Introducció
Les teories de supercordes permeten esperar la unificació de la mecànica quàntica amb la gravetat. Això constituiria una teoria unificada que cobriria tots els fenòmens físics, el fonament de tot el que existeix. En aquest sentit es parla de llei final (final law). En aquest article assenyalo preguntes que quedarien pendents després de la llei final, i que per tant matisarien l’adjectiu final i fonamental. Aquestes preguntes fan referència a la insuficiència de les explicacions que tenim per justificar la diversitat i complexitat que trobem a l’univers. D’una banda les mateixes lleis fonamentals, i el mateix conjunt de condicions inicials, a més d’explicar l’univers que tenim, en podrien explicar molts d’altres, per exemple, universos sense vida. La llei final doncs, no ens explica perquè aquest univers i no un altre. D’altra banda, les propietats funcionals de les estructures d’alt nivell, com per exemple els organismes vius, semblen, fins a un cert punt, independents de les propietats dels seus components. Si podem concebre lleis finals alternatives que poguessin donar raó del mateix univers que tenim, resultaria que la microestructura de l’univers no és tan fonamental com crèiem.
El marc teòric fonamental: La llei final de la física teòrica
i la cosmologia
El 28 de maig de 1996, en una conferència al Museu de la Ciència, el premi Nobel professor Weinberg, deia que les preguntes que fem sobre el món reben, per part de la ciència, respostes que depenen de l’entorn donat i principis o lleis universals. Aquestes lleis cobreixen diferents dominis, com podrien ser l’economia, la psicologia, la biologia, la química. Els objectes es poden descompondre i descriure en termes d’objectes d’un nivell més fonamental. Així arribem als onze tipus de partícules elementals de la física, i el model estàndard de la teoria quàntica de camps. Per poder integrar la força de la gravetat descrita per la teoria de la relativitat general d’Einstein, la física teòrica proposa un nou tipus d’entitats, les supercordes, corbes tancades en un espai de 10 dimensions. Els estats quàntics de les oscillacions d’aquestes cordes es podrien entendre com els estats de les partícules en l’espai temps. I aquests estats inclourien la gravetat.
Aquest objectiu, que encara pot tardar algunes dècades en assolir-se, suposaria la fi de la física teòrica. Això no suposaria, evidentment, la fi de la ciència, ja que molts fenòmens, per exemple la meteorologia, són massa complicats per explicar-los en termes fonamentals. I no només són massa complicats sinó que no estem interessats en un munt immens de llistats d’ordinadors descrivint trajectòries i estats de partícules elementals. En el mateix sentit, Hawkins diu que (Hawkins p. 109) “fins i tot si aconseguim una teoria unificada completa, no serem capaços de fer prediccions detallades excepte en les situacions més simples. Per exemple, ja coneixem les lleis físiques que governen tot el que experimentem a la vida corrent.
Com va dir Dirac, la seva equació és la base de gairebé tota la física i la química. Però només hem estat capaços de resoldre l’equació pel més simple dels sistemes, l’àtom d’hidrogen compost d’un protó i un electró.”
No es tracta, doncs, d’objectar al caràcter final de la teoria unificada basant-nos en que no ens dóna una potència de predicció absoluta. Això no ho pretén ningú. Tampoc es tracta d’apuntar les dificultats del reduccionisme. Per la discussió que ens interessa aquí, donem per fet que qualsevol objecte de l’univers està format per partícules elementals, i que es compleix el tancament causal de la física, és a dir, que no es pot afectar un sistema per causes no físiques, per causes no descriptibles per la teoria unificada. La física teòrica ens explica doncs què són les coses (partícules elementals) i quines lleis les regeixen (el model estàndard). Però també li demanem que ens expliqui com han arribat a ser així. L’explicació ens la dóna la cosmologia, les teories sobre l’evolució de l’univers, que combinant els resultats de l’astronomia i l’astrofísica amb la física de les partícules elementals (Cf. Weinberg) proposa el model estàndard del Big Bang amb un estat inicial singular, un gas de partícules gairebé homogeni a molt alta densitat i temperatura. Comença una expansió, es forma hidrogen i fluctuacions de densitat de matèria (Cf. Peebles , p. 35) fan que el gas es concentri en galàxies i estrelles iniciant els processos de combustió nuclear que generen la diversitat d’elements (Cf. Clayton p. 516). Més endavant, en un sistema planetari amb certs elements i determinada distància d’una estrella, es poden donar les condicions per que aparegui la vida, una autoorganització de la matèria (codificació DNA-proteïnes) com a resultat d’amplificació de fluctuacions lluny de l’equilibri (Cf. Eigen). La teoria d’evolució de les espècies explica la diversitat d’organismes. Finalment, la conjunció d’una sèrie de circumstàncies (augment de la capacitat cranial, facultat d’emetre sons articulats, marxa erecta, etc.) fa que l’homo sapiens adquireixi unes capacitats cognitives que permetran que l’evolució cultural rellevi l’evolució biològica (Cf. Cavalli-Sforza, i Harris cap. 2), apareixent una diversitat de productes
culturals.
