrumbará, y la casa, y todo. Esta es la idea que extrapolada al universo entero reformula la ley correctamente diciendo que en el universo entero la entropía aumenta y que al extrapolar hacia el futuro se concluye -¿correctamente?- que el futuro del universo es su “muerte térmica”, un desorden absoluto carente de ninguna estructura y, por supuesto, sin vida. Esto en todo caso será así cuando el tiempo transcurrido sea infinito, probablemente no antes.
En cualquier caso, parece a primera vista que la 2ª ley de la termodinámica está en contradicción con la presencia de la vida en la Tierra, ya que un organismo es un sistema altamente ordenado, siempre controlando la energía que comparte con el exterior. Este es el tema concretamente que ha sido más discutido sobre la segunda ley.
De hecho, a la vida se la observa una y otra vez en una lucha permanente contra la entropía y el desorden. Una batalla que al final se pierde cuando llega la muerte. Se sigue pensando, incluso por parte de biólogos, que la muerte de los seres vivos es una consecuencia de la segunda ley. Esto es falso. La muerte de un ser vivo tiene razones biológicas y evolutivas, no físicas, para acontecer. Si un ser humano, crece y se desarrolla durante 18 años, no hay motivo físico apoyado en la 2ª ley, para pensar que esto no pueda ser permanentemente así.
El debate entropía versus vida, se resolvió parcialmente diciendo que la vida es un suceso altamente improbable, que la Tierra es un sistema único en el Universo, que somos muy afortunados por estar aquí y que estamos solos en el inmenso cosmos. Y los antropocéntricos en vez de aterrarse por dicha perspectiva se sintieron a gusto.
Existe una formulación de la termodinámica, llamada estadística, que en el fondo niega la existencia de una 2ª ley. La 2ª ley da lugar a los fenómenos irreversibles –las canicas no pasan del suelo a la mesa espontáneamente-. Recordemos que la irreversibilidad no es del agrado del resto de las teorías físicas que formulan leyes reversibles, como vimos en el primer capítulo. La formulación estadística lo que hace es calcular las probabilidades de los sucesos, concluyendo que para la canica pasar del suelo a la mesa es perfectamente posible, solo que tremendamente improbable. La entropía aumenta porque es el camino más probable. Y aunque a muchos no nos satisface esta idea, el caso es que también funciona matemáticamente bastante bien. Me atrevería a decir que los milagros de los santos ya no tienen nada de sobrenaturales, son simplemente hechos de gente afortunada. Bueno, ironías a parte, la improbabilidad de la vida no choca ya tan frontalmente con que el universo se desordene salvo aquí, en la Tierra; es una enorme casualidad y ya está, el resto se deja a los teólogos.
Sin embargo, repito, la vida no es el único fenómeno de la naturaleza formado por estructuras ordenadas y complejas. Existen fuera de la Tierra, fenómenos como la mancha roja de Júpiter, los canales de Marte, los volcanes de Io, etc. Que son estructuras más ordenadas de lo que podríamos esperar calculando la probabilidad de que una sopa de fotones, electrones y protones –así comenzó el universo- dé lugar a ellos.
La entropía del universo aumenta, pero esto no significa que no puedan aparecer estructuras con un orden elevado.
La explicación la podemos visualizar mentalmente si imaginamos la formación de un cristal de sal común.
El cristal de sal es una estructura espontánea altamente ordenada que surge cuando se evapora agua salada. Los iones de cloro y sodio que formarán el cristal, disueltos en el agua líquida, están desordenados. Al evaporarse, las moléculas de agua pasan del estado líquido –desordenado y con facilidad para intercambiar la energía- al gaseoso –aún más desordenado y con mayor facilidad de compartir la energía-. El orden creado en el cristal de sal a partir de iones desordenados no viola la 2ª ley porque el agua compensa sobradamente con su aumento de desorden y por que el sistema ha repartido entre un número mayor de átomos su energía. La entropía del sistema global ha aumentado.
Y aquí nadie se extraña del proceso físico ocurrido. El cristal de sal casi perfectamente ordenado no es un milagro. Y lo mejor: ¡la probabilidad de que se forme bajo ciertas condiciones es el 100%, no infinitesimal!
