John D. Barrow - Las constantes de la naturaleza

FIGURA 3.2. La ley de Moore muestra la evolución de la velocidad de procesamiento de los ordenadores frente al tiempo. Cada dos años se duplica el número de transistores que pueden empaquetarse en un área dada de un circuito integrado. Esta división bienal por dos del tamaño de los transistores significa que la velocidad de computación de cada transistor se duplica cada dos años por el mismo coste.

Los límites últimos que podemos esperar para el almacenamiento y los ritmos de procesamiento de la información están impuestos por las constantes de la Naturaleza. En 1981, un físico israelí, Jakob Bekenstein, hizo una predicción inusual que estaba inspirada en su estudio de los agujeros negros. Calculó que hay una cantidad máxima de información que puede almacenarse dentro de cualquier volumen. Esto no debería sorprendemos. Lo que debería hacerlo es que el valor máximo está precisamente determinado por el área de la superficie que rodea al volumen, y no por el propio volumen. El número máximo de bits de información que puede almacenarse en un volumen viene dado precisamente por el cómputo de su área superficial en unidades de Planck. Supongamos que la región es esférica. Entonces su área superficial es precisamente proporcional al cuadrado de su radio, mientras que el área de Planck es proporcional a la longitud de Planck al cuadrado (10−66 cm2). Por lo tanto, el número total de bits en una esfera de R centímetros de radio está dado por 10−66 × R2. Esto es muchísimo mayor que cualquier capacidad de almacenamiento de información producida hasta ahora. Asimismo, hay un límite último sobre el ritmo de procesamiento de información que viene impuesto por las constantes de la Naturaleza.

FIGURA 6.2. El entorno cambiante en un Universo en expansión como el nuestro. A medida que el Universo se enfría y envejece es posible que se formen átomos, moléculas, galaxias, estrellas, planetas y organismos vivos. En el futuro las estrellas agotarán su combustible nuclear y morirán. Hay un nicho de historia cósmica en el que nuestro tipo de evolución biológica debe ocurrir por primera vez, si es que ocurre alguna vez.

Parece que también el filósofo existencialista Karl Jaspers se sintió provocado por los escritos de Eddington a considerar el significado de nuestra existencia en un lugar particular en una época particular de la historia cósmica. En su influyente libro escrito en 1949, poco después de la muerte de Eddington, pregunta:

¿Por qué vivimos y desarrollamos nuestra historia en este punto concreto del espacio infinito, en un minúsculo grano de polvo en el Universo, en un rincón marginal? ¿Por qué precisamente ahora en el tiempo infinito? Éstas son cuestiones cuya insolubilidad nos hace conscientes de un enigma.

El hecho fundamental de nuestra existencia es que parecemos estar aislados en el cosmos. Somos los únicos seres racionales capaces de expresarse en el silencio del Universo. En la historia del sistema solar se ha dado en la Tierra, durante un período de tiempo infinitesimalmente corto, una situación en la que los seres humanos evolucionan y adquieren conocimiento de sí mismos y de existir… Dentro del cosmos ilimitado, en un minúsculo planeta, durante un minúsculo período de algunos milenios, algo ha tenido lugar como si este planeta fuera lo que abarca todo, lo auténtico. Éste es el lugar, una mota en la inmensidad del cosmos, en el que el ser ha despertado con el hombre.

Hay aquí algunas grandes hipótesis sobre el carácter único de la vida humana en el Universo. En cualquier caso se plantea la pregunta, aunque no se responde, de por qué estamos aquí en el tiempo y lugar en que lo hacemos. Hemos visto que la cosmología moderna puede ofrecer una respuesta iluminadora a esta pregunta.

El número más grande de todos

Al-Gor’itmo, n. Operación matemática que se repite muchas veces hasta que converge al resultado deseado, especialmente en Florida.

The Grapevine

Los astrónomos están acostumbrados a números enormes. Se enfrentan al reto de explicar a los profanos lo que realmente significan millones y millones de estrellas con alguna analogía sencilla. Sólo cuando la deuda nacional norteamericana ascendió a niveles astronómicos aparecieron repentinamente en las páginas financieras de los periódicos números superiores a la cantidad de estrellas de la Vía Láctea o a las galaxias del Universo. Pese a todo, y curiosamente, si uno quiere números realmente grandes, números que dejan pequeños incluso a los 1080 de Eddington y Dirac, la astronomía no es el lugar donde buscarlos. Los números grandes de la astronomía son aditivos. Aparecen porque estamos contando estrellas, planetas, átomos y fotones en un volumen enorme. Si uno quiere números realmente enormes tiene que encontrar un lugar donde las posibilidades más que sumarse se multipliquen. Para esto se necesita complejidad. Y para la complejidad se necesita biología.

