La naturaleza suele ser demasiado compleja para que la podamos reducir a un pequeño conjunto de conjunto de leyes científicas. Ese es el sueño de los físicos un busca de una “Teoría del Todo” “En busca del Santo Grial”. Quizás algún día (…) La posibilidad de elaborar modelos que funcionen aceptablemente, es decir que detecten regularidades en los patrones y pautas del mundo natural depende de numerosos factores que serían imposibles detallar en un breve post, aunque se conocieran. Sin embargo, es posible ofrecer una serie de directrices que, por un lado nos guían, mientras por otros muestran palmariamente las limitaciones que padece la ciencia contemporánea. Así, la primera consistiría en delimitar o acotar el sistema (objeto) de estudio de una manera apropiada, algo que a menudo, resulta mucho menos trivial de lo que pudiera parecer a simple vista. Seguidamente, los investigadores deben acertar a seleccionar en tales modelos mentales (por mucho que se formalicen matemáticamente) las principales variables que guían su comportamiento. Es obvio que, cuando mejor se entienda un sistema, más probabilidades tendremos de “acertar”. El problema estriba que, justamente estudiamos estructuras y procesos debido a nuestra ignorancia sobre los mismos. Un sistema de análisis suele ser un constructo mental que percibimos en función de los conocimientos científicos previos y nuestras intuiciones derivadas de la percepción sensible e instrumental de un segmento concreto de la realidad. También cabría añadir la modelización de sistemas complejos capaces de autorganizarse y observar si las regularidades que ofrecen se presentan en la naturaleza o sociedad. Pero: ¿Se trata un fragmento lo suficientemente homogéneo en sus características, y apropiadamente delimitado en el espacio y el tiempo como para poder extraer información relevante del mismo? Aquí nos enfrentamos de nuevo con problemas tanto científicos como cognitivos. Todos los sistemas naturales son en parte artificiales, es decir co-producto de la manera de procesar la información que recibimos por nuestro aparato cognitivo: mente y realidad. No obstante debe asumirse que se despliegan “de alguna manera” en el espacio y devienen en el tiempo. No puede ser de otra forma. Generalmente incumben a ese fragmento del "mundo exterior" que acaece a una escala espacio-temporalmente concreta. Ciertas regularidades que pueden extraerse de ellos son invariante a los mentados cambios de escala y otras no. Por tanto, la mayor parte de ellos, poseen propiedades fractales (invariantes) desde ciertos puntos de vista, mientras que otras son idiosincrásicas, las denominadas propiedades emergentes.

Y ahora la lamentable “coletilla final”. Ya sabéis que últimamente a este sistema de bitácoras, por aquello de los calores, parece ser que se niega a enlazar los post que escribimos, pero no ocurre lo mismo con cualquier otro material que circule por el ciberespacio. Si cuando lee este estamos en tal trance, debe copiar el título de nuestros post previos y añadirlo a su buscador favorito. Rápidamente encontrará el post. Este tema ya comienza a parecer de ciencia ficción, por pensar bien.

Imagen Fractal. Fuente: Scout Draves

La detección de las leyes científicas de la naturaleza (es decir sus regularidades más persistentes) es el fin último de la ciencia básica. Vemos pues que ya, a priori, que el científico se encuentra con dificultades de gran envergadura, a las que cabría añadir el reduccionismo ontológico (por ejemplo layes leyes de la biología deben ser conformes con las de la química y estas con las de la física). De no ser así, todo el edificio de la ciencia se derrumbaría. Otra cuestión deviene en que, en un momento concreto, de la historia se las de por verdaderas, algo que Karl Popper y Kurt Gödel demostraron (independientemente)  en su momento que carecía de justificación lógica. Pero retornemos a la introducción.

Acotar que un sistema que funcione de manera coherente en el mundo natural dista mucho de ser tan sencillo como hacerlo con un artefacto construido en el laboratorio. Acertar a realizar tal tarea coherentemente, conllevará tener éxito en la primera parte de la empresa científica. Así por ejemplo, ya al preguntarnos que es un ecosistema o un suelo, nos llevamos la sorpresa de que cualquier definición propuesta conlleva ineludiblemente un cierto grado de arbitrariedad. En ambos casos, entre otros muchos, no existe consenso y si muchas propuestas diferentes e incompatibles.

