Cuatro cosas básicas sobre entropía que todo ecologista y/o interesado en el pico del petróleo, los límites del crecimiento y el colapso de la civilización debería conocer

Carlos de Castro - Grupo de energía, economía y dinámica de sistemas

1.- La entropía no es desorden, ni caos, ni muerte. Es dispersión, reparto, multiplicidad [de la energía]

(No hay tendencia natural a Tanathia pues la muerte térmica del Universo no será antes de millones de veces el tiempo que el Universo lleva aquí desde su Big Bang)

La ley de la entropía está basada en una enormemente pequeña fluctuación de la distribución de la energía en los primeros instantes del Big Bang, quizás hiperamplificada por la inflación (no se preocupe si no me sigue ahora; se me ocurrió hace dos décadas que cuando un sistema crece demasiado rápido inevitablemente genera desigualdad…).

La sopa informe y desordenada de energía-materia había nacido con sitios donde había más energía concentrada que en otros. Aborrecer esa pequeña desigualdad ha generado 13800 millones de años después todo lo que vemos y somos ahora.

La historia del Universo, su presente, y su futuro, es una historia de cómo volver a la equidad en el reparto de esa energía lo más rápidamente posible.

Probablemente esta es la idea más potente de la historia de la humanidad que estamos sólo empezando a explorar (algunos) científicos y filósofos (por favor vuelva a leerla).
El Universo aborrece los gradientes energéticos, la desigualdad. Lo importante no es la meta, lo importante es el largo y creativo camino hacia esa muerte térmica en el lejanísimo futuro (una vez más física y tao parecen conectar).

Si se ha perdido, pido disculpas. Vuelvo al principio.

Decir que la entropía no es desorden es importante. El genial Maxwell ya lo entendió cuando dijo que “el orden no es una propiedad de las cosas materiales en sí mismas, sino solo una relación para la mente que lo percibe“.

Alex Dinovitser (Fuente: Wikimedia Commons. Licencia: CC-BY-SA)
Alex Dinovitser (Fuente: Wikimedia Commons. Licencia: CC-BY-SA)

Pero vamos con ejemplos/analogías para entenderlo mejor:

Imagine la habitación de un niño. En un rincón, sobre una estantería está la caja de sus juguetes. A este (micro)estado de la habitación lo vamos a llamar S0.

Media hora después de entrar el niño la habitación ha quedado desordenada (para los padres, para el niño seguramente tiene una lógica y un orden que podría explicar). Decimos que ha aumentado la entropía porque los juguetes están dispersos en un nuevo estado que llamaremos S1.

Sin embargo, en realidad el estado concreto S1 en que se encuentra la habitación es tan improbable como el que caracterizarían sus padres como ordenado (el S0); la prueba es que nunca volveremos a ver exactamente S1.

Al día siguiente y tras el paso de un adulto (y un aumento de la entropía fuera de la habitación), la habitación queda de nuevo en el estado S0, pero ese mismo día el niño vuelve a dispersar los juguetes (está en su naturaleza). Si nos fijamos en los detalles ya no estamos en el estado S1, sino en un nuevo estado S2 (si nos encontráramos de nuevo con S1 pensaríamos que un milagro habría ocurrido o nos asustaríamos recordando la película “El día de la marmota“).

Al cabo de un año, habríamos encontrado 1 estado S0 y 365 estados S1, S2,… S365 (en realidad miles intermedios si miramos cada minuto la habitación).

Si no ordenamos nunca la habitación, nunca aparecería tampoco el estado S0 otra vez. Así pues, sin intervención paterna, tenemos 366 estados de la habitación, 365 con los juguetes dispersos y 1 con los juguetes concentrados en la caja.

La ley de la entropía no es más que un cálculo de probabilidad: existe una tendencia enorme a encontrarnos con estados dispersos sencillamente porque son enormemente más numerosos, y por tanto probables.

El término correcto es dispersión, no desorden (si viéramos instante a instante lo que hace el niño no encontraríamos ese desorden por ningún lado).

Si nuestra mente adulta agrupa en dos el universo-habitación: “juguetes en la caja” (macroestado C0) versus “juguetes dispersos por la habitación” (macroestado C1), entonces concluiremos que exite una tendencia -partiendo de C0- a ir espontánemente a C1, y consideraríamos un milagro el proceso inverso (no es que sea imposible, es que es altísimamente improbable que espontáneamente un niño disperse sus juguetes dentro de la caja).

La entropía ni nos lleva al desorden, ni al caos, ni a la muerte; no es mala. Como mucho es traviesa y, como veremos, creativa como un niño.

2.- La intervención del ser humano en la biosfera no aumenta la entropía que se produce en la Tierra, la disminuye.

