El Gran Diseño

8 EL GRAN DISEÑO

En el presente libro hemos desCrito cómo las regularidades en el movimiento de los cuerpos astronómicos como el Sol, la Luna y los planetas sugirieron que estaban gobernados por leyes lijas en lugar de estar sometidos a las veleidades y caprichos de dioses o demonios. Al principio, la existencia de esas leyes se manifestó solamente en la astronomía (o en la astrología, que era considerada más o menos lo mismo). El comportamiento de las cosas que hay en la Tierra es tan complicado y está sujeto a tantas influencias que las civilizaciones primitivas fueron incapaces de discernir patrones claros o leyes que rigieran dichos fenómenos. Gradualmente, sin embargo, fueron descubiertas nuevas leyes en otras áreas que la astronomía, lo cual condujo a la idea del determinismo científico: debe haber un conjunto completo de leyes tal que, dado el estado del sistema en un instante concreto, pueda especificar cómo evolucionará el universo a partir de aquel instante. Esas leyes deberían cumplirse siempre y en todo lugar; de otra manera no serían leyes. No podría haber excepciones ni milagros. Ni dioses ni demonios podrían intervenir en el funcionamiento del universo.

En la época en que fue propuesto el determinismo científico, las leyes de Newton del movimiento y de la gravedad eran las únicas leyes conocidas. Hemos descrito cómo esas leyes fueron extendidas por Einstein en su teoría general de la relatividad y cómo otras leyes que regían otros aspectos del universo fueron descubiertas.

Las leyes de la naturaleza nos dicen cómo se comporta el univer so pero no responden las preguntas del por qué, que nos plantea mos al comienzo de este libro:

¿Por qué hay algo en lugar de no haber nada?

¿ Por qué existimos?

¿Por qué este conjunto particular de leyes y no otro?

Algunos dirían que la respuesta a estas preguntas es que un Dios decidió crear el universo de esa manera. Es razonable preguntar quien o qué creó el universo, pero si la respuesta es Dios la cuestión queda meramente desviada a qué o quién creó a Dios. En esa perspectiva, se acepta que existe algún ente que no necesita creador y dicho ente es llamado Dios. Esto se conoce como argumento de la primera causa en favor de la existencia de Dios. Sin embargo, pretendemos que es posible responder esas preguntas puramente dentro del reino de la ciencia, y sin necesidad de invocar a ninguna divinidad.

Según la idea del realismo dependiente del modelo introducida en el capítulo 3, nuestros cerebros interpretan las informaciones de nuestros órganos sensoriales construyendo un modelo del mundo exterior. Formamos conceptos mentales de nuestra casa, los árboles, la otra gente, la electricidad que fluye de los enchufes, los átomos, las moléculas y otros universos. Esos conceptos mentales son la única realidad que podemos conocer. No hay comprobación de realidad independiente del modelo. Se sigue que un modelo bien construido crea su propia realidad. Un ejemplo que nos puede ayudar a pensar sobre cuestiones de realidad y creación es el Juego de la vida, inventado en 1970 por un joven matemático en Cambridge llamado John Conway.

La palabra «juego» en el Juego de la vida es engañosa. No hay ganadores ni perdedores; de hecho, no hay ni tan siquiera jugadores. El Juego de la vida no es realmente un juego sino un conjunto de leyes que rigen un universo bidimensional. Es un universo determinista: una vez se empieza con una cierta configuración de partida o configuración inicial, las leyes determinan qué ocurrirá en el futuro.

El mundo considerado por Conway es una disposición cuadrada, como un tablero de ajedrez, pero que se extiende infinitamente en todas direcciones. Cada cuadrado está en uno de dos estados: vivo -representado en verde- o muerto -representado en negro-. Cada cuadrado tiene ocho vecinos: el de arriba, el de abajo, el de la derecha, el de la izquierda y los cuatro en diagonal. En ese mundo el tiempo no es continuo sino que avanza en saltos discretos. Dada una disposición cualquiera de cuadrados vivos y muertos, el número de vecinos vivos determina qué ocurre a continuación, según las siguientes leyes:

1) Un cuadrado vivo con dos o tres vecinos vivos sobrevive (supervivencia).

2) Un cuadrado muerto con exactamente tres vecinos vivos se convierte en una célula viva (nacimiento).

