James Clerk Maxwell

El logro principal del británico James Clerk Maxwell (1831-1879) fue su teoría unificada de la electricidad y el magnetismo. Con ella consiguió una gran síntesis explicativa de múltiples fenómenos, experiencias y conocimientos. Su profundidad, alcance y rigor matemático lo ponen, suele decirse, casi a la altura de Newton o Einstein, en la dirección de lo que en el siglo XX sería la búsqueda de teorías unificadas de campos.

Sin embargo, Maxwell fue también uno de los fundadores de la física o mecánica estadística, junto con Ludwig Boltzmann. Dicha rama de la física intenta dar explicaciones de los fenómenos macroscópicos como el intercambio de calor y energía a partir de los comportamientos de las mútiples partículas que constituyen los sistemas. Las propiedades macroscópicas se ven como el resultado de la dinámica de lo microscópico, la termodinámica se explica en perspectiva estadística desde la mecánica.

Concretamente Maxwell propuso la fórmula estadística para hallar la distribución de velocidades que se dan entre las moléculas de un gas. Su planteamiento fue generalizado por Ludwig Boltzmann, dando lugar a la Ley de Maxwell-Boltzmann. Tal función de distribución aboca a una interpretación probabilística de la termodinámica. Y la contribución de Maxwell resultó decisiva para asentar la concepción del calor como movimiento de las partículas, energía cinética.

Claude Shannon e Información

Otra figura a la que se debe reconocer que ha ampliado de manera significativa nuestra comprensión del mundo es Claude E. Shannon. También ha contribuido a transformarlo notablemente, desde luego, al menos los sistemas socioculturales, la vida de nuestra especie.

Claude Elwood Shannon (1916-2001) fue un ingeniero y matemático norteamericano que vivió plenamente el siglo XX. Estuvo vinculado a lo largo de su vida a instituciones y personas de la mayor relevancia científica: el M.I.T., Princeton, los Bell Laboratories, Vannevar Bush, Hermann Weyl, von Neuman, Alan Turing, etc. Su trayectoria intelectual arranca del temprano estudio del Álgebra de Boole, que empezó por aplicar a la Genética y, por supuesto, a la Electrónica.

Aunque fue un entusiasta constructor de artefactos, la transcendencia de Shannon está en sus aportaciones teóricas. Gracias a la lógica booleana impulsó la digitalización, el desarrollo de los códigos, circuitos y máquinas digitales. Y con su Teoría Matemática de la Comunicación (1948) fundó la Teoría de la información, rama de la Matemática aplicada que estudia cómo se comporta, las reglas según las cuales se maneja, representa, comunica y procesa la información.

Su trabajo hizo posible definir la información en términos matemática y operacionalmente precisos, medir su cantidad (bits) en diversos sectores y disciplinas, así como mejorar de forma drástica las técnicas para su transmisión y tratamiento. Convirtió la información en una entidad concreta y general, en una mercancía universal tratable de manera industrial. En una palabra, permitió construir las actuales tecnologías de la información y las comunicaciones (TICs).

Shannon introdujo, además, en su Teoría de la información, por analogía con la Termodinámica, un concepto de entropía que ha establecido una fecunda conexión intelectual, a través de nociones matemáticas y probabilísticas, entre las ideas de organización de los sistemas físicos y de cantidad de información.

Podría decirse por eso que, por un lado, Shannon, con su Teoría de la información, puso las bases conceptuales y matemáticas para el desarrollo de la sociedad de la información industrializada en la segunda mitad del siglo XX. O sea, que transformó el mundo, más que muchos otros científicos e intelectuales (y sea para bien, o para mal…)

Y, por otro lado, pero inseparablemente, su Teoría de la información nos permite comprender el mundo mejor, pues se aplica en muy diversos campos y sectores: la economía, el lenguaje, psicología, biología, física, etc. Las ideas de Shannon, sin pretenderlo, están de alguna manera en la estela de Leibniz, en la tradición que entiende la realidad desde la Lógica de la información.