La física teòrica i la cosmologia, ens donen una visió de conjunt poderosíssima, un marc teòric fonamental, una comprensió de l’univers com mai havíem tingut. S’ha aconseguit dur al sistema més gran que podem tractar, el procediment d’explicar l’evolució del sistema a partir d’un conjunt de condicions inicials i les lleis de la física. Podríem dir que aquestes condicions inicials (CI) més les lleis de la física (LF) constitueixen un conjunt d’axiomes (CI+LF) que ens permet obtenir qualsevol proposició P que descrigui un estat de coses de l’univers que tenim. És obvi que no pretenem que això es pugui dur a la pràctica. És més fàcil veure com resulta implausible negar que qualsevol P s’obtingui de (CI+LF). Això voldria dir que, o bé hi ha estats de coses P inexplicables, o bé que cal modificar (CI+LF). Això darrer equivaldria a refinar les lleis fonamentals o la descripció de les condicions inicials, i tornaríem a plantejar el mateix. El que tenim doncs, és un seguit d’estats de coses, relacionats causalment per les lleis de la física.
El problema que té aquesta concepció és que no queda clar com apareix la diversitat i l’ordre, donat que partim d’unes condicions inicials pràcticament homogènies. Com pot ser que: (CI+LF) → diversitat? Parafrasejant la pregunta metafísica de Heidegger “perquè hi ha alguna cosa en lloc del no res?”, ens podem demanar perquè hi ha diversitat de coses en lloc d’un univers homogeni? Perquè en lloc d’una sopa en equilibri hi ha hidrogen, estels, fòsfor, alanina, la Drosophila, pomeres, austrolopitecus, destrals, la llengua grega, el parenostre, palaus renaixentistes, la geometria diferencial i Congressos de filosofia de la ciència?
Les explicacions sobre la diversitat
L’esbós que hem fet abans de l’evolució de l’univers pretén respondre aquesta pregunta. Notem però, que cada vegada que apareix diversitat o una estructura més complexa, no es tracta d’un pas necessari, ni tan ssols probable. Cal suposar que hi ha hagut una fluctuació oportuna, l’ocurrència d’una possibilitat entre moltíssimes d’altres.
Això vol dir, que en realitat, i tal com era d’esperar, el nostre conjunt d’axiomes (CI+LF), correspon a un model descriptiu probabilista, dins del qual hi ha aspectes que la teoria descriu estadísticament. Evidentment, això és una trivialitat, ja que a ningú se li acut que el que es pot escriure en unes poques pàgines, la descripció de les condicions inicials al Big Bang i el model estàndard de la física teòrica, hagin de permetre obtenir totes les altres proposicions. El que m’interessa remarcar, és que en tractar-se d’un model que inclou fluctuacions i tractament estadístic, ja no podem mantenir que (CI+LF) ens donin un únic conjunt de proposicions P corresponents a l’univers actual. Les mateixes condicions inicials CI i les mateixes lleis de la física LF explicarien molts d’altres universos, universos diferents segons quina de les possibilitats o fluctuacions igualment probables han tingut lloc, per exemple universos amb menys elements químics, sense vida, o amb una forma d’organització diferent de codificar proteïnes, etc. Així (CI+LF)→U, però també (CI+LF)→U’, (CU+LF)→U”, etc.