3) En todos los restantes casos, una célula muere o permanece muerta. En el caso de que un cuadrado vivo tenga uno o ningún vecino muere de soledad; si tiene más de tres vecinos, muere de superpoblación.

Eso es todo: dada una condición inicial cualquiera, esas leyes producen generación tras generación. Un cuadrado vivo aislado o dos cuadrados vivos adyacentes mueren en la generación siguiente ya que no tienen un número suficiente de vecinos. Tres cuadrados vivos en diagonal viven un poco más de tiempo. Tras el primer paso temporal, mueren los cuadrados de los extremos, dejando solo al cuadrado de en medio, el cual morirá en la generación si guíente. Cualquier línea diagonal de cuadrados «se evapora» de esa manera.

Pero si tres cuadrados vivos están situados horizontal mente en una fila, el centro tiene dos vecinos y sobrevive, en tanto que los dos cuadrados de los extremos mueren, pero ahora las células justo arriba y debajo de la del centro experimentan un nacimiento. Por lo tanto, la lila se convierte en una columna. Análogamente, en la siguiente generación la columna se vuelve a convertir en una fila, y así sucesivamente. Estas configuraciones oscilatorias son llamadas «intermitentes» o «parpadeadoras».

Si tres cuadrados vivos están dispuestos en Corma de «L», se presenta un nuevo comportamiento. En la generación siguiente, el cuadrado abrazado por la «L» dará nacimiento, conduciendo a un bloque 2 X 2. El bloque pertenece a un tipo de patrón denominado vida estacionaria porque pasa inalterado de generación en generación. Existen muchos otros tipos de patrones que se metamorfosean en las primeras generaciones pero pronto se convierten en una vida permanente, o mueren, o vuelven a su forma original, y a continuación repiten el proceso.

También hay patrones llamados «planeadores», que se metamorfosean en otras formas y tras unas pocas generaciones recuperan su forma original, pero en una posición que está un cuadrado más abajo en diagonal. Si contemplamos cómo evolucionan en el tiempo, parece que se arrastren a lo largo de la disposición. Cuando esos planeadores chocan, pueden ocurrir comportamientos curiosos, según la forma de cada planeador en el momento de la colisión.

Lo que hace que ese universo resulte interesante es que aunque su «física» fundamental sea sencilla su «química» puede ser muy complicada. Es decir, pueden existir objetos compuestos en diferentes escalas. En la escala más pequeña, la física fundamental nos dice que sólo hay cuadrados vivos y muertos. A una escala mayor, hay los planeadores, los intermitentes y los bloques de vida estacionaria. A escala todavía mayor hay objetos todavía más complejos, como por ejemplo «ametralladoras de planeadores»: patrones estacionarios que engendran periódicamente nuevos planeadores que abandonan el nido y se deslizan diagonal abajo.

Tras observar el universo del Juego de la vida durante un rato a una escala particular cualquiera, podríamos deducir las leyes que rigen los objetos a esa escala. Por ejemplo, a escala de los objetos de unos pocos cuadrados podemos deducir leyes como «los bloques nunca se mueven», «los planeadores se mueven en diagonal» y varias leyes sobre lo que ocurre cuando los objetos chocan. Podríamos elaborar toda una física a cualquier nivel de objetos compuestos, cuyas leyes harían intervenir entidades y conceptos que no aparecen en las leyes originales. Por ejemplo, en las leyes originales no hay conceptos como «chocar» o «desplazarse». Las leyes originales simplemente describen la vida y la muerte de cuadrados individuales estacionarios. Tal como en nuestro universo, en el Juego de la vida la realidad depende del modelo que utilizamos.

Conway y sus alumnos crearon ese mundo porque querían saber si un universo con reglas fundamentales tan sencillas como las que habían definido podía contener objetos suficientemente complejos para replicarse. En el mundo del Juego de la vida, ¿existen objetos compuestos que simplemente siguiendo las leyes del Juego de la vida durante generaciones den lugar a otros objetos de su mismo tipo? Conway y sus alumnos pudieron demostrar no sólo que eso es posible, sino que incluso demostraron ¡que uno de tales objetos puede ser, en cierto sentido, «inteligente»! ¿Qué queremos decir con eso? Para ser precisos, mostraron que los enormes conglomerados de cuadrados que se autorreplican son «máquinas de Turing universales». Para los efectos de nuestra explicación, ello significa que, para cualquier cálculo que un ordenador de nuestro mundo físico pudiera en principio realizar, si suministráramos a la máquina el input adecuado -es decir, le suministráramos el ambiente adecuado en el mundo de la vida-, algunas generaciones después la máquina se hallaría en un estado que podría leerse como el output correspondiente al resultado de dicho cálculo de ordenador.