La civilización humana, de hecho, cualquier metabolismo, para su mantenimiento requiere intercambios de energía, pues para intercambiar materia e información se necesita previamente intercambios de energía que reduzcan algún gradiente de la misma. Todo cambio requiere intercambio de energía y para que exista intercambio se necesita un gradiente, una concentración de energía que dispersar.

Siempre que hay un intercambio de energía entre el “metabolismo” y su entorno aumentará la entropía del metabolismo + su entorno; normalemtne aumenta sobre todo el del entorno, a veces disminuyendo el del metabolismo; sencillamente porque el entorno es más grande, y por tanto con más estados posibles, y porque el metabolismo se mantiene precisamente generando ese entropía.
Un metabolismo no cristalizado requiere intercambios continuados de energía.

Ahora bien, la civilización humana es un metabolismo montado sobre otro metabolismo mayor, la biosfera o Gaia. El entorno de nuestra civilización es Gaia y por tanto nuestro “metabolismo” genera un aumento de entropía en nuestro entorno. Lo hace también un bosque, aunque con una diferencia: el metabolismo de nuestra civilización funciona como un cáncer en la biosfera y como tal tiende a destruirla, un bosque no.

Como la biosfera-hospedante es mayor (y más compleja), intercambia mucha más energía que la civilización humana, así que es lógico pensar que la creación de entropía de Gaia sobre su entorno será mucho mayor que la que creamos los humanos sobre Gaia.

Como nuestra civilización está degradando fuertemente el metabolismo que la acoje (la desordena, a diferencia de lo que hace un bosque en Gaia, que aumenta la entropía pero no la degrada ni la desordena), es lógico pensar que nuestra creación de entropía sobre Gaia no compensa la creación de entropía de Gaia sobre su entorno. Esa lógica se hace obvia bajo la hipótesis de que Gaia es un organismo complejo -mucho más complejo que la civilización humana que aunque con cierta complejidad y metabolismo, no llega ni de lejos a la complejidad de un organismo, ni siquiera tan “simple” como una bacteria).

La hipótesis Gaia orgánica, que le parece eso lógico y obvio, predice pues que el ser humano y su civilización hacen disminuir y no aumentar (ligeramente) la creación de entropía en el Universo. Nuestra civilización es la improbable y solo temporal en nuestro universo. Ayuda también saber que crear entropía no era “malo”, sino un proceso “creativo”.

Como la predicción se puede demostrar con cálculos biofísicos matemáticos, anotemos un punto para mi teoría, que se hace con una predicción que nadie había formulado antes —que yo sepa— (de hecho se ha venido diciendo la afirmación contraria).

3.- La ley de la entropía pone límites, pero la economía-metabolismo de la civilización actual humana es mucho más chapucera y sus límites no los pone la entropía sino otras leyes ecológicas y humanas.

Esta sentencia es fácil visto y comprendido lo anterior.

Puesto que la entropía no limita la complejidad y metabolismo de un sistema como Gaia o un bosque o un termitero, no puede imponer límites teórios a la civilización humana —más sencilla—, los límites son internos (por ejemplo, cuánta desigualdad —antientrópica— y corrupción es capaz de soportar) y ecológicos (flujos energéticos, daños sobre ecosistemas soporte, etc.). En definitiva, un cáncer (el cáncer es nuestra civilización, no los humanos ni otras culturas) tiene límites “naturales” obvios que no tienen que ver directamente con límites de entropía; a un cáncer se le elimina, muta y deja de serlo, o muere matando, su destino es siempre desaparecer relativamente pronto).

Aquí se abre una discusión interesantísima sobre el futuro de nuestra civilización: morir matando —o lo que persigue el BAU y aquellos que se empeñan en mantener tal cual el metabolismo haciendo crecer aún más el cáncer—, mutar —o lo que persiguen los movimientos en transición que en realidad deben tener claro que no es una simple transformación sino una metamorfosis total— o eliminar el metabolismo canceroso (de otra forma, menos traumática, a lo que ya está haciendo de forma acelerada el BAU).

Pero el tema de la entropía-Gaia abre también una habitación de esperanza para próximas civilizaciones humanas (¿en otro post?).

4.- La complejidad y la evolución de la vida no luchan contra la entropía, surgen de ella [condición necesaria, ¿suficiente?]

Cuando vemos la entropía como desorden es fácil caer en la idea de que la vida en un milagro, un suceso altísimamente improbable.

Cuando la vemos como dispersión, como mucho caeremos en la idea de que la vida tenderá también a dispersarse —sobre la Tierra, sobre el Universo—.

