domingo, 14 de diciembre de 2014

69 - ¿Por qué somos perezosos?



Me plantean a menudo preguntas de este género. La naturaleza nos ha creado para disipar la energía. El principio de producción máxima de entropía (MEP) implica que, por unidad de tiempo, disipamos el máximo de energía posible. Entonces, ¿por qué tenemos tendencia a ser perezosos?

La respuesta es que estamos sometidos a limitaciones: nuestras fuerzas son limitadas. La única forma que tenemos para disipar el máximo de energía es de hacerlo lo más eficazmente posible con el fin de ganar tiempo.

Tomaré un ejemplo concreto. Un paseante bordea un río. Ve a una persona un poco más lejos que se está ahogando. Hay que ir a socorrerla. Primero correrá hasta el río y después nadará hacia el ahogado. ¿Va a ir en línea recta? Corremos más deprisa en tierra que nadando en el agua. Tenemos pues interés en permanecer más tiempo en la ribera que en el agua. La trayectoria óptima no es la línea recta, sino una línea quebrada compuesta de dos segmentos de rectas una sobre tierra paralela a la ribera, y la otra en el agua lo más perpendicular a ésta. Es la trayectoria que permitirá alcanzar al ahogado lo más rápidamente posible. Es también la que requiere el mínimo gasto de energía, esto es, la del individuo perezoso. De este modo, seríamos perezosos para ser eficaces.

Se da la circunstancia que el  mismo problema se plantea para la luz. Un fotón se propaga más deprisa en el aire que en el agua. La trayectoria más rápida es esta misma línea quebrada dada por las leyes de la refracción. De este modo la luz siempre toma el camino más rápido para ir de un punto a otro. Los fotones, ellos también, son perezosos. Las estrellas disipan su energía bajo forma de ondas electromagnéticas. La mayor parte de la energía se disipa así. Vemos que las leyes del electromagnetismo están acordes con el principio de producción máxima de entropía.

Reencontramos el mismo fenómeno en mecánica, bajo el nombre de principio de mínima acción. El movimiento de un cuerpo material derivado de sí mismo es en lo inmediato aquel que minimiza su gasto (o maximiza su adquisición) de energía cinética. Las piedras también son perezosas, caen. En el aire hay rozamientos. Maximizando la adquisición de energía cinética, el movimiento va a maximizar la disipación de energía debida a los rozamientos. Las leyes de la mecánica están pues, muy acordes con el principio de producción de máxima entropía.

Vemos que maximizar una cantidad implica, a menudo, minimizar otra. Esto se presta, a menudo, a confusión. Así una estructura disipativa minimiza su entropía interna para maximizar su producción externa.

Podríamos comparar la entropía al polvo. Éste tiene a acumularse en un sitio. Una estructura disipativa es como una ama de casa que barre el polvo de su casa para enviarlo al exterior. El problema es que el polvo va a casa del vecino. Eso es lo que ocurre en una sociedad competitiva.  La selección natural favorece a aquel que disipa más energía, es decir al que barre más deprisa. Acaba rápidamente por ganar, polucionando a todos los demás, provocando un rápido aumento de las desigualdades.

Por eso los hombres se unen formando sociedades en el interior de las cuales cada uno coopera para barrer juntos la entropía al exterior de la sociedad. Entonces, la sociedad que barre más rápido supera a las otras sociedades hasta que todo el planeta esta polucionado. Entonces ya no le queda a la sociedad más que unirse para enviar concertadamente la entropía hacia el espacio bajo forma de radiación infrarroja. Es a lo que se encamina poco a poco.




FRANÇOIS RODDIER


Traducido por AMADEUS de: <http://www.francois-roddier.fr/?p=175

sábado, 13 de diciembre de 2014

5 - El siglo de las amenazas

4 de febrero de 2006 

Padre de la investigación espacial francesa, Jacques Blamont ha guiado mis primeros pasos de investigador de 1960 a 1964. En su primer libro titulado "Introduction au siècle des menaces" (1) describe un cuadro extremadamente pesimista del siglo XXI. Doy aquí mi propio punto de vista.

Desde los años 60, después del "baby-boom" de posguerra, un cierto número de responsables se han vuelto a inquietar por la expansión demográfica de la humanidad, especialmente en el famoso Club de Roma (2). Fundadas en los conocimientos de la época,  las predicciones del Club de Roma se han aseverado pesimistas. El descubrimiento de nuevos yacimientos petrolíferos ha permitido a la humanidad mantener su crecimiento. Después de 1960 la producción de cereales se ha duplicado, siguiendo de cerca al crecimiento de la población. A pesar de que esta producción sea teóricamente suficiente para alimentar a toda la humanidad, está repartida muy desigualmente. Por eso 815 millones de individuos siguen padeciendo hambre aún hambre en el mundo, pero esta cifra disminuye de media en 6 millones por año (3). Todo esto da la impresión de que el crecimiento puede continuar indefinidamente, en especial gracias a las nuevas biotecnologías (4).

No se trata, ciertamente, más que de una ilusión. Las previsiones del Club de Roma descansaban sobre las reservas de petróleo conocidas a finales de los años 60. Estas reservas se han duplicado desde entonces, pero se descubren cada vez menos, es cada vez más difícil de extraer, y sobre todo consumimos cada vez más. Países como China y la India quieren, con todo el derecho, alcanzar el nivel de vida de los países más avanzados. Es evidente que un día u otro, la producción no podrá seguir a la demanda. El aumento actual del precio del petróleo parece indicar que ya puede ser el caso. Los pesimistas subrayan que la producción por habitante de este planeta ya ha comenzado a decrecer (5). Todos los expertos están de acuerdo en afirmar, que, en valores absolutos, la producción pasará por su máximo de aquí a 2025 o 2030 (6). Un observador reputado por independiente, como Jean Laherrere estima que ese máximo será alcanzado hacia 2015 (7).