Este es el primer error que se comete cuando se calcula la probabilidad de que se dé la vida en un planeta. Mucha gente piensa que debe ser prácticamente cero.
En este punto podemos desechar pues la conclusión antropocéntrica de que al enfrentar entropía y vida convertimos a la vida en un milagro. Si lo fuese no sería por vía de la 2ª ley.
Al igual que el cristal de sal se ordena a costa del desorden del agua al pasar a vapor, el orden creado por la vida en la Tierra se da de hecho gracias a compartir la energía del Sol. La vida es un comensal de nuestra estrella.
De todas formas, el error más grave que cometen gente de la talla de premios Nóbel, y casi todo el mundo que enfrenta la entropía a la vida, es la confusión de la dicotomía orden-desorden (y con él disminución de la entropía-aumento de la entropía) con la de complejo-sencillo. La definición de complejo que da el diccionario –llamativamente reduccionista- aclara algo las cosas: lo complejo está formado por elementos diversos (yo añadiría en interacción). Está claro que en un desorden absoluto la diversidad se pierde. Pero también se pierde en un orden absoluto.
Intuiremos las diferencias con tres ejemplos:
• Un cristal de sal tiene un orden elevado –cada átomo en su sitio- y una complejidad escasa –dos tipos de átomos en situación alterna formando una red cúbica-. La disposición permite interacciones locales y evita los intercambios de energía.
• Un gas de Helio tiene un desorden elevado –cada átomo deslocalizado- y una complejidad casi nula –un tipo de átomo desligado del resto y en situación aleatoria-.
• Una molécula de ADN tiene un orden alto pero menor que el del cristal de sal y una elevada complejidad –varios tipos de átomos formando subunidades moleculares, formando éstas a su vez una cadena doble con forma de escalera de caracol, formando esta a su vez –por ejemplo- una estructura compacta con forma de cromosoma.
El aumento de complejidad supone la creación de un orden relacionado e integrado. Un cristal de sal no es complejo porque no existe diversidad de relaciones entre sus partes, no tiene órdenes de segundo grado, orden en el orden. Cada ion de sal interacciona sobre todo localmente. El gas de helio es aún más simple porque sus partes no se relacionan. Luego aunque la complejidad requiere un orden, también y más importante, requiere relaciones entre sus partes. Relaciones que ya no van a ser necesariamente locales. En un cromosoma, un puente de hidrógeno conecta dos grupos alejados en el nivel de la escalera de caracol del ADN. En lo complejo se dan niveles de descripción distintos. Complejidad y orden son pues cosas distintas. Así aunque se confunda desorden con entropía, no habría que confundir orden con complejidad. Si es difícil aspirar a romper la pareja desorden-entropía pues lleva asentada más de un siglo, al menos deberíamos ser capaces de romper la pareja orden-complejo.
La diferencia en este contexto entre un cristal de sal y un viviente está en que sus equilibrios, su estabilidad frente a un universo que aumenta su entropía es de orden diferente. El cristal de sal posee un equilibrio estático y para mantener su entropía baja le basta con no encontrarse con agua, por ejemplo. No intercambia fácilmente energía ni puede reducir su energía potencial, y sin esto no puede cambiar la entropía.
Un ser vivo está más o menos en equilibrio dinámico, su estabilidad la adquiere precisamente con el intercambio (controlado) de energía con su entorno. Sabe como transformar parte de la energía en complejidad e información útil para él. Margalef dice que los seres vivos se las apañan para ser el centro de procesos irreversibles, generando orden a partir de la energía disipada; en realidad se genera el orden necesario como efecto colateral del aumento de complejidad. Pero no es el orden lo que buscan los seres vivos. Pensemos en las transformaciones que ocurren desde la fecundación hasta el nacimiento y desde éste hasta la madurez de una persona. Dejando de lado el crecimiento físico, el orden no aumenta: las neuronas del bebé no están más desordenadas que las del adulto, pero la complejidad de su mente ha aumentado.
Aunque los seres vivos sean teleológicos, no es esta prerrogativa la que da lugar a la capacidad de hacerse más complejo al aprovechar los intercambios energéticos con el exterior.
Existen sistemas muchísimo más sencillos y para nada teleológicos que hacen lo mismo. El orden y complejidad de sistemas no vivos no se acaba necesariamente con la disipación de energía, puede, como en los sistemas vivos, aparecer precisamente con ella.