Aquelles estructures que fan que aquest univers sigui divers i fascinant, en lloc d’un gas avorridíssim, depenen de possibilitats molt improbables (tal com apuntava Monod). Resulta que el nostre marc teòric fonamental no explica perquè aquest univers i no un altre. Podem proposar com a nou marc teòric fonamental (CI+LF) juntament amb les fluctuacions o ocurrències improbables CI+LF+(fi+fj+…) → U, però resulta una mica contradictori dir, d’una banda, que tenim un marc estadístic, i de l’altra que ha d’ocórrer exactament una possibilitat determinada. Ens segueix mancant una comprensió de l’aparició de diversitat.
Esmentem alguns dels progressos que s’han fet per avançar en aquesta comprensió (Artigas 1991). Ja de fa molts anys, el desenvolupament de la termodinàmica no lineal en situacions fora de l’equilibri ha permès superar la dificultat que suposava el segon principi de la termodinàmica com a criteri evolutiu cap a estadis sempre més desorganitzats. En sistemes, lluny de l’equilibri, poden aparèixer estructures biològiques a partir d’amplificacions de fluctuacions que condueixen a un nou estat on es poden mantenir estructures dissipatives que mantenen un ordre dins del sistema a expenses d’un augment de desordre de l’entorn. Però notem que hem de seguir recorrent a la noció de la fluctuació adequada. D’altra banda, els estudis sobre caos i teoria de catàstrofes, mostren com hi ha un ordre simple subjacent sota una aparença caòtica. Aquesta és una línia de recerca molt activa, però més aviat ens informen d’ordre subjacent més que no pas de com apareixen estructures a partir de situacions estadístiques. Són d’un gran interès els treballs de Varela (1982, 1991) on es proposa el concepte d’autopoiesi per descriure el fet que en les noves estructures hi ha dos elements que depenen mútuament l’un de l’altre. Així, podria semblar que per que es doni la vida, n’hi prou amb que aparegui el programa genètic de codificació de proteïnes a partir de DNA. Però la codificació no es pot dur a terme si no existeixen ja els seus productes, les proteïnes. El mateix passa en la cèllula entre la membrana que l’individualitza i els processos que tenen lloc a dins. Això encara ens dificulta més la comprensió de l’emergència d’estructures, ja que en tots els casos que hi ha causalitat circular, no n’hi ha prou amb què aparegui un dels dos elements (gràcies a alguna fluctuació oportuna lluny de l’equilibri), sinó que han d’aparèixer els dos alhora!
Funcionalisme: les propietats de les estructures independents de la realització
En filosofia de la ment, Putnam va introduir el funcionalisme per assenyalar que els estats mentals es caracteritzaven, no tant per la seva realització neuronal, com per les relacions amb altres estats mentals (Cf. Putnam, o García-Carpintero). Dins de la mateixa àrea, i pel que fa a la reducció de propietats mentals d’alt nivell a propietats de fets neurals, Horgan (1993, 1994) afirma que són fortament neutrals pel que fa a la seva realització en un suport o altre. Aquesta concepció la podem estendre al nostre plantejament. Hem dit que el marc teòric fonamental (CI+LF) explica el nostre univers U, però que també en podria explicar molts altres U’, U”, etc. Plantegem-nos ara el contrari, seria possible un univers macroscòpic semblant al nostre, amb organismes biològics, éssers humans amb capacitats cognitives, etc,. però construïts amb un altre conjunt de partícules elementals i lleis fonamentals? Pensem per exemple en les peces d’un mecano (cargols, femelles, bigues planxes) a partir de les quals podem construir diferents models, una grua, un vehicle, etc. És possible construir models amb les mateixes funcions, una grua que elevi objectes, un vehicle que es desplaci, a partir d’un conjunt de peces diferents procedent d’una altra marca. Les peces poden variar en mida, procediment de cargolar-se, color, etc. mentre permetin construir models amb les mateixes propietats macroscòpiques. Això voldria dir que tenim els mateixos objectes macroscòpics, amb diferents conjunts de partícules elementals (les peces del mecano). O per posar un altre exemple, en el cas dels programes, podem tenir els