Claude Shannon, Father of the Information Age [videograb.] University of California, San Diego, Television, 2002.

GOLOMB, S. W.; et. al. Claude Elwood Shannon (1916-2001) [texto pdf]. Notices of the AMS, 2002, 49(1):8-16

Ludwig Boltzmann (1844-1906)

Este año se conmemora el 164º aniversario del nacimiento y el 102º de la muerte de Ludwig Boltzmann, un eximio representante de la cultura decimonónica centroeuropea, austriaco por más señas, dedicado básicamente a la Física, donde realizó aportaciones muy destacadas, que a mí me resultan interesantes y significativas (en fin).

Boltzmann es considerado el fundador de la Mecánica estadística, en virtud de la cual las propiedades y comportamientos globales de los conjuntos o agregados macroscópicos se explican como el resultado estadístico de los comportamientos y propiedades de las innumerables micropartículas componentes (moléculas, átomos, etc.)

Siguiendo esta concepción, derivó las propiedades termodinámicas globales a partir de la mecánica de las partículas, lo que le condujo a formular la interpretación estadística de la Termodinámica, de su segundo principio, que afirma que la entropía, o desorden, siempre crece en los sistemas cerrados. Boltzman concluyó que este principio es una ley estadística, puesto que los estados con mayor entropía son simplemente los más probables y numerosos, siendo el orden lo más improbable: las partículas cambian de situaciones menos a más probables (ver Entropía e información).

En consonancia con todo ello, Boltzmann defendió con pasión la idea de los átomos, en una época y contexto geográfico en que ni mucho menos estaba aceptado entre los físicos el atomismo. Además, hizo contribuciones muy relevantes a la teoría cinética de gases, al estudio de la radiación del cuerpo negro, etc. Fue un teórico poderoso, tuvo como discípula a Lise Meitner e influyó notablemente en el desarrollo de la ciencia posterior: Planck, Einstein, la mecánica cuántica…

• Rajasekar, S; Athavan, N. 2006. Ludwig Edward Boltzmann. arXiv:physics/0609047v1  [physics.hist-ph]

Richard Dawkins, por supuesto

Richard Dawkins no necesita ser descubierto, es un personaje bien conocido y hasta constituye una factoría comunicativa por sí mismo. Pero no por ello voy a dejar de decir algo sobre él, pues las reflexiones de este blog deben mucho a su visión sobre la vida y la ciencia.

Hace año y medio escribía acerca de los memes, noción que Dawkins popularizó en El gen egoísta (1976). El meme, como replicador unidad de la transmisión cultural, equivaldría al gen de la propagación biológica, pero es más bien, en cuanto tal, una metáfora. Si ya es difícil identificar y aislar molecular y funcionalmente los genes en las secuencias de DNA, imaginemos lo que sería encontrar las «unidades elementales de la herencia cultural».

Pero más allá de la metáfora concreta, las ideas de Dawkins sobre la evolución y sobre el papel protagonista de los replicadores en el despliegue y expresión de la realidad me parecen importantes.

Richard Dawkins sostiene que el sujeto de la evolución biológica son los genes, no los organismos o las especies. Los genes en su expansión y proliferación forman y se sirven de vehículos, o «máquinas de supervivencia», que son los individuos u organismos y, en una escala mayor, crean las comunidades, poblaciones, etc. Las interacciones y organización de la vida animal y vegetal se basan en las dinámicas de los genes. En particular, Dawkins cree poder explicar todas las formas de altruismo biológico como expresión de egoísmos genéticos. La información codificada en DNA contiene los programas que regulan el comportamiento de los sistemas biológicos. 