Cuando vemos la entropía como tendencia al caos o a la muerte es casi natural pensar que los organismos tienden a degenerar y morir por esta ley.

Cuando la vemos como multiplicidad no nos extrañará tanto la extraordinaria (bio)diversidad de organismos, planetas, estrellas o galaxias.

Tanathia no es un futuro prque Gaia es su contraejemplo real y observable. Gaia tampoco es un milagro, como no lo es que el universo “nacido” de una sopa informe y “desordenada” esté, solo 13800 millones de años después, repleto de estructuras dinámicas y complejas (y ordenadas).

Volvamos a la habitación con la caja de juguetes en la estantería. Supongamos que no entra ningún niño pero sí hay intercambios de energía en la habitación de vez en cuando. Con el tiempo veremos algún juguete fuera de la caja, por ejemplo, un día que entró una fuerte corriente de aire, o un codazo de un adulto que derrama algunos juguetes en las cercanías de la estantería. Veremos algunos S1, S2, etc. pero no veremos tantos como cuando entraba el niño en la habitación diariamente. La complejidad del niño hace que el entorno disponga de más posibilidades de generar más estados posibles (más caminos para intercambiar energía). La entropía de la habitación aumenta más rápido con el niño que sin él. Cuando entra el niño en la habitación todo se acelera, la dispersión aumenta más rápido.

No es que el niño busque la dispersión, es que es más probable ver una habitación con juguetes dispersos con niño que sin niño. De hecho, si uno ve una habitación con juguetes dispersos apostará a que un niño ha estado allí, más que pensar en un milagro.

Otra imagen:

Imagínese que contempla una playa en la que flotan agitados por las olas 100 patitos de juguete amarillos y otros 100 azules.

Unas horas después regresa a la playa en un momento de marea baja y se encuentra a esos 200 patos sobre la arena. Pero extrañamente se los encuentra a casi todos ellos perfectamente ordenados: amarillo-azul-amarillo-azul… formando una larga cadena.

Enseguida pensará que un milagro ha ocurrido o que “alguien”, quizás un niño, ha intervenido.

Pero si se fija con atención quizás descubra que las patos amarillos tienen velcro en las alas y los azules el otro lado del velcro… Los intercambios de energía con las olas pueden ayudar a explicar el resto: demasiados golpes rompen los velcros pero al retirarse poco a poco el mar, la energía puede ser la adecuada para mover los patos sueltos y mezclarlos, pero no para rormper los velcros ya formados…

Alfonso B.
Alfonso B.

Si ha entendido esta imagen acaba de entender porqué no pensamos que es un milagro que se forme un cristal de sal al evaporarse el agua de mar.

El cristal de sal es estable y contiene energía almacenada y concentrada en los enlaces quimicos formados. El universo, “aprovechando” la formación del cristal ha encontrado un montón de nuevas vías o estados de alta probabilidad, de alta dispersión: las moléculas de agua que estaban “concentradas” en forma líquida, han pasado a la forma gaseosa al intercambiar energía solar; ahora están más repartidas y dispersas, con muchísimos más estados  a su disposición que antes.

Un metabolismo es estable como lo es un cristal de sal porque ayuda a reducir gradientes energéticos y a dispersar la energía, con una “desventaja” y es que requiere de un flujo continuo de energía, de intercambios de la misma, de reducción de gradientes. Pero con ventajas sobre el cristal:

El metabolismo reduce más rápido los gradientes a su escala temporal y espacial precisamente porque su complejidad abre más caminos y posibilidades de reducir esos gradientes, aumentando el tamaño de estados posibles (los Si de nuestro ejemplo infantil).

Cuando se forman las células de Benárd (esa danza de trillones de moléculas que parecieran un milagro de probabilidad cero de ser solo movimientos aleatorios) aceleran de pronto la creación de entropía: el intercambio de energía es más rápido y se dispersa antes la energía con el entorno.
Bajo las condiciones adecuadas —un flujo mínimo pero constante y estable de energía, un mínimo de propiedades de la materia— se forman siempre (probabiliad 1, no cero)—.

¿Podemos imaginar lo que un flujo mínimo y constante y casi estable puede hacer durante miles de millones de años? Sí, las bandas de Júpiter, el vulcanismo de Io, Gaia…

La evolución de la vida no sólo es posible (y probable) sino que está doblemente dirigida, por un lado por la ley de la entropía —que autoestabiliza y autoselecciona los estados recién adquiridos— y por otro lado por ella misma (pero eso es otro post —y mis dos libros sobre Gaia—). (También puede explorar los escritos de Margalef, Odum, Schneider y Dorion Sagan).

La entropía y la vida se realimentan positivamente.

Todo se realimenta.

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