Para los economistas, es suficiente inyectar capitales para retrasar el fin del petróleo. Parecen olvidar que estos capitales servirán para financiar el gasto de energía necesaria para extraer más petróleo. Más pronto que tarde, se gastará más energía que la que se extraiga. El fin del petróleo es pues ineluctable y sin duda para pronto. He aquí la verdadera amenaza del siglo XXI (8). Cuando lo comentamos con los demás, la primera reacción es: "seguro que se encuentra otra cosa". Dos siglos de abundancia energética parecen haber creado una fe inquebrantable en el progreso hasta el punto que se olvida que el progreso y el crecimiento provienen de la abundancia energética. Sin petróleo no se podrá desarrollar la utilización de otras fuentes de energía: para fabricar un simple panel solar, hay que gastar por adelantado 5 años de su producción en energía (9).

Más grave todavía, las simulaciones del Club de Roma (que siguen siendo perfectamente válidas) muestran que incluso si nuestros recursos de petróleo fuesen inagotables, el problema mayor sería entonces la polución y el recalentamiento del planeta, lo que empezamos a constatar efectivamente (10). Los optimistas dirán que si consiguiésemos remplazar el petróleo por fuentes de energía no contaminantes entonces sería posible un desarrollo duradero. Este caso fue estudiado también por el Club de Roma. El problema mayor sería entonces la insuficiencia de las superficies de tierras cultivables.

De hecho, los partidarios del crecimiento olvidan simplemente que no es posible mantener indefinidamente un crecimiento exponencial en un planeta de dimensión finita. Richard Dawkins nos lo recuerda de una forma tan humorística que no me resisto a traducir aquí su texto: << ..., la población actual de América latina es de alrededor de 300 millones de individuos de los que muchos ya están malnutridos. Si la población continúa creciendo al ritmo actual, en menos de 500 años se alcanzaría el estado en el que, hacinados de pie los unos contra los otros, cubrirían de una alfombra humana todo el continente.  Esto es cierto, incluso si son muy delgados, una hipótesis que no es irreal. De aquí a mil años, se mantendrían de pie los unos sobre los otros con un espesor de más de un millar de individuos. De aquí a dos mil años la montaña humana, propagándose hacia el exterior a la velocidad de la luz, habría alcanzado los límites conocidos del universo. >> (11).

Por supuesto que no llegaremos a eso. El agotamiento de los recursos naturales conducirá mucho antes a un paro del crecimiento y esto empezará con el fin del petróleo. Como hemos visto, esta situación no es nueva en la historia de la humanidad. Lo hemos descrito en el caso particular de la isla de Mangareva (artículo 1) pero hemos visto que hay otros muchos ejemplos. De hecho, los arqueólogos están cada vez más convencidos que la expansión demográfica de la humanidad no ha sido regular. Está más bien compuesta de una serie de expansiones locales rápidas seguidas de regresiones ligadas al agotamiento de los recursos naturales (12). Lo que es nuevo es que esto se produce ahora a escala del planeta en su totalidad. Hasta nuestros días el remedio contra el hambre era la emigración a un país más rico y menos poblado. Pronto eso ya no será más posible. Es ya el momento de tomar nuestro destino por mano.

Concluiré citando un pasaje escrito por un astrónomo (Fred Hoyle) que he traducido así: << se ha dicho frecuentemente que, si la especie humana fracasa sobre la tierra, otra especie la remplazará. En lo que concierne al desarrollo de la inteligencia, es falso. Hemos o habremos pronto agotado todo aquello que sobre este planeta es físicamente necesario para eso. Sin carbón, sin petróleo, sin mineral de calidad, ninguna especie, por muy competente que sea, no podrá nunca a partir de condiciones primitivas acceder a una tecnología avanzada. La ocasión es única. Si fracasamos, es un fracaso para la inteligencia en este sistema planetario. Es exactamente lo mismo para los otros sistemas planetarios. Para cada uno de ellos habrá una ocasión y una sola>> (13).



  Después del petróleo


(1) Jacques Blamont, Introduction au siècle des menaces (Odile Jacob, 2004)

(2) Sobre el Club de Roma ver el texto de Jean-Marc Jancovici en




(6) Ver por ejemplo:
Alternatives économiques, no. 241 (novembre 2005) et no 66 (hors série).


(8) Jean-Luc Wingert, La vie après le pétrole. Ver también: http://www.oleocene.org/index.php?page=accueil&section=introduction

(9) Según Jean-Marc Jancovici à http://www.manicore.com/documentation/solaire.html


(11) Richard Dawkins, the selfish gene (Oxford University Press, 1976), p. 111. Por muy sorprendentes que parezcan las cifras dadas por Dawkins son perfectamente exactas. Muestran claramente las propiedades de un crecimiento exponencial.

(12) Stephen Shennan, Genes, Memes and Human History (Thames & Hudson, 2002) p. 173.

(13) Fred Hoyle, Of Men and Galaxies (1964, réédité en mai 2005 par Prometheus Books).



FRANÇOIS RODDIER

Traducido por AMADEUS de: <http://francois-roddier.fr/?p=6>






2 comentarios a "5 - El siglo de las amenazas"

Mari Jo dijo:


Buenos días, gracias por su bloq que nos hace tomar conciencia a todos de la fragilidad de nuestra tierra. Nuestra asociación tiene por objetivo sensibilizar a la población de los problemas de la polución generados por el tráfico y animar a la conducción de vehículos más ecológicos. Hemos creado el 1 de febrero de este año un foro sobre el desarrollo sostenible y la movilidad suave. Le invito a descubrirlo y a participar en él.