En el siglo XVII el físico inglés Robert Hooke hizo un cálculo del «número de ideas independientes que la mente es capaz de mantener el número de ideas posibles que podría concebir un cerebro es contar todas estas conexiones. El cerebro puede hacer muchas cosas a la vez, de modo que podríamos verlo como cierto número, digamos un millar, de pequeños grupos de neuronas. Si cada neurona establece mil conexiones diferentes con los otros diez millones de neuronas en el mismo grupo, entonces el número de formas diferentes en que podría establecer conexiones en el mismo grupo de neuronas es × × ×… un millar de veces. Esto da 107000 posibles estructuras de conexiones. Pero éste es sólo el número para un grupo de neuronas. El número total para neuronas es 107000 multiplicado por sí mismo veces. Esto es 1070 000 000 000. Si los aproximadamente 1000 grupos de neuronas pueden operar independientemente unos de otros, entonces cada uno de ellos contribuye con 1070 000 000 000 cableados posibles, lo que aumenta el total hasta el número de Holderness, 1070 000 000 000 000.

Esta es la estimación moderna del número de estructuras eléctricas diferentes que podría sostener el cerebro. En cierto sentido es el número de posibles pensamientos o ideas diferentes que podría tener un cerebro humano. Resaltamos el podría. Este número es tan inmenso que deja en mantillas al pequeño número de átomos en el Universo observable: apenas 1080. Pero a diferencia del número de átomos en el Universo, su inmensidad no es el resultado de llenar un volumen enorme con pocas cosas. El cerebro es más bien pequeño. Sólo contiene unos 1027 átomos. El enorme número procede de la complejidad potencial del número de conexiones entre componentes. Esto es lo que entendemos por complejidad. Surge del número de formas diferentes en que pueden conectarse las componentes, antes que de la identidad de dichos componentes. Y, puesto que estos Grandes Números surgen del número de permutaciones disponibles para una compleja red de interruptores, no será explicable en términos de las constantes de la Naturaleza de la misma forma que lo son los Grandes Números astronómicos. No sólo son más grandes; son también diferentes.

FIGURA 7.1. Frecuencia media de los impactos de meteoritos de diferentes tamaños en la superficie de la Tierra. También se muestran el diámetro del meteorito y el diámetro del cráter dejado en la superficie de la Tierra junto con los efectos probables.

Curiosamente estas intervenciones externas sobre la evolución de la Tierra tienen otra cara. Es cierto que pueden producir extinciones globales y retrasar la evolución de la complejidad en millones de años. Pero, con moderación, pueden tener un efecto positivo y acelerador sobre la evolución de formas de vida inteligente. Cuando los dinosaurios se extinguieron por el impacto de un gran meteorito o un cometa que chocó con la Tierra en la península de Yucatán hace 65 millones de años, al final de la Era Mesozoica, la Tierra fue rescatada de un callejón sin salida evolutivo. Parece que los dinosaurios evolucionaron por una vía que desarrollaba el tamaño físico antes que el tamaño cerebral. La desaparición de los dinosaurios, junto con muchas otras formas de vida sobre la Tierra en aquella época, hizo un hueco para la aparición de los mamíferos. Además limpió algunos nichos de competidores por los recursos naturales. Lo cual estimuló una rápida aceleración del desarrollo de la diversidad. Quizá los impactos desempeñen un papel vital en la puesta en marcha de la evolución cuando se atasca en caminos poco prometedores. Sin impactos, los procesos de desarrollo pueden establecerse en un camino estable pero poco prometedor con extinciones sistemáticas que reducen continuamente la diversidad de especies (ver figura 7.2). Unas condiciones duras y rápidamente cambiantes estimulan la adaptación y aceleran el proceso evolutivo. También incrementan la diversidad, y crear diversidad es el mejor seguro de vida que puede tener un planeta contra la extinción total de su biología por un impacto futuro. Aunque no lo veríamos igual si fuéramos dinosaurios.