La Verdad

Ignorancia y evolución

  • El Universo tuvo que partir de un estado de baja entropía, permitiendo que se formaran galaxias, estrellas, planetas, células...

No es fácil comprender que evolución e ignorancia van de la mano. Lo intentamos hoy, pero hay que leer con sosiego y atención lo que sigue. Con la masa y la energía totales y poco más, se caracteriza un macroestado físico de un sistema. Supongamos un sistema compuesto de partículas que pueden estar en tres niveles, que denominamos 0,1, y 2. Hagamos coincidir la energía de estos niveles con su denominación. Supongamos que nuestro sistema consta de dos partículas: a y b. Supongamos, también, que la energía total a nivel macroscópico es 2 unidades. Una posibilidad es que, la partícula a esté en el estado 1 y la b también en el estado 1. Otra posibilidad es que la partícula a esté en el estado 2, y la b en el 0. Todas las posibilidades de colocar las dos partículas en los tres estados, si distinguimos las partículas a y b son (entre paréntesis indicamos el nivel en el que la colocamos): a(0)b(0), a(0)b(1), a(0)b(2), a(1)b(0), a(1)b(1), a(1)b(2), a(2)b(0), a(2)b(1), a(2)b(2). Ahora bien, los microestados compatibles con que la energía total sea 2, solamente son: a(0)b(2), a(1)b(1), a(2)b(0).

Si solamente nos importara la energía total, no es necesario concretar los microestados que satisfacen esa condición. En este nivel de descripción, despreciamos la información que supone describir con detalle los niveles en los que se encuentran cada una de las partículas, ya que prescindimos de las posiciones y velocidades de todas las partículas que lo constituyen. Solo damos la energía total del sistema de dos partículas.

La Entropía es una medida de la cantidad de microestados correspondientes a un macroestado dado. Si interpretamos que, al adoptar el nivel macroscópico, hemos despreciado la información que proporcionaba la descripción a nivel microscópico, desembocamos en que la entropía es una medida de la ignorancia que supone el desechar la información, cuando adoptamos la descripción macroscópica. Si el sistema puede contener tres microestados, como en el ejemplo considerado, tenemos la sensación de que no perdemos demasiada información. Pero si consideramos un litro de aire, pongamos por caso, el número de moléculas que lo constituye es del orden de 10^(23) (un 1 seguido de 23 ceros, ¡descomunal!) y el número de microestados que corresponde a tal número de moléculas es de 10^(10^(23)) (un 1 seguido de 10^(23) ceros), número extraordinario (para que nos hagamos una idea: la edad del Universo es de 10^(10) años, es decir 13.800 millones de años, aproximadamente). Esto quiere decir, de alguna forma, que identificamos la Entropía con la información. La entropía prescinde de los microestados posibles del sistema cuando lo caracterizamos por sus variables macroscópicas.

La cuestión de fondo es que, cuando un sistema aislado (aquel que no intercambia ni materia ni energía con el medio circundante), se encuentra en un estado de equilibrio, tiene que tener la Entropía máxima, dado que si no fuera así, evolucionaría hasta que alcanzara ese estado de equilibrio con un máximo de entropía. Esto hace que un sistema tienda a alcanzar, de forma natural, el estado de máxima entropía. El Universo, por tanto, evolucionará hacia un estado de máxima entropía. Así pues, habrá un creciente incremento de la ignorancia. El segundo principio que establece que la entropía o es igual o se incrementa para un sistema aislado en equilibrio, supone una flecha del tiempo que distingue entre pasado y futuro y no puede ir hacia atrás. Mecánicamente podría ocurrir, por la simetría temporal de las leyes de la Mecánica, pero termodinámicamente es imposible. Todas las leyes de la Física son simétricas salvo el segundo principio y un tipo de desintegración radiactiva, aunque, aparentemente, no tengan nada que ver una con otra.

La razón del aumento de Entropía en un sistema aislado es debido a que existen sistemas que están situados en macroestados iniciales de baja entropía, es decir, con un número pequeño de microestados, en comparación con otros macroestados con un número de microestados mayor. Las condiciones iniciales de estos sistemas son determinantes. El Universo tuvo que partir de un estado de baja entropía, permitiendo que se formaran las galaxias, estrellas, planetas, células, etc. A partir de ese instante, todo circula por el camino de incrementar la ignorancia. Es el motor de la evolución, por paradójico que pueda parecer. Esto no excluye que la complejidad creciente propicie ordenaciones que también se explican compatibles con una entropía creciente, como ocurre en los cambios de fase. La flecha del tiempo entrópico es inapelable la ignorancia, se incrementa.