Mejores mensajes.

Marie-Jo


pnyx dijo:


La búsqueda de nuevas fuentes de energía corre el riesgo en efecto de no solucionar el problema en el corto plazo. La solución pasa sin duda por un modelo de crecimiento adaptado a esta escasez. La dificultad es como tomar en cuenta en este modelo los países en vías de desarrollo y los países menos avanzados que aspiran, y esto es comprensible, a una elevación de su nivel de vida. Una segunda dificultad me parece que viene del ascendiente de lo económico sobre lo político. Jamás las multinacionales aceptaran modificar su principio fundamental, quiero decir el objetivo de la rentabilidad de los capitales. En este contexto, hay pocas posibilidades para que nos escapemos a nuevos conflictos. No tendremos entonces más que un solo consuelo,  la de haber demostrado que el interés particular no coincide con el interés colectivo.


Traducido por AMADEUS de: <http://francois-roddier.fr/?p=6

4 - La revolución industrial

9 de enero de 2006

La revolución industrial (12, 3) se debe al descubrimiento y a la explotación por el hombre de las energías llamadas ·fósiles" (4) (carbón, petróleo, gas). Nacida en Inglaterra en el siglo XVIII, esta revolución continúa extendiéndose por todo el planeta hasta nuestros días revolucionando nuestro modo de vida.

Mientras que la revolución neolítica (artículo precedente) apareció de manera independiente en diversos centros separados en el espacio (sobre todo el planeta) y en el tiempo (en varios milenios), la revolución industrial se propaga a partir de un solo centro y se expandió en tan sólo algunos siglos. Es pues una revolución mucho más rápida y a mucha mayor escala. No es pues de extrañar que sus consecuencias sean todavía más dramáticas.







La máquina de vapor de James Watt que originó la revolución industrial

Su primer efecto fue resolver por un tiempo el problema de la sobrepoblación señalado por Malthus. Gracias a la mecanización de la agricultura, a los fertilizantes y pesticidas industriales, y al progreso en el acondicionamiento y el transporte de los productos alimenticios, la población del planeta pasó de cerca de 600 millones de individuos en 1800 a 6 mil millones (5) a finales del siglo XX (octubre de 1999).

Otro efecto mayor es un crecimiento considerable de los bienes de consumo con las consecuencias que conocemos para el hombre y el medio ambiente: éxodo rural y concentración urbana observados en Europa desde el siglo XIX, polución, etc...

Un tercer efecto es una aceleración del progreso técnico al que debe adaptarse el hombre constantemente. Mientras que la revolución industrial continúa, aparece ya una nueva revolución, llamada de la información y de la comunicación, de la que no somos capaces todavía de calibrar sus consecuencias.

Una consecuencia general del progreso es la creación de desigualdades en la distribución de las riquezas, no solamente entre los individuos, sino también entre las naciones que habrían progresado con más o menos retraso. Otra consecuencia es la crisis que provoca en la transmisión de los conocimientos de una generación a otra, de lo que se deriva una crisis de la educación, o más generalmente, una crisis de la cultura (6).

Como lo hemos visto en la revolución neolítica, la revolución industrial, una vez iniciada, no podía más que extenderse por toda la superficie del planeta. Imaginemos por un instante un país que hubiese controlado su expansión demográfica y no tuviese ninguna necesidad de industrialización. ¿Cómo podría resistir a la presión ejercida por las naciones industrializadas que la rodean? De ahí la inevitable globalización, más dramática hoy en día que no lo ha sido jamás.

De este modo el hombre está atrapado entre un pasado familiar pero que está obligado a abandonar y un futuro siempre amenazante. Como lo ha descrito muy bien Kafka, "hay dos antagonistas: el primero lo empuja desde atrás, desde el origen. El segundo bloquea el camino delante de él. Combate con los dos. En efecto, el primero le sostiene en su combate contra el segundo, ya que lo quiere empujar hacia adelante, e igualmente el segundo le empuja hacia atrás. Pero no es así más que teóricamente. Ya que no están presentes solamente los dos antagonistas, sino también, además él mismo, ¿y quién conoce realmente sus intenciones? Su sueño, sin embrago, es que alguna vez, en un  momento de inadvertencia -y haría falta una noche más oscura que no la haya habido jamás- abandona de un salto la línea de combate y es elevado a causa de su experiencia en el combate, a la posición de árbitro sobre sus antagonistas en su combate del uno contra el otro" (7).

¿Sabrá el hombre, algún día, tomar por su mano su destino?




(3) Jean-Pierre Rioux, La révolution industrielle, 1780-1880 (Seuil, 1989)



(6) Hannah Arendt, La crise de la culture (Gallimard, 1972)

(7) Citado por Hannah Arendt en la obra precedente cuyo título en inglés es “Between past and future” (entre el pasado y el futuro).



FRANÇOIS RODDIER

Traducido por AMADEUS de: <http://francois-roddier.fr/?p=5>



5 comentarios a "4 - La revolución industrial"

ngane dijo:

Quisiera las causas y consecuencias de la segunda revolución industrial en Europa.

François Roddier dijo: 

La revolución industrial, tal como la he esbozado, puede ser en efecto descompuesta en varias fases ligadas, en mi opinión, a las utilizaciones sucesivas de diversas formas de energía: carbón, electricidad, petróleo, nuclear (ver por ejemplo  http://www.memo.fr/article.asp?ID=CON_IND_000 ). Mi objetivo aquí es simplemente subrayar la importancia de la energía en la evolución de la humanidad. Volveré en profundidad sobre este punto.

maria dijo:
Quiero información sobre la revolución neolítica y sus consecuencias


François Roddier dijo: 

Me ausento una quincena de días y le responderé en cuanto vuelva


François Roddier dijo: 

Quiero información sobre la revolución neolítica y sus consecuencias


Encontrará una excelente descripción de la revolución neolítica y de sus consecuencias en el libro de Jared Diamond titulado “Guns, Germs, and Steel: The Fates of Human Societies” (Prix Pulitzer 1998). Este libro ha sido traducido al francés bajo el título “De l’inégalité parmi les sociétés” (Gallimard, 2000). Según Jared Diamond, es porque la revolución neolítica se inició en Oriente Medio, que la civilización europea tomó una ventaja considerable sobre todas las demás.