El ejemplo que mejor visualiza esto son las “células de Bénard”. Un experimento cuidadoso y controlado, que ya tiene más de un siglo, mostró que al ir calentando un líquido poco a poco, de pronto llega un momento en que se forman unas celdillas hexagonales tipo panal de abejas, estas celdillas son el resultado de una circulación del líquido.


Figura 2.8. Se forman prismas hexagonales del mismo tamaño. Las corrientes circulan en la vista lateral moviendo el líquido de arriba abajo y al revés. La disposición hexagonal de las células se observa desde arriba.


Se forma una estructura de escala macroscópica que pone en movimiento coordinado a tantas moléculas como estrellas hay en el universo. El sistema se torna más complejo y cumple perfectamente con la 2ª ley. De hecho, esta estructura de células hace que el calor se disipe más rápidamente, con lo que la entropía del sistema aumenta a una tasa más alta con células de Bénard que sin ellas. El gradiente de temperaturas entre el líquido de abajo y el de arriba se reduce antes. ¡Igual que hace una célula de un ser vivo! Aunque el ser vivo y ciertos sistemas complejos pueden hacer algo más.
El punto que destaco aquí es doble, por un lado, existen sistemas sin vida que en relación con la entropía se comportan de la misma forma que los vivos. Debería pues estar disipada la duda del “milagro” de la vida con relación a su orden y la entropía desde los experimentos de Bénard allá por el 1900. Desde el punto de vista de la estadística de Boltzmann la probabilidad de que espontáneamente se formen las células de Bénard (ese concierto de trillones de moléculas) es prácticamente cero. La probabilidad real, en cambio, bajo las condiciones adecuadas es el 100%.
Por otro lado, nos encontramos con una correlación que promete; al formarse la estructura compleja –como las células de Bénard- ésta permite que la tasa de creación de entropía aumente. Si se deshace la estructura con una perturbación externa, las células desaparecen y la entropía sigue aumentando aunque a un ritmo menor.
¿No será que existe una tendencia a que la entropía crezca de la forma más rápida posible? ¿A reducir el gradiente lo más rápidamente? El coyote no reduce el gradiente en cuanto puede, como hacen las canicas de la mesa, por eso nos hace reír.
Al menos, siempre que se den las condiciones, los sistemas pueden aumentar la entropía cumpliendo la 2º ley, pero lo pueden hacer a ritmos diferentes, a velocidades distintas. Cuando el sistema puede elegir la velocidad: ¿elige siempre la velocidad mayor?
A esta hipótesis se la conoce como Principio de Producción Máxima de Entropía (o MEP de las siglas en inglés). Se ha observado en muchos sistemas y ha permitido a algunos autores a atreverse con la formulación de una 4ª ley: Dadas las restricciones y libertades de un sistema, este cumple el Principio del MEP.
Observemos que este principio es más que la formulación de la 2ª ley, como la 2ª ley es más que la 1ª ley. Que se conserve la energía no explica el porqué dela tendencia a que se privilegien ciertos intercambios de energía sobre otros –2ª ley- y que se privilegie la energía calorífica sobre otras no explica que los sistemas complejos aumenten su entropía de la forma más rápida posible (MEP).
La producción máxima de entropía (MEP) es fruto de sistemas alejados del equilibrio. La termodinámica, prácticamente hasta Prigogine, se dedicó a sistemas próximos al equilibrio, en los que los saltos energéticos no eran muy elevados, todo era casi-reversible. Así, el aumento de entropía podía observarse, pero las distintas velocidades que podía tomar este aumento no eran observables pues se escogían sistemas que iban lentos siempre. En nuestra imagen de las canicas es como si los termodinámicos jugaran siempre encima de la mesa.
Es al estudiar procesos alejados del equilibrio y claramente irreversibles –las canicas cayendo al suelo- cuando nos hemos dado cuenta de que la naturaleza tiende a comportarse reduciendo el gradiente por el camino más rápido. Algo que en dinámica es obvio: una partícula o una canica van por el camino de máximo gradiente –así lo reduce más rápido-: En una mesa inclinada, la canica no zigzaguea reduciendo el gradiente –la altura- poco a poco, sino que va por el camino más rápido y de máxima pendiente. Como el agua de un río.