Para hacernos una impresión de cómo funciona eso, consideremos qué ocurre cuando disparamos planeadores contra un bloque 2x2 de cuadrados vivos. Si los planeadores se acercan en la forma adecuada, el bloque, que había permanecido estacionario, se desplazará hacia la fuente de los planeadores o en dirección opuesta. De esa manera, el bloque puede simular una memoria de ordenador. De hecho, todas las funciones básicas de un ordenador moderno, tales como las puertas Y u O, también pueden ser creadas mediante planeadores. De ese modo, así como pueden emplearse señales eléctricas en un ordenador físico, se puede utilizar chorros de planeadores para enviar y procesar información.

En el Juego de la vida, como en nuestro mundo, dichos patrones autorreproductores son objetos complejos. Una estimación basada en trabajos originales del matemático John von Neumann estima el tamaño medio de un patrón autorreplicante del Juego de la vida en diez billones de cuadrados -aproximadamente el número de moléculas que hay en una célula humana-.

Podemos definir los seres vivos como sistemas complejos de tamaño limitado que son estables y que se reproducen. Los objetos que acabamos de describir satisfacen la condición de reproducirse pero probablemente no son estables: probablemente una pequeña perturbación procedente de su entorno podría destrozar su delicado mecanismo. Sin embargo, es fácil imaginar que leyes ligeramente más complicadas pudieran permitir sistemas complejos con todos los atributos de la vida. Imaginemos una entidad de tal tipo, un objeto en un mundo parecido al de Conway, Tal objeto podría responder a los estímulos ambientales y por lo tanto podría parecer que toma decisiones. ¿Tendría tal vida conciencia de sí misma; sería autoconsciente? Las opiniones sobre esta cuestión están irreconciliablemente divididas. Algunos pretenden que la autoconciencia es algo único de los humanos, que les proporciona libre albedrío, la capacidad de escoger entre diferentes cursos de una acción.

¿Cómo podemos discernir si un ser tiene libre albedrío? Si encontráramos un alienígena, ¿cómo podríamos decir si es sólo un robot o si tiene una mente propia? El comportamiento de un robot estaría completamente determinado, a diferencia de un ser con libre albedrío. Por lo tanto, podríamos en principio detectar un robot como un ente cuyas acciones pueden ser predichas. Tal como dijimos en el capítulo 2, esto puede ser muy difícil o imposible si el ente es grande y complejo, ya que ni siquiera podemos resolver exactamente las ecuaciones para tres o más partículas en interacción mutua. Dado que un alienígena del tamaño de un humano contendría unos mil billones de billones de partículas, aunque el alienígena fuera un robot sería imposible resolver sus ecuaciones y predecir lo que va a hacer. Por lo tanto, tendríamos que decir que cualquier objeto complejo tiene libre albedrio) no como una característica fundamental, sino como una admisión de nuestra incapacidad para llevar a cabo los cálculos que nos permi tirían predecir sus acciones.

El ejemplo del Juego de la vida de Conway demuestra que incluso un conjunto simple de leyes puede producir características complejas análogas a las de la vida inteligente. Debe haber muchos conjuntos de leyes con esa propiedad. ¿Qué selecciona las leyes que rigen nuestro universo?. Tal como ocurre en el universo de Conway, las leyes de nuestro universo determinan la evolución del sistema, dado su estado en un instante cualquiera. En el mundo de Conway, nosotros somos los creadores -escogemos el estado inicial del sistema al especificar los objetos y sus posiciones en el inicio del juego-.