El impacto de esta revolución sobre nuestros genes es descrito por Luca Cavalli-Sforza en su libro "Gènes, Peuples et Langues" (O. Jacob, 1996). En esta obra Luca Cavalli-Sforza retoma la hipótesis de Marija Gimbutas que atribuye el origen común de las lenguas indo-europeas a la civilización Kurgana al norte del Cáucaso. Su lenguaje se habría propagado gracias a la domesticación del caballo. Esta hipótesis es cada vez más criticada. Según Russel Gray y Quentin Atkinson (1) el origen común de las lenguas indo-europeas se situaría en Anatolia. Según ellos, es la lengua de los primeros agricultores que se habría propagado al mismo tiempo que su técnica agrícola.

Seguidamente a la revolución neolítica, el hombre ha tenido que adaptarse a las epidemias engendradas por una densidad de población y la proximidad de los animales domésticos. Ha tenido que adaptarse también a una nueva alimentación rica en cereales y lácteos. Es por eso que nuestros genes han evolucionado (por selección natural). Los nutricionistas descubren que en nuestros días el hombre no está más que imperfectamente adaptado a este tipo de alimentación, la leche y los cereales, siendo las dos principales causas de intolerancia alimentaria (intolerancia a la lactosa y al gluten). Un nutricionista francés, el Doctor Jean Seignalet ha curado a numerosos enfermos gracias a un régimen sin lactosa ni cereales (2). En los Estados Unidos numerosos nutricionistas recomiendan un régimen similar llamado "paleolítico" (3).



De hecho, el hombre encontró desde hace tiempo como hacer digeribles la leche y los cereales gracia a los fermentos lácticos. Es bien conocido para los quesos en los que la lactosa ha sido descompuesta por los bacilos lácticos. Es menos conocido para el pan. Si se utiliza una levadura llamada "natural" muy rica en bacilos lácticos, entonces la gliadina (proteína responsable de la intolerancia al gluten) es neutralizada. Desgraciadamente, desde hace un siglo, los panaderos utilizan levadura de cerveza, alterando así la salud de cerca del 1% de la población, sin que éstos se den siempre cuenta. Yo mismo he descubierto a los 68 años que el gluten había sido desde mi infancia, el principal responsable de mis problemas de salud (enfermedad celíaca frustrada). Desde entonces, ¡yo mismo me hago el pan!

Después de haberse adaptado a la alimentación neolítica, el hombre va a tener que adaptarse a una nueva forma de alimentación llamada industrial de la que vemos por todas partes los efectos todavía más catastróficos (obesidad, diabetes, enfermedades cardíacas).




Traducido por AMADEUS de: <http://francois-roddier.fr/?p=5

domingo, 4 de mayo de 2014

La humanidad y las leyes de la termodinámica


La humanidad y las leyes de la termodinámica

Hace 54 años, iniciaba mis primeros pasos de investigador bajo la dirección de Jacques Émile Blamont, uno de los padres de la investigación espacial en Francia. En marzo de 1959, estaba a su lado en el Sahara en la primera experiencia espacial francesa, un lanzamiento de cohetes “Véronique” para el estudio de la alta atmósfera. Diez años más tarde, el hombre posaba sus pies en la luna. La segunda mitad del siglo XX permanecerá en la memoria por sus fulgurantes progresos científico-técnicos y en el que el número de publicaciones sobrepasó todo lo que se había escrito hasta entonces.
En esa época todos éramos entusiastas. Los progresos del conocimiento no podían, al parecer, más que ser beneficiosas para la humanidad. Sin embargo, rápidamente, el horizonte se ensombreció. Habiéndome convertido yo mismo en director de un laboratorio, vi como las tareas de enseñanza y de investigación se hacían cada día más pesadas. La forma de financiar la investigación me preocupaba muy particularmente. El investigador era cada vez menos libre de escoger sus temas de investigación, ya que los fondos eran pre asignados a programas decididos administrativamente por razones que me parecían oscuras. Si la aplicabilidad era uno de los criterios evidentes, este criterio se aplicaba mal a la astronomía. En realidad hacía falta vender su investigación al gran público. En mi opinión, estábamos matando la gallina de los huevos de oro.
Yéndome a trabajar a los Estados Unidos me pude descargar de mis tareas de enseñanza y no hacer más que investigación. Para eso tuve que trabajar en el campo de la óptica adaptativa. Eso me permitió conservar la libertad de escoger las observaciones que quería con el instrumento que había desarrollado. Me jubilé en 2001. Mientras que muchos investigadores en esta situación proseguían sus investigaciones a tiempo parcial, yo volví a Francia, una Francia que cada vez se parecía más a los Estados Unidos.
En 2004, Jacques Blamont publicaba su “Introduction au siècle des menaces” (Introducción al siglo de las amenazas) (1), un libro muy pesimista sobre el futuro de la humanidad. El año siguiente un geofísico, André Lebeau, publicaba “l’engrenage de la technique” (el engranaje de la técnica), libro que iba a ser seguido por otros varios, todos sobre las amenazas que pesan sobre la humanidad. En 2005, el libro de Jared Diamond “Collapse” atrae mi atención sobre la facultad de hundimiento de las sociedades humanas. Es traducido al francés el año siguiente (3). Entonces me planteo seriamente la cuestión. ¿Iba a desmoronarse la civilización en la que vivía? Y si ese era el caso, ¿el progreso de los conocimientos era la causa? Este tema no ha dejado desde entonces de preocuparme.