La evolución biológica ha construido, por selección natural, sistemas neurológicos cada vez más potentes, hasta llegar al cerebro humano. Según Dawkins, este cerebro es caldo de cultivo idóneo para la propagación de nuevas secuencias de información autorreplicadora, más lábiles que los genes, que podrían llamarse memes. Son estados o configuraciones neuroquímicas y se transmiten mediante la imitación y el aprendizaje, dando lugar a la cultura, que también evoluciona… En nuevos medios aparecen nuevos replicadores: los virus informáticos…

Aunque Dawkins se fija poco en el propio concepto de información como tal (al fin y al cabo, materia organizada de forma improbable), sus planteamientos promueven un análisis naturalista y, por tanto, natural de la realidad, incluso de la realidad humana y el conocimiento. Un análisis que al final puede resultar un tanto desencantado, menos poético que las visiones mágicas del mundo, impregnado tan solo del austero valor de la verdad.

Un punto entrañable y clarificador es el conato de estudio que Dawkins aborda en la nota 59 de la segunda edición de El gen egoísta, en clave de propagación memética, sobre la difusión de una idea científica determinada, seguida a través del Science Citation Index, casi un apunte de sociobiología de la sociobiología.

Linus Pauling, desde la base

Entre los científicos que más han aportado para comprender el funcionamiento de la naturaleza, generando nuevo conocimiento más fiable a partir de teorías recién recibidas y gracias a su creatividad y capacidad inquisitiva, destaca Linus Pauling (1901-1994).

Nacido en E.U.A., pero discípulo de grandes maestros europeos (Sommerfeld, Bohr, Schrödinger), Pauling quizá fue fundamentalmente químico, pero trabajó en la encrucijada de la física cuántica y de la biología molecular, de la que es considerado uno de los fundadores. Intervino también no obstante en otras disciplinas, desde la medicina a la psicología o la metalurgia, con un talante enciclopédico digno de los grandes sabios de otras épocas. Recibió el premio Nobel de Química en 1954 y el de la Paz en 1962, por su activismo contra las guerras y el armamento nuclear, que lo movió también a salir de laboratorios falsamente «neutrales» ante los dilemas sociopolíticos.

Las aportaciones más relevantes de Linus Pauling fueron su teoría del enlace químico y su programa de análisis estructural de las macromoléculas biológicas.

• En su célebre obra The nature of the chemical bond (1939) explicó en profundidad los enlaces químicos entre átomos y, por tanto, la estructura de las moléculas y sistemas cristalinos, y las propiedades resultantes de las sustancias, sobre la base firme y cuantitativa de la mecánica cuántica recién formulada, impulsando de forma decisiva la química cuántica.
• En cuanto a sus hallazgos en el nacimiento de la biología molecular, aplicando las técnicas de la difracción de rayos X, determinó la estructura molecular de diferentes proteínas y estableció el modelo básico de grandes cadenas polipéptidas enrrolladas una en otra a modo de hélice, noción que abrió paso claramente a la hélice de DNA, de la que estuvo muy próximo.

Parece que suele decirse que Pauling redujo la química a la física, lo cual seguramente no es más que una manera de hablar y de hacer frases. Tal vez sí pueda afirmarse que explicó lo complejo a partir de sus componentes más simples, de manera matemáticamente precisa, todo lo cual es característico de la tradición científica y sirve para entender, calcular y predecir. Las propiedades, el comportamiento y los cambios de los cuerpos sólidos y demás sustancias dependen de la configuración de sus moléculas o redes de átomos, y por tanto de cómo éstos están enlazados. Pauling dio grandes pasos en la ciencia de las moléculas y por consiguiente en la comprensión de cómo se construye la realidad desde abajo.

Darwin, origen de la lucidez

Creo que no debe faltar en este blog un recuerdo para Charles Darwin, uno de los mayores desmitificadores o desveladores de falsas ilusiones en la historia de la humanidad, uno de los que más han contribuido a sustituir la vanidad crédula de los hombres por una humilde lucidez sobre su propia condición y lugar en el mundo. Dicho sea con permiso de Alfred Russell Wallace, cuasi alter ego, la influencia y significación de Darwin han sido, con razón, inmensas, como también han sido muchas y variadas las interpretaciones, las consecuencias y hasta las exageraciones derivadas de su obra y pensamiento.

