Nobel de Física al arte de extraer orden del desorden
La Academia Sueca premia a dos climatólogos y un físico teórico que crearon nuevas técnicas para entender los sistemas complejos
LaLa naturaleza, en condiciones normales, es muy complicada. Una de las destrezas de la ciencia es diseñar maneras de eliminar buena parte de esa complejidad y quedarse sólo con una o dos cosas que son las que queremos investigar. Por ejemplo, para estudiar una bacteria preferimos hacerla crecer en un laboratorio, controlar nosotros qué come y fijar la temperatura a la que va a vivir; eso nos permite sacar de la ecuación las muchas otras cosas que les ocurren a las bacterias silvestres, y nos da una visión más nítida de esta bacteria en concreto. Pero eso no siempre es posible. Hay aspectos de nuestro mundo que son, por su propia naturaleza, complejos: están formados por muchas partes, o pierden sus propiedades más importantes cuando los simplificamos. Una sociedad, por ejemplo, no puede estar formada sólo por dos personas: las cosas que le ocurren a una pareja son eminentemente diferentes a las que le ocurren a una sociedad. Si queremos entender este tipo de fenómenos no podemos simplificar demasiado: necesitamos quedarnos con el pack completo.
Este año el Premio Nobel de Física ha reconocido el trabajo de tres científicos que se han enfrentado al estudio estudio de sistemas necesariamente complejos. El japonés Syukuro Manabe se dio cuenta de que para estudiar la temperatura de la Tierra era necesario tener en cuenta los movimientos dentro de la atmósfera, que hacen que el aire caliente suba y el aire frío baje. El alemán Klaus Hasselmann desarrolló toda una serie de herramientas que permiten separar los cambios lentos que ocurren en nuestro planeta –lo que llamamos clima– de los cambios rápidos, que tienen lugar en horas o días –lo que llamamos tiempo meteorológico–. El italiano Giorgio Parisi, por su parte, estudió un tipo de materiales en cuyo interior los átomos están desordenados y encontró la manera de calcular las propiedades del material como un todo, tendiendo un puente entre el desorden del mundo microscópico y lo que nuestros ojos ven.
Mirar con lupa o con telescopio
Una de las dificultades que suelen aparecer en los sistemas complejos es que parecen muy diferentes según los miremos a gran escala o a pequeña escala. Un buen ejemplo es la dicotomía tiempo-clima. En nuestra vida diaria vemos que el tiempo puede cambiar en cuestión de minutos; quizá esta mañana hacía un sol radiante y por la tarde está diluviando; mañana, en cambio, puede que esté nublado y haga mucho calor. El tiempo meteorológico es no sólo variable, sino muy voluble: está sujeto a cambios bruscos y es difícil de predecir. En cambio, el clima parece ser todo lo contrario: es estable, y los cambios a los que está sometido son constantes y predecibles. Sabemos que la temperatura del planeta está subiendo y que los océanos se están volviendo más ácidos. Sabemos que los glaciares están en continuo retroceso. Ambos son el mismo sistema –la atmósfera y la superficie de la Tierra–, pero parece caótico cuando lo miramos «con lupa» (en una escala de horas) y perfectamente predecible cuando lo miramos «con telescopio» (en una escala de décadas).
Klaus Hasselmann ayudó a resolver esta aparente contradicción analizando en detalle las ecuaciones que gobiernan las propiedades de los océanos. Esencialmente, su idea fue separar las propiedades que dependen del tiempo meteorológico, como por ejemplo la altura de las olas, de las que dependen del clima, como la acidez media del agua. La gran diferencia entre ambos conjuntos es que las primeras cambian más rápido que las segundas, y Hasselmann pudo demostrar que cuando miramos «desde el telescopio» los cambios meteorológicos prácticamente desaparecen de las ecuaciones. Hoy hace frío, pero ayer hizo calor; el clima no es capaz de «ver» ninguno de esos extremos, porque han ocurrido demasiado rápido. Es el promedio el que sobrevive lo suficiente. En las ecuaciones del clima el tiempo meteorológico queda reducido a un ruido puramente aleatorio, y su influencia es prácticamente cero.
Parisi encontró una situación similar cuando estudió los vidrios de espín, unas aleaciones metálicas en las que los átomos de uno de los metales están esparcidos de forma errática por el material. Pero esparcidos o no, esos átomos son importantes, porque dan a la aleación propiedades magnéticas. De nuevo encontramos algo que es caótico en la microescala, con esos átomos aleatoriamente dispuestos, pero muestra propiedades definidas –el magnetismo– en la macroescala. Parisi encontró la manera de conectar ambos mundos definiendo una nueva propiedad del material que sólo dependía de las diferentes posiciones de los átomos, y que permitía calcular cuánto contribuye cada una de las configuraciones a las propiedades del material. Esta idea resultó ser muy general: otros sistemas desordenados también se pueden atacar así. Hoy, 40 años después, las ideas de Parisi se usan en matemáticas, neurociencia e inteligencia artificial, porque permiten hacer lo más difícil: tender una línea que discurre del desorden al orden.