En 2006 decido publicar mis reflexiones bajo la forma de artículos publicados en un blog titulado “point de vue d’un astronome” (punto de vista de un astrónomo) (4). Desde el sexto artículo me veo abocado a hablar de termodinámica, y a partir del séptimo, de entropía. La palabra “entropía” fue creada en el siglo XIX por un termodinámico alemán, Rudolf Clasius, para designar una cantidad que se conserva en el curso de una transformación reversible. La noción de entropía nos conduce directamente al problema de la irreversibilidad y a la noción de tiempo.

La evolución de las sociedades humanas es un fenómeno eminentemente irreversible. Esto es cierto para la vida en general. Un ser vivo nace, vive y muere. No rejuvenece jamás. Por lo tanto, como cualquier otro objeto material, está sometido a las leyes de la física. Ahora bien, las leyes fundamentales de la física no dependen del sentido del tiempo. Éstas son, generalmente, representadas por ecuaciones en las cuales la variable tiempo se representa por t. Estas ecuaciones no cambian (siguen siendo las mismas) por el cambio de t en –t.

Tomemos el caso del sistema solar. Si invertimos el sentido del tiempo, los planetas giran en sentido inverso alrededor del sol, pero obedecen siempre a las leyes fundamentales de la dinámica y a la gravitación universal. Esto es también cierto en las ecuaciones del electromagnetismo. Sea cual sea el trayecto recorrido por la luz, si invertimos el sentido del tiempo, ésta recorrerá el mismo trayecto en sentido inverso. A eso se le llama el principio del retorno inverso de la luz.

¿De dónde viene entonces la irreversibilidad observada en la mayoría de los fenómenos naturales? Debemos la respuesta al físico austriaco Ludwig Boltzmann, padre de la mecánica estadística. La irreversibilidad es de naturaleza estadística. En física magnitudes como la presión o la temperatura son magnitudes estadísticas. Describen el resultado medio de la interacción de un número muy elevado de moléculas. Se utilizan magnitudes medias porque no se conocen ni la posición ni la velocidad exacta da cada una de las moléculas del sistema. La irreversibilidad es una consecuencia de esta ignorancia.

Veamos un ejemplo. Usted se desplaza en coche. Las moléculas de un sólido como las de un coche se desplazan a la misma velocidad, la de vuestro coche. Usted frena para detenerse. La energía llamada cinética ligada al movimiento del coche se transforma en calor en los frenos. Cuando los frenos se enfrían, este calor se transfiere a las moléculas del aire del ambiente. Hemos pasado de un conjunto ordenado de velocidades conocidas, todas iguales, las de las moléculas de su coche, a un conjunto desordenado de velocidades desconocidas, las de las moléculas del aire que ha servido para enfriar sus frenos. El físico traduce esto diciendo que la energía cinética del coche se ha disipado en calor a través de los frenos.

Imaginemos que Usted ha podido registrar el movimiento de todas las moléculas en esta serie de sucesos. Supongamos además, de que sea capaz al final de invertir el movimiento de cada una de las moléculas. La reversibilidad de las leyes de la física implica que Usted podría entonces transformar el movimiento desordenado de las moléculas del aire del ambiente en un movimiento ordenado de moléculas en la zapata de los frenos que sería capaz de acelerar el tambor y de volver a dar a vuestro coche su velocidad inicial.

Se ve claramente que tal experiencia es prácticamente imposible, pero muestra el carácter esencial de la irreversibilidad que es el de una pérdida de información. Como lo ha mostrado Claude Shannon, la entropía de Clausius mide esta pérdida de información. Toda pérdida de información es irreversible. En el curso de una transformación reversible la entropía no varía porque no hay pérdida de información. Cuando hay pérdida de información, entonces hay irreversibilidad: la entropía aumenta. Un físico define esto diciendo que la energía mecánica se ha transformado en calor.

Las leyes de la termodinámica han sido primero establecidas para los sistemas llamados cerrados, es decir, aislados del mundo exterior. La entropía de un sistema cerrado no puede jamás disminuir. A medida que la energía se disipa, es decir se convierte en calor, la entropía de un sistema cerrado aumenta hasta alcanzar su valor máximo, a partir de la cual permanece constante. Decimos que hemos alcanzado el equilibrio termodinámico. La información sobre el sistema es entonces mínima. Las diferencias de presión o de temperatura difuminan y después desaparecen. De manera general, toda estructura ordenada potencialmente portadora de información desaparece. Todo movimiento cesa. Para un ser vivo, el equilibrio termodinámico es la muerte.

El estudio de los sistemas termodinámicos abiertos debe mucho al físico-químico Ilya Prigogine. Los sistemas abiertos reciben energía e información del mundo exterior. Sus propiedades son lo opuesto a las de los sistemas cerrados. Pueden aparecer diferencias de presión o de temperatura y formarse estructuras ordenadas. Estas estructuras tienen la propiedad de auto-organizarse espontáneamente. Algunas de ellas llegan a mantenerse en un estado casi estacionario gracias al flujo permanente de energía que las atraviesa. Prigogine les dio el nombre de estructura disipativa. Citemos como ejemplos, un ciclón, un organismo vivo, y, en el caso que particularmente nos interesa aquí, una sociedad humana.