Así, las células de Bénard al formarse, “descubren” una forma de reducir más rápidamente el gradiente de temperaturas. En este caso, la creación de una estructura compleja multiplica los caminos de reducir el gradiente y de aumentar la entropía. Mientras se alimente el sistema con calor por debajo, las células de Bénard se mantendrán, disipando la energía calorífica más rápido de lo que el líquido puede hacer sin ellas.
Es como si la naturaleza seleccionara aquellos caminos para transformar la energía y minimizar los gradientes a la tasa más alta posible dadas las condiciones del sistema; como el camino construido por un sistema complejo es más eficiente reduciendo el gradiente que el sistema desordenado y desestructurado, la naturaleza produce la complejidad siempre que puede. El principio del MEP es pues un principio de autoorganización.
Esta aparente inteligencia de saber el camino que cumple con el MEP, puede de nuevo “explicarse” recurriendo a la formulación estadística. Con suficientes grados de libertad, el estado más probable en sistemas alejados del equilibrio es aquel que cumple el MEP. Con muchos grados de libertad, existen muchas formas de transformar la energía y por tanto de reducir los gradientes. La complejidad –la diversidad- añade grados de libertad y por tanto vías más rápidas de reducir el gradiente. “Casualmente”, las vías más rápidas son más probables que las lentas. Así, la complejidad no sería más que una consecuencia colateral de la probabilidad. ¡Hemos dado la vuelta a la tortilla! La vida, que parecía un milagro de la diosa fortuna, no es más que una consecuencia de las leyes de la probabilidad. La vida, y más genéricamente, los sistemas complejos, se forman con elevada probabilidad, dado que permiten el camino más probable para las transformaciones energéticas.
Podríamos concluir que a la hora de minimizar el potencial por el camino del MEP, el sistema en cuanto puede se estructura espontáneamente y aumenta su complejidad.
Sin embargo, algo falta aquí. Los flujos de energía creados por la complejidad y el orden son más eficientes disipando gradientes y además, una vez que se establece su posibilidad de existencia, son más probables. Pero, ¿Cómo se establece su existencia? No es intuitivo. El MEP tampoco explica la formación de sistemas complejos, en todo caso podría ayudarnos a comprender su persistencia. Los cálculos se hacen a posteriori, una vez formado el sistema complejo, cuando éste ya tiene muchos grados de libertad, si lo comparamos con el sistema anterior simple del que deriva, resulta que disipa antes los gradientes. Pero antes de formarse el sistema complejo no existía esa vía, ese camino de disipación. La producción de entropía parece hacerse máxima cuando se incrementan los grados de libertad y éstos se incrementan precisamente cuando se incrementa la complejidad, parece un círculo vicioso o un comportamiento teleológico que para las células de Bénard es mucho pedir.
Así pues nos preguntamos, ¿Qué es antes, el MEP o la tendencia a formar lo complejo? Es decir, ¿la necesidad de cumplir con el MEP es la que genera lo complejo o es al revés?
En el primer caso, encontramos las formulaciones de la 4ª ley que se están dando:
• El flujo de energía debido a un gradiente es la condición suficiente para incrementar la complejidad del sistema (la condición necesaria la asume todo el mundo).
• Los sistemas vivos –mejor, los sistemas complejos- han evolucionado para cumplir el MEP.
Así, la vida puede evolucionar, no sólo por las leyes de Darwin, sino como autoorganización espontánea debido a esta 4ª ley.
Sin embargo, el problema de lo complejo es que es complejo. Y esto no es una perogrullada. Casi siempre, lo complejo, modifica el sistema y lo transforma. Las relaciones, una vez más, no son lineales, de causa efecto, sino que existen realimentaciones que cambian las cosas.
Así, la membrana de una célula, en principio es opuesta al MEP. Los bordes repelen el camino hacia la entropía, la hacen más lenta al reducir el flujo de intercambio. Esto es algo que no prevé el MEP. Una célula intercambia energía y materia principalmente a través de los poros que abre -¡y cierra!- en su membrana. Controla estos intercambios y lejos de aumentar la tasa de creación entrópica, ésta disminuye.