Imagen fractal. Fuente: karinkuhlmann

Acotar espacialmente el sistema de estudio acarrea no menos dificultades. En un mundo no perturbado por la acción del hombre, las fronteras de unos y otros son difusas, ambiguas. Tal hecho, nos enfrenta a la inevitable necesidad de delimitar con una inherente imprecisión. En el mundo natural, la regla es que los recursos naturales tiendan a variar de una forma que, ni es totalmente continua ni absolutamente discreta. Como dicta una de las principales leyes de la mecánica cuántica (Principio de Incertidumbre), los electrones ni son ondas (lo continuo) ni son partículas (discreto). Finalmente, todo dependerá de cómo interroguemos (experimentamos o analicemos) la estructura o proceso materia de nuestra atención. Nos enfrentamos pues ante otro problema que deviene más ontológico que epistémico.

Del mismo modo, la escala espacio temporal de estudio, dictará el tipo de propiedades que caracterizan a un sistema. Se ha constado, desde diversas perspectivas, lo que es cierto a determinadas escalas suele ser falso en otras. Así por ejemplo, las nanociencias demuestran que los materiales se comportan de manera diferente según su tamaño. La nanopartícula de un compuesto concreto se comporta de manera distinta que el mismo a escala mesoscópica (como en la que vivimos o percibimos), macroscópica (biosfera, universo, según proceda), etc. La dinámica temporal suele ir asociada a la espacial, aunque no siempre sea trivial en apariencia. Todo lo dicho para el espacio resulta válido en lo concerniente al tiempo.

Escalas: Leyes Fractales y Propiedades Emergentes

Supongamos que se ha definido y acotado espacio-temporalmente un sistema determinado con un “cierto éxito” (estimado por la capacidad predictiva de la conjetura que, de ser demostrada, se convertiría en ley). A grandes rasgos, detectaremos dos tipos de regularidades.

Las primeras devienen que ciertas pautas y estructuras no parecen cambiar conforme variamos la escala de observación (nanométrica, micrométrica, “mesométrica”, etc.). Decimos entonces que el objeto es invariante a los cambios de escala. En otras palabras, nos encontramos ante un fractal. Este tipo de propiedades de las estructuras-procesos permiten generalizar algunas “cosas” entre los dominios de validez de la fractalidad detectada, que no suele sobrepasar de algunos órdenes de magnitud, a partir de los cuales se pierde. Resulta por tanto muy útil con vistas a obtener algunas generalizaciones. Cuando la fractalidad quiebra, inferimos que ciertos rasgos del sistema cambian a partir de tales puntos. Así pues, son muy útiles. Ahora bien, la mayor parte de los sistemas atesoran otras características que cambian con las escalas de observación-resolución. Para cada una de las últimas, el sistema muta de propiedades, es decir, en su estructura y/o comportamiento, siendo diferentes a las que acaecen al ser analizadas a mayor o menor resolución (detalle). Se trata de las ya mencionadas propiedades emergentes.  Los científicos deben afanarse pues en descifrar y detallar cuales son, así como detectar las causas subyacentes.

Escalas y propiedades emergentes de los sistemas vivos.

Fuente: Center of Environmental systems Microbiology

Por tanto, podemos señalar que cada sistema se encuentra caracterizado por unas propiedades invariantes entre ciertos rangos o escalas espacio-temporales, así como por otras que le son idiosincrásicas en cada uno de los últimos.

Las Confusiones de muchos Investigadores y Sus Repercusiones en la Ciencia            

Desafortunadamente, muchos investigadores no parecen entender tales reglas, que de hecho son sumamente sencillas, obteniendo unas conclusiones que conciernen propiedades de los sistemas a determinadas escalas e intentando hacer creer que son aplicables a otras, si cerciorarse de ello. Y así se llega a generalizaciones confundentes, cuando no radicalmente falsas. Pongamos un ejemplo.

Pasos para construir un fractal dendrítico.

Fuente: Emergent density

Se dice que los “bosques atraen las lluvias”. Sin embargo, para que tal aserto fuera cierto se sabe que se requieren como mínimo que las extensiones arboladas sean extensas. Diversos investigadores intentan analizar el fenómeno en pequeños bosques y como corolario concluyen que se trata de una falsedad. Los autores de muchos de los estudios experimentales que se llevan a cabo en pequeñas parcelas, ya sea de cambio climático, estimación de la erosión, modelos hipológicos, contaminación, etc., pretenden extrapolar sus resultados a grandes cuencas de drenaje o superficies, detectando que su modelo fracasa a la hora de predecir lo que ocurre en las últimas. A menudo, el problema no deviene de su análisis, sino de que los comportamientos de los sistemas modelizados a otras escalas son distintos. La actual literatura sobre cambio climático está repleta de conclusiones confundentes o falaces, por no tener en cuenta lo narrado en este post. Y lo que es peor aun, ciertas controversias se generan porque los investigadores enfrentados no parecen reparar en asuntos tan triviales: trabajan a diferentes escalas de resolución espacio-temporales.

Juan José Ibáñez