El estudio de las estructuras disipativas ha progresado mucho durante estos treinta últimos años, pero estos progresos son todavía poco conocidos por los biólogos y casi desconocidos por los investigadores en ciencias humanas. Se plantean dos cuestiones fundamentales: ¿por qué se auto-organizan las estructuras disipativas y por qué mecanismo? Los físicos tienen ahora elementos para responder a estas dos cuestiones. El objetivo de este artículo es el de hacerlos conocer y de mostrar más particularmente sus implicaciones en ciencias humanas. Arrojan un nuevo día sobre la historia de la humanidad.

A finales del siglo XX aparecieron elementos de respuesta a la primera cuestión, cuando los geofísicos han mostrado que la atmósfera terrestre está en un estado de máxima producción de entropía. Los astrónomos han podido mostrar que ocurre lo mismo en la atmósfera de Marte o en la de Titán. Un número creciente de físicos se interesan en la termodinámica de los ecosistemas. Se han percatado también que los ecosistemas tienden a maximizar sus tasas de producción de entropía. Esta propiedad, bautizada como MEP (Maximun Entropy Producción), aparece hoy potencialmente como un tercer principio de la termodinámica. Un físico de los ecosistemas, Roderick Dewar (5), publicó en 2003 una demostración estadística, pero esta demostración fue puesta en cuestión en 2007.

Sin embargo hoy se puede considerar MEP como un tercer principio de la termodinámica, verificado en todas sus consecuencias, como lo fue el segundo principio, llamado principio de Carnot, antes de su demostración por Ludwig Boltzmann. Es interesante destacar que este tercer principio había sido entrevisto desde 1922 por el estadístico americano Alfred Lotka (6, 7), bajo la forma de una generalización de la selección natural de Darwin. MEP implica que las estructuras disipativas, esto es los seres vivos, tienden a maximizar sus tasas de producción de entropía.

En ciencias humanas, esto implica que nuestras sociedades se auto organizan de manera a maximizar la velocidad a la cual disipan energía, lo que ninguna observación contradice. Bajo la forma generalizada de Lotka, la selección natural se aplica a las sociedades humanas. Favorece no sólo a los individuos, sino también a las sociedades que disipan el máximo de energía. Para Frederick Soddy (8), premio Nobel de Química por su descubrimiento de isótopos radioactivos, el bienestar se mide en términos de energía disipada. Es por tanto natural que una sociedad formada por individuos que buscan maximizar su bienestar, tienda a maximizar su tasa de disipación de energía.

Elementos de respuesta a la segunda cuestión, a saber, como se organizan las estructuras disipativas, han comenzado a ver la luz desde el último cuarto del siglo XX. Sabemos hoy en día que se trata de proceso de transición de fase (9). En física, la expresión “transición de fase” designa un cambio de estado de la materia, por ejemplo el paso del estado gaseoso al estado líquido o sólido. La formación de un cristal de nieve es un muy bello ejemplo de auto-organización en el curso de una transición de fase. En una cristalización, hay formación espontánea de orden con desprendimiento de calor. Una transición de este tipo necesita un aporte de información bajo la forma de germen, lo que implica una discontinuidad de la entropía. Se habla entonces de transición de fase abrupta.

El modelo de organización de las estructuras disipativas es el de las transiciones de fase continuas. Éstas se producen a una temperatura muy particular llamada temperatura crítica. En física, el ejemplo de transición de fase continua es el paso del paramagnetismo al ferromagnetismo. Se produce a una temperatura crítica bien determinada llamada temperatura o punto de Curie. Es conocido que en un campo magnético el hierro se imanta y conserva su imantación. Decimos que el hierro es un material ferromagnético. Por encima del punto de Curie (770ºC), ya no conserva más su imantación. Se ha convertido en paramagnético.

Esta transición de fase está representada por un modelo matemático llamado Modelo de Ising que es interesante de describir aquí con algún detalle, ya que es aplicable a las sociedades humanas. Cada átomo de hierro está representado por un pequeño imán llamado “spin”. Un spin puede estar dirigido hacia arriba o hacia abajo. Por encima del punto de Curie, la agitación térmica hace que los spines no paren de cambiar de sentido. Como los spines son incapaces de conservar su orientación, el hierro no queda imantado. Decimos que es paramagnético. Cuando disminuimos la temperatura, cada átomo de hierro tiende a mantener su spin orientado como el de sus vecinos. Aparecen dominios, llamados dominios de Ising, en el interior de los cuales todos los spines tienen la misma orientación.

Esto es aplicable a las sociedades humanas. Semejantes a los spines, los individuos tienden a imitar a sus vecinos. La orientación de un spin representa un bit de información. De la misma forma que los spines de un dominio son portadores de una misma información, los individuos de una misma sociedad comparten conocimientos comunes. Los spines de un mismo dominio cooperan entre sí para crear un mismo campo magnético exterior. Los individuos de una misma sociedad cooperan entre ellos por una causa común. Los spines que pertenecen a dominios de orientación diferente están en competencia entre ellos. Los individuos que pertenecen a sociedades diferentes lo están también.

El modelo de Ising es utilizado en inteligencia artificial para modelizar la propagación de las creencias dentro de una sociedad humana. Los cambios de spin corresponden a cambios de opinión. Se introducen más fácilmente en tanto en cuanto la “temperatura” es más elevada, es decir, como veremos, cuando la sociedad es más prospera. Resulta entonces más fácil manipular las opiniones gracias a los medios y a la publicidad.