mateixos programes d’alt nivell, com un processador de textos, realitzats sobre llenguatges diferents. Si considerem “iguals” universos amb objectes complexos (allò que fa interessant un univers) funcionalment semblants, encara que difereixin en els seus components bàsics, tindríem que hi pot haver diferents conjunts de partícules elementals, lleis de la física, i condicions inicials, que ens donessin el “mateix” univers: (CI+LF) → U, i també (CI+LF)’ → U, o (CI+LF)” → U. D’aquí se’n segueix que no importa tant la forma concreta de les peces, com les seves possibilitats de formar part d’estructures. En aquest sentit el repertori de partícules elementals i les seves lleis deixen de ser fonamentals per explicar els objectes complexos. Per exemple, podem tenir tota la biologia sense neutrinos? No podem imaginar la biologia sense el carboni, ni una biosfera sense una font d’energia com la llum solar. Però per exemple, sí que podem imaginar una constant de Hubble diferent, que donaria lloc a un univers més petit o més gran, més antic o més jove. I totes les nostres observacions macroscòpiques, la nostra història, o bé el que Mosterín (1991) anomena l’univers observable que experimentem, a diferència dels models de l’univers intelligible, quedarien exactament iguals. (1) Amb això no vull apuntar cap a l’instrumentalisme, sinó al fet que, fins i tot si mantenim la realitat de les partícules elementals (les peces del mecano), i sabem desmuntar els objectes complexos, encara no tenim una bona explicació de com apareixen i com es mantenen (Agazzi (1988 p. viii) parla de causalitat en sentit estàtic pel que fa a l’estabilitat dels agregats, i causalitat en sentit dinàmic pel que fa a l’origen de les estructures). I aquesta comprensió és tan fonamental com la llista de partícules elementals i les seves lleis.
Notes (1) Incidentalment, això posa de manifest la irrellevància més absoluta de les discussions que impliquen Déu i la teologia amb qüestions sobre el Big Bang i l’origen de l’univers. A no ser que reduïm la Bíblia al llibre del gènesi, i la teologia al tema del primer motor, podríem dir que Déu té més a veure amb la psicologia, la història, la llibertat i la moral, que no pas amb l’expansió de l’univers.
Referències
Agazzi, E. (1988) “Introduction” a Agazzi, E. i Cordero, A. (eds.) Philosophy and the origin and evolution of the universe, Dordrecht: Kluwer.
Artigas, M. (1988) “Emergence and Reduction in Morphogenetic Theories” a Agazzi, E. i Cordero, A. (eds.) Philosophy and the origin and evolution of the universe, Dordrecht: Kluwer.
Cavalli-Sforza, F. (1994) Qui som, història de la diversitat humana, Barcelona: Enciclopèdia Catalana.
Clayton, D. (1970) Principles of Stellar Evolution and Nucleosynthesis, New York. McGraw-Hill.
Eigen, M. (1971) “Selforganization of Matter and the Evolution of Biological Macromolecules”, Die Naturwissenschaften, pp. 465-523.
García-Carpintero, M. (1992) “El funcionalismo” a Broncano, F: (ed.) La mente humana, Madrid: Trotta.
Harris, M. (1983), Antropología cultural, Madrid: Alianza, 1990.
Hawking, S. (1985) “Is the End of Theoretical Physics in Sight?” a J.Boslough ed., Beyond the Black Hole. Stephen Hawkins Universe, London: Collins.
Horgan, T. (1993) “From Supervenience to Superdupervenience: Meeting the Demands of a Material World”, Mind, Vol. 102, pp. 555-86
Horgan, T. (1994) “Nonreductive materialism” a Warner, R. i Szubka, T. (eds.) The Mind-Body Problem, Oxford: Blackwell.
Mosterín, J. (1988) “What can we konw about the universe?” a a Agazzi, E. i Cordero, A. (eds.) Philosophy and the origin and evolution of the universe, Dordrecht: Kluwer.
Peebles, P. (1980) The Large-Scale Structure of the Universe, Princeton: princeton University Press.
Putnam, H. (1975) Philosophical Papers, vol. 2, Mind, Language, and Reality, Cambridge: Cambridge University Press.
Varela, F. i Maturana, H. (1982) Autopoiesis and Cognition, Boston Studies, vol. 42.
Varela, F. i Dupuy, J. (eds.), (1991) Understanding Origins: contemporary views on the origin of life, mind, and society. Dordrecht: Kluwer.
Weinberg, S. (1977) Los tres primeros minutos del universo, Madrid: Alianza. 1978.