Si no existieran células, los azúcares se degradarían a formas más entrópicas más lentamente que con su existencia. Pero si no existieran membranas, la célula –llena de azúcares y otras estructuras- se degradaría rápidamente a formas más entrópicas (que implican la muerte de la célula). ¿Qué sistemas comparamos?
Pongamos un ejemplo más sencillo, más fácil de entender y de un sistema no vivo. Pensemos en el agua de un río.
Decíamos que el agua de un río, que va desde la montaña hasta el mar, reduce su energía potencial y lo hace por el camino de máxima pendiente (gradiente). Esto le permite minimizar el gradiente cuanto antes. De hecho, el rozamiento del agua del río con las rocas, desgasta éstas y forma cañones profundos, que ayudan también a minimizar el potencial de las montañas; así, el agua minimiza antes el potencial. Todo de acuerdo con el principio del MEP:

Pero un río es una estructura mayor, forma espontáneamente meandros y lagos, estructuras que lejos de cumplir el MEP hacen justo lo contrario, el agua ahora tarda más en llegar al mar y, por tanto, en reducir el gradiente. Es decir, las gotas de agua cumplen con la reducción rápida de entropía, el río en cambio no.
Cuando un sistema complejo es lo suficientemente poderoso como para influir en su entorno, el MEP ya no se cumple en él. Puede que el río lo haga en el sistema global, el sistema complejo más el entorno, en nuestro ejemplo, el río más las montañas y los valles.
El sistema complejo puede permitir más grados de libertad y así –dadas las nuevas condiciones- el sistema caminar por el MEP, como en las células de Bénard, pero el sistema complejo puede modificar el entorno, no sólo generando más grados de libertad, más tipos de transformaciones energéticas, sino que genera también nuevas restricciones al entorno; y esto no lo prevé el MEP. El problema es que los sistemas antes y después de la formación de lo complejo no son muy comparables, terminan siendo cualitativamente distintos.
Un nuevo ejemplo. Comparemos un desierto –un ecosistema relativamente simple- con un bosque maduro –un ecosistema complejo-.
El número de transformaciones energéticas que se dan en un desierto es mucho menor que las que se dan en un bosque.
En un desierto instante a instante hay casi un equilibrio térmico y se puede calcular la variación de entropía como variación de intercambio de calor proporcional a la diferencia de temperatura entre puntos del desierto. En el desierto todo depende de cómo entra la luz y escapa el calor.
En cambio, si hay un bosque, se multiplican los caminos de variación energética, la entropía puede aumentar más rápidamente. Pero el bosque restringe también las temperaturas de fluctuación y las suaviza con lo que la comparación ya no es tan clara. Además, los albedos –la cantidad de luz solar reflejada- son distintos y por tanto la energía que entra al sistema es distinta...
Por tanto, el MEP, no explica la tendencia a la complejidad.
Supongamos pues que el incremento de complejidad (C) viene antes que el MEP, es decir, la cuarta ley no es el principio del MEP, sino (preliminarmente):
• En el universo se crearán estructuras cada vez más complejas.
Al incrementarse la complejidad se incrementan los grados de libertad y también surgen distintas restricciones; si sólo tenemos en cuenta estos grados de libertad, el sistema evoluciona por los caminos más probables que además son los que aumentan la entropía más rápidamente, de ahí que aparezca el MEP como consecuencia. Pero el MEP no es estrictamente una necesidad, la entidad compleja que se ha creado va pasando a decidir y controlar el propio sistema y sus caminos posibles para disminuir el potencial. La vida y lo complejo no son marionetas del MEP, sino al revés. Lo complejo es así mucho más activo. El bosque tiene menos albedo y una temperatura más baja que un desierto, esto aumenta el potencial energético disponible (la energía útil intercambiable). No es que se vaya por el camino más rápido, es que cambiamos totalmente el camino. El río ya no baja desde los Pirineos, sino que busca activamente el Everest y baja el nivel del mar.
Dice Wagenberg que la evolución tiene una condición necesaria: el máximo de intercambio de información entre el sistema que evoluciona (progresa) y su entorno. No es así, el sistema que evoluciona intercambia no toda la información que puede, sino la que le interesa, la que le es útil; y además, inventa nuevas herramientas originales para intercambiar la información. Es eficiencia, no avaricia, lo que caracteriza a los sistemas que evolucionan (progresan)."

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