En el punto de Curie, el tamaño de los dominios de Ising se distribuye según una ley de potencia. Tal distribución es invariante por el cambio de escala. No teniendo ningún tamaño característico, esta distribución tiene el mismo aspecto visto por el ojo desnudo, con lupa o al microscopio. A la temperatura crítica del punto de Curie, el hierro se convierte en extremadamente sensible a su entorno. El mínimo campo magnético exterior va a decidir la orientación de los spines en el interior de los dominios. Cuando la temperatura sigue disminuyendo, los dominios de Ising pequeños desaparecen en beneficio de los grandes. En el interior de estos últimos la orientación de los spines está esencialmente determinada por la del campo magnético exterior. El hierro queda imantado. Se ha convertido en ferromagnético.
Los físicos han descubierto que las estructuras disipativas oscilan constantemente en la proximidad de su temperatura crítica. El físico danés Per Bak ha dado a este fenómeno el nombre de “criticalidad auto organizada” (10), Para describirlo en ciencias humanas, es necesario generalizar la noción de temperatura. En mecánica estadística, el inverso de la temperatura absoluta viene dado por la derivada de la entropía en relación con la energía. Como ha mostrado James Sethna (11), el inverso de la temperatura es el coste ligado a la compra de energía en el mundo. En ciencias humanas, es cómodo razonar en términos de información en lugar de entropía. Esto nos conduce a definir la “temperatura” de una economía como siendo el inverso de la cantidad necesaria para adquirir una cierta cantidad de energía. En una sociedad primitiva, esta información es la que nos permite encontrar alimento. Cuando más disponible es éste, menor es la cantidad de información necesaria, y más elevada es la temperatura de la economía. En una sociedad  avanzada, esta información se mide en términos monetarios. Viene dada por el coste de la energía. Cuanto más débil es su coste, más elevada es la temperatura de la economía.
El tercer principio de la termodinámica del que he hablado implica que las sociedades humanas se organizan para maximizar su disipación de energía. A medida que una sociedad se organiza, su economía se convierte en más y más próspera. La temperatura pasa por encima del punto crítico. Los individuos de dicha sociedad tienden a multiplicarse rápidamente. Agotan sus recursos naturales y perturban su entorno que se convierte en inestable.
Parecidos a los spines del hierro que cambian constantemente de sentido independientemente los unos de los otros, los miembros de dicha sociedad son individualistas, en competición entre ellos. Cada uno hace lo que quiere, tratando de adaptarse a un entorno que evoluciona sin cesar. Reconocemos aquí lo que llamamos hoy en día el liberalismo. Las estrategias de adaptación no pueden ser más que a corto plazo. Los conocimientos adquiridos se convierten rápidamente en obsoletos y su transmisión es inútil. La educación pierde su sentido.
Encontramos el mismo fenómeno en biología bajo el nombren de estrategia r. En los organismos vivos la información memorizada es esencialmente de naturaleza genética. Por eso la estrategia r favorece a los organismos de corta duración de vida, en los que el crecimiento es rápido y la diversidad genética muy grande.

La mayor parte de las sociedades humanas actuales están en un estado de estrategia r. Buscan adaptarse a un entorno que evoluciona muy rápido. Hablamos de “resiliencia”. Pero cuanto más tiempo se mantiene una sociedad gracias a su resiliencia, más rápidamente se modifica su entorno de manera que la evolución se acelera.

El biólogo Leigh van Valen ha bautizado este proceso como “efecto de la reina roja” en referencia a la obra de Lewis Carroll (12) en la cual la reina roja dice. “aquí, hay que correr lo más rápido posible para mantenerse en el mismo sitio”. El efecto de la reina roja ha permitido a van Valen explicar la extinción de las especies. Cuando una especie no evoluciona más lo suficientemente rápido, se extingue. Está claro que el efecto de la reina roja se aplica también a las sociedades humanas. Cuando una sociedad humana no evoluciona más suficientemente rápido, se derrumba. Podemos así dar cuenta del colapso de sociedades descritos por Jarel Diamond (3).

Un colapso disminuye la prosperidad de una sociedad. Reconduce la temperatura de su economía a la cercanía del punto crítico. Nuevos dominios de Ising se forman y se extienden. En biología, nuevas especies animales o vegetales se desarrollan. En el caso del hombre, las sociedades se reorganizan, La selección natural favorece las estructuras que crecen el máximo. En biología hablamos de selección K. Habiéndose estabilizado el entorno, la estrategia K favorece a los organismos grandes, de larga duración de vida en los que el crecimiento es lento y bien adaptado a su entorno. En el caso del hombre, favorece a las grandes sociedades. La economía se recupera y su temperatura aumenta de nuevo.
Estas oscilaciones en la proximidad del punto crítico son características del proceso de criticalidad auto-organizada. Explican muy bien la apariencia cíclica de la evolución histórica , así como de los ciclos económicos. No tienen sin embargo ninguna periodicidad particular.