En un universo físico, la contrapartida de objetos como los planeadores del Juego de la vida son cuerpos materiales aislados. Cualquier conjunto de leyes que describa un mundo continuo como nuestro propio mundo tendrá el concepto de energía, que es una magnitud conservada, es decir, que no cambia con el tiempo. La energía del espacio vacío será una constante independiente del tiempo y de la posición. Podemos prescindir de la energía constante del vacío si expresamos la energía con respecto a la del mismo volumen de espacio vacío, de manera que podemos tomar esa constante como cero. Un requisito que debe satisfacer cualquier ley de la naturaleza es que estable/xa que la energía de un cuerpo aislado rodeado por el espacio vacío es positiva, lo cual significa que debemos realizar trabajo para ensamblar el cuerpo. Ello es así porque si la energía de un cuerpo aislado fuera negativa podría ser creado en un estado de movimiento, de tal forma que su energía negativa fuera contrarrestada exactamente por la energía positiva de su movimiento. Si ello ocurriera, no habría razón alguna por la cual los cuerpos no aparecieran en cualquier lugar y en cualquier instante. Por lo tanto, el espacio vacío sería inestable. Pero si crear un cuerpo aislado cuesta energía, eso no podrá ocurrir porque, como hemos dicho, la energía del universo debe permanecer constante. Eso es lo que debemos hacer para que el universo sea localmente estable -hacerlo de tal manera que las cosas no aparezcan de la nada en cualquier lugar-.

Si la energía total del universo debe permanecer siempre igual a cero y si cuesta energía crear un cuerpo, ¡¡cómo puede ser creado de la nada todo un universo? Es por eso por lo que se necesita una ley como la de la gravedad. Como la gravedad es atractiva, la energía gravitatoria es negativa: debemos efectuar trabajo para disgregar un sistema gravitariamente ligado, como por ejemplo la Tierra y la Luna. La energía gravitatoria negativa puede contrarrestar la energía positiva necesaria para crear la materia, pero la realidad no es tan simple como eso. La energía gravitatoria negativa de la Tierra, por ejemplo, es menor que una milmillonesima de la energía positiva de las partículas materiales que la constituyen. Un cuerpo como una estrella tendrá más energía gravitatoria negativa (en valor absoluto), y cuanto menor sea y cuanto más próximas estén entre sí sus diferentes partes, mayor será el valor absoluto de esa energía gravitatoria negativa. Pero antes de que la energía gravitatoria negativa pueda superar la energía positiva de la materia, la estrella se colapsará a un agujero negro, y los agujeros negros tienen energía positiva. Es por ello por lo que el espacio vacío es estable. Cuerpos como las estrellas o los agujeros negros no pueden aparecer de la nada. Pero tocio un universo sí puede.

En efecto, como la gravedad da forma al espacio y al tiempo, permite que el espacio-tiempo sea localmente estable pero global-mente inestable. A escala del conjunto del universo, la energía positiva de la materia puede ser contrarrestada exactamente por la ener gía gravitatoria negativa, por lo cual no hay restricción a la creacion de universos enteros. Como hay una ley como la de la gravedad, el universo puede ser y será creado de la nada en la manera descrita en el capítulo 6. La creación espontánea es la razón por la cual existe el universo. No hace falta invocar a Dios para encender las ecuaciones y poner el universo en marcha. Por eso hay algo en lugar de nada, por eso existimos.

¿Por qué las leyes de nuestro universo son tal como las hemos descrito? La teoría última del universo debe ser consistente y debe predecir resultados finitos para las magnitudes mensurables. Hemos visto que debe existir una ley como la de la gravedad, y vimos en el capítulo 5 que para que una teoría de la gravedad prediga magnitudes finitas la teoría debe poseer lo que se llama supersimetría entre las fuerzas de la naturaleza y la materia sobre la cual actúan. La teoría M es la teoría supersimetrica más general de la gravedad. Por esas razones, la teoría M es la única candidata a teoría completa del universo. Si es finito -y esto debe demostrarse todavía- será un modelo de universo que se crea a sí mismo. Nosotros debemos ser parte de ese universo, ya que no hay otro modelo consistente de universo.

La teoría M es la teoría unificada que Einstein esperaba hallar. El hecho de que nosotros, los humanos -que somos, a nuestra vez, meros conjuntos de partículas fundamentales de la naturaleza-, hayamos sido capaces de aproximarnos tanto a una comprensión de las leyes que nos rigen a nosotros y al universo es un gran triunfo. Pero quizá el verdadero milagro es que consideraciones lógicas abstractas conduzcan a una teoría única que predice y describe un vasto universo lleno de la sorprendente variedad que observamos. Si la teoría es confirmada por la observación, será la culminación de una búsqueda que se remonta a más de tres mil años. Habremos hallado el Gran Diseño.