 

A mí me gustaría destacar aquí tres aspectos:

• Darwin podría decirse que inauguró la ciencia de lo complejo, por cuanto echó los cimientos del primer paradigma global para estudiar los sistemas biológicos, en una perspectiva compatible y coherente con las teorías físicas, promoviendo una visión unificada de la naturaleza.
• Darwin hizo que el concepto de evolución pudiera llegar a servir como una categoría central para analizar el mundo en términos dinámicos pero no teleológicos: la realidad cambia, se transforma y se complica sin estar predeterminada ni tampoco dirigida a un propósito, sin responder a ningún diseño intencional.
• Darwin descubrió que los homosapiens son un resultado de procesos naturales y no criaturas singulares protegidas de la divinidad, y por tanto ayudó a ver que tampoco son autores o forjadores heroicos de su destino, semidioses modernos.

Como el mayor de los naturalistas, Darwin nos invita a examinar también hoy con rigor científico el encaje que tiene de hecho y que debería tener la especie humana en el orden natural.

P.S. (11-02-08): Un interesante y breve resumen de sus aportaciones científicas se ha publicado con motivo de la preparación del bicentenario de su nacimiento y 150 aniversario del Origen de las especies el año que viene:

• Padian, K. 2008. Darwin’s enduring legacy. Nature, 451(7179):632-634

Lo admirable de Leibniz

Quizás visto a veces como un alemán barroco y oscuro, o conocido tontamente por su optimismo, Gottfried W. Leibniz (Leipzig, 1646 – Hannover, 1716) fue una mente poderosa y global, que ha aportado una ayuda enorme en el inevitable y trabajoso desvelamiento de la realidad por parte de los homosapiens. Creo que, como el propio artículo de la Wikipedia aquí enlazado pone bien de manifiesto, Leibniz ha dejado mucho de útil, admirable o ejemplar:

 

• Su pretensión de comprender el mundo y de alcanzar sobre el mismo una visión pluralista, pero coherente, integrada y racional, alejada del dualismo (cartesiano, por ejemplo).
• Su peculiar, sorprendente y vigorosa concepción de que de algún modo la lógica de lo posible condiciona y da forma a la realidad efectiva.
• La noción de que las sustancias evolucionan desplegando o ejecutando el programa que es característico de su naturaleza, que está inscrito en ellas.
• Su sensibilidad y preocupación acerca de la lógica, el lenguaje, la semiótica y, en definitiva, de la información, sus estructuras, dinámicas, mecanismos y signos.
• La amplitud de sus intereses, la variedad de sus trabajos y estudios, en todas las ramas de la ciencia, la tecnología, las humanidades y el pensamiento.
• Su internacionalismo, su espíritu universal y abierto, su capacidad de relacionarse con numerosos intelectuales de primer nivel de todos los países, de edificar comunidades de sabios.

Homenaje a Boyle

Ahora que se conmemora el 346 aniversario de la publicación de su principal obra, The sceptical Chymist, y el 380 de su nacimiento, es oportuno recordar a Robert Boyle (1627-1691). Fue un ilustre y acaudalado caballero inglés entregado de manera liberal y enciclopédica a la filosofía natural, que cultivó en todas sus ramas. Alquimista como Newton y tantos otros padres de la ciencia, es considerado no obstante como el primer químico moderno, capaz de discernir entre las nieblas de la opinión y la tradición elementos esenciales de un conocimiento más seguro de las cosas, de la naturaleza de la materia en este caso. Su perspectiva es un modelo y, sobre todo, el título de su obra, El químico escéptico, no su menor logro, muy imitado, merece un homenaje.