Una estructura disipativa busca adaptarse constantemente a su entorno. En biología la adaptación se hace gracias a la mutación de los genes. En ciencias humanas, la adaptación se hace por mutación de las ideas. Una sociedad humana se reestructura permanentemente. Por orden de importancia creciente, esto puede ser un simple permiso de construir o, a escala nacional, un nuevo decreto, más raramente una nueva ley o un nuevo gobierno. En dinámica no lineal, a los acontecimientos de este tipo se les denomina bifurcaciones. Los físicos han mostrado que las estructuras disipativas se reorganizan mediante avalanchas de bifurcaciones.
Per Pak compara estas avalanchas a las que se observan en el caso de un montón de arena sobre el cual echamos arena. La pendiente de la arena aumenta hasta alcanzar una pendiente crítica (análoga al punto crítico) a partir de la cual se producen avalanchas. La frecuencia de estas avalanchas es tanto mayor que su amplitud es más débil. Ocurre los mismo con las avalanchas de nieve en invierno. Otro ejemplo es el de los temblores de tierra. La corteza terrestre se reestructura permanentemente produciendo seísmos cuya amplitud es inversamente proporcional a su frecuencia. Es la ley de Gutenberg-Richter.
El proceso se aplica de manera general a la evolución de las estructuras disipativas. Las avalanchas corresponden a discontinuidades en el flujo de la energía disipada. Per Bak y sus colaboradores han mostrado que se aplica a la evolución de las especies en biología. La amplitud de las extinciones de especies es inversamente proporcional a su frecuencia. Está claro que se aplica también a la evolución de las sociedades  humanas. Explica el fenómeno del colapso de las civilizaciones. La importancia del colapso puede ir desde una simple quiebra financiera hasta una revolución social o incluso una guerra mundial. Hoy en día nuestros recursos petroleros se agotan e incluso el clima de nuestra planeta cambia. Podemos alcanzar un colapso mundial seguido de una reestructuración del conjunto de nuestras sociedades.
El proceso de colapso de las civilizaciones humanas ha sido estudiado en detalle por Joseph Tainter (13). El autor se basa en la ley e los rendimientos decrecientes en economía. Vemos que se trata de un proceso físico muy general, el de la disipación de energía. Se aplica de igual modo a las civilizaciones humanas como a las especies animales o vegetales o incluso a los ciclones en la atmósfera terrestre.
Espero haber convencido al lector que la historia obedece a leyes. Estas leyes son de naturaleza estadística y están ligadas a la disipación de la energía. Porque han sido demasiado rápidos, los progresos científicos y técnicos de estos últimos siglos han provocado regularmente desastres y conducen hoy a la humanidad al borde del abismo. ¿El conocimiento de estas leyes permitirá a la humanidad evitar los desastres futuros? Individualmente el hombre no puede hacer nada, pero colectivamente puede reaccionar.
Hoy en día las ciencias están extremamente compartimentadas, pero podemos esperar que en el futuro lo estén menos. Ante la inminencia de un desastre a escala planetaria una toma de conciencia emerge. Nuevos dominios de Ising se forman en el interior de los cuales la humanidad comienza a reestructurarse. Cuando las grandes estructuras actuales colapsen, entonces, de entre estas nuevas estructuras, las que estén mejor adaptadas al nuevo entorno florecerán. Es así como al final de los dinosaurios, los mamíferos se han desarrollado para dar nacimiento al hombre.
La tercera ley de la termodinámica implica que la humanidad continuará disipando energía más y más eficazmente según un proceso que ha sido el mismo desde el comienzo del universo. Los quarks se unieron para formar nucleones. Los nucleones se unieron para formar átomos. Estos se unieron para formar moléculas, después las macromoléculas que han generado los genes, después los genomas. Fundamentalmente se trata de un proceso termodinámico de memorizar y compartir la información. Cuanto mayor es el contenido de información memorizado, más disminuye la entropía y más energía se disipa.
El astrónomo Eric Chaisson (14) ha aportado la tasa de energía disipada por unidad de masa para diversas estructuras disipativas en función de fechas de aparición en el universo. Esa tasa no ha cesado de aumentar. El hombre disipa más energía que los animales que disipan más que las plantas. A igual masa, disipa mil veces más energía que el sol. Memoriza también mucha más información. Este proceso explica el progreso constante de nuestros conocimientos. Cuanto más se acumulan más energía disipamos. El progreso científico y técnico conlleva inevitablemente un incremento de nuestra disipación de energía.

Vemos, hoy en día, a este proceso actuar directamente bajo nuestros ojos. La cantidad de información memorizada a través de los ordenadores y la compartición de esta información a través de los nuevos medios de comunicación crece exponencialmente. Un cerebro global se auto-organiza a escala del planeta. La vida sobre la Tierra será entonces un mismo y solo organismo, bautizado Gaya, por James Lovelock. Desgajado de su entorno por distancias interestelares, Gaya estará en contacto con una fuente caliente, la superficie del sol a 6000º K, y una fuente fría, la radiación cósmica a 3º K. Como un motor térmico bien rodado, disipará la energía de forma regular, gracias a ciclos cada vez más cercanos a la reversibilidad perfecta de los ciclos de Carnot. Gaya habrá alcanzado al fin la fase estacionaria, llamada homeóstasis de los seres vivos. Sufrimos actualmente los dolores de su parto (15).
FRANÇOIS RODDIER

Referencias:

Jacques Blamont, Introduction au siècle des menaces, Paris, Odile Jacob, 2004.

André Lebeau, L’engrenage de la technique, Essai sur une menace planétaire. Paris, Gallimard, 2005.

Jared Diamond, Effondrement: Comment les sociétés décident de leur de disparition ou de leur survie, Paris, Gallimard, 2006.

http://francois-roddier.fr/

Roderick Dewar, J. Phys. A: Math. Gen. 36, p. 631 (2003).

Alfred Lotka, Contribution to the Energetics of Evolution, PNAS, 8, p. 147 (1922).

Alfred Lotka, Natural Selection as a Physical Principle, PNAS, 8, p. 151 (1922).

Frederick Soddy, Wealth, Virtual Wealth and Debt. The solution of the economic paradox, George Allen & Unwin (1926).

Ricard V. Solé, Phase Transitions, Princeton (2011).

 Per Bak, How nature work. The science of self-organized criticality, Springer (1996). Traduit en français sous le titre: Quand la nature s’organise, Flammarion (1999).

 James P. Sethna, Statistical Mechanics: Entropy, Order Parameters, and Complexity (Oxford, 2006).

 Lewis Carroll, Alice au pays des merveilles: de l’autre coté du miroir.

 Joseph A. Tainter, The collapse of complex societies, Cambridge (1990).

 Eric Chaisson, Cosmic Evolution: The Rise of Complexity in Nature, Harvard, 2001

 François Roddier, Thermodynamique de l’évolution, Parole, édit. (2012).