El enigma de cómo surge el orden a gran escala en sistemas complejos

Según el nuevo marco, un sistema complejo muestra su emergencia al organizarse en una jerarquía de niveles que funcionan independientemente de los detalles de los niveles inferiores. Los investigadores sugieren que pensemos en la emergencia como una especie de “software en el mundo natural”. Así como el software de un ordenador portátil funciona sin tener que hacer un seguimiento de toda la información a microescala sobre los electrones en los circuitos informáticos, los fenómenos emergentes están regidos por reglas a macroescala que parecen independientes, sin tener en cuenta lo que hacen las partes que los componen.

Utilizando un formalismo matemático llamado mecánica computacional, los investigadores identificaron criterios para determinar qué sistemas tienen este tipo de estructura jerárquica. Probaron estos criterios en varios sistemas modelo que se sabe que presentan fenómenos de tipo emergente, incluidas redes neuronales y autómatas celulares del estilo de El Juego de la Vida. De hecho, los grados de libertad, o variables independientes, que capturan el comportamiento de estos sistemas a escalas microscópicas y macroscópicas tienen precisamente la relación que predice la teoría.

Por supuesto, en los sistemas emergentes no aparece materia ni energía nuevas a nivel macroscópico que no existan a nivel microscópico. Más bien, los fenómenos emergentes, desde las Grandes Manchas Rojas hasta los pensamientos conscientes, exigen un nuevo lenguaje para describir el sistema. “Lo que han hecho estos autores es tratar de formalizarlo”, dijo Chris Adami, investigador de sistemas complejos en la Universidad Estatal de Michigan. “Aplaudo plenamente esta idea de hacer que las cosas sean matemáticas”.

Una necesidad de cierre

Rosas abordó el tema del surgimiento desde múltiples perspectivas. Su padre era un famoso director de orquesta en Chile, donde Rosas estudió y tocó música por primera vez. “Crecí en salas de conciertos”, dijo. Luego se pasó a la filosofía, seguida de una licenciatura en matemáticas puras, lo que le proporcionó “una sobredosis de abstracciones” que “curó” con un doctorado en ingeniería eléctrica.

Hace unos años, Rosas empezó a pensar en la controvertida cuestión de si el cerebro es un ordenador. Pensemos en lo que ocurre en un ordenador portátil. El software genera resultados predecibles y repetibles para un conjunto determinado de datos de entrada. Pero si nos fijamos en la física real del sistema, los electrones no seguirán trayectorias idénticas cada vez. “Es un caos”, afirma Rosas. “Nunca será exactamente lo mismo”.

El software parece ser “cerrado”, en el sentido de que no depende de la física detallada del hardware microelectrónico. El cerebro se comporta de manera similar: hay una coherencia en nuestros comportamientos, aunque la actividad neuronal nunca sea idéntica en ninguna circunstancia.

Rosas y sus colegas se dieron cuenta de que, de hecho, hay tres tipos diferentes de cierre involucrados en los sistemas emergentes. ¿Sería más predecible el resultado de su computadora portátil si invirtiera mucho tiempo y energía en recopilar información sobre todos los microestados (energías electrónicas, etc.) del sistema? En general, no. Esto corresponde al caso de cierre informativo:Como dijo Rosas, “Todos los detalles por debajo de la macro no son útiles para predecir la macro”.

¿Qué ocurre si no sólo queremos predecir, sino también controlar el sistema? ¿Ayuda la información de nivel inferior en este caso? Una vez más, normalmente no: las intervenciones que realizamos a nivel macro, como cambiar el código del software escribiendo en el teclado, no se vuelven más fiables al intentar alterar las trayectorias individuales de los electrones. Si la información de nivel inferior no añade ningún control adicional sobre los resultados macro, el nivel macro es cerrado causalmente:El solo es causa de su propio futuro.