Los sistemas complejos se caracterizan fundamentalmente porque su comportamiento es imprevisible. En primer término, están compuestos por una gran cantidad de elementos relativamente idénticos. En segundo lugar, la interacción entre sus elementos es local y origina un comportamiento emergente que no puede explicarse a partir de dichos elementos tomados aisladamente. Por último, es muy difícil predecir su evolución dinámica futura; o sea, es prácticamente imposible vaticinar lo que ocurrirá más allá de un cierto horizonte temporal.
En la naturaleza se pueden encontrar una gran cantidad de ejemplos de sistemas complejos. Se pueden mencionar -entre otros- una célula, un cerebro, un organismo, una computadora, un ecosistema, una sociedad de insectos, un sistema inmunológico o una economía de mercado. Sin embargo, y a pesar de su gran diversidad y abundancia, se pueden identificar conductas dinámicas genéricas. Entre ellas, las leyes de crecimiento, la autoorganización y los procesos colectivos emergentes.
La mayoría de los sistemas complejos son inestables, se mantienen delicadamente equilibrados. Cualquier variación mínima entre sus elementos componentes puede modificar, de forma imprevisible, las interrelaciones y, por lo tanto, el comportamiento de todo el sistema. Así, la evolución de esta clase de sistemas se caracteriza por la intermitencia (o fluctuación), aquella situación en la que el orden y el desorden se alternan constantemente. Sus estados evolutivos no transcurren a través de procesos continuos y graduales, sino que suceden por medio de reorganizaciones y saltos. Cada nuevo estado es sólo una transición, un período de “reposo entrópico”, en palabras del Premio Nobel ruso-belga Ilya Prigogine.
Auto-organización
El orden y el desorden se necesitan el uno al otro, se producen mutuamente; son conceptos antagónicos, pero, al mismo tiempo, complementarios. En ciertos casos, un poco de desorden posibilita un orden diferente y, a veces, más rico. Así, por ejemplo, un organismo puede seguir viviendo a causa de la muerte de sus células; o una organización se perpetúa gracias a la desvinculación de sus miembros.
La variación y el cambio son etapas inevitables e ineludibles por las cuales debe transitar todo sistema complejo para crecer y desarrollarse. Cuando esta transformación se consigue sin que intervengan factores externos al sistema, se hace mención a un proceso de “auto-organización”.
La auto-organización se erige como parte esencial de cualquier sistema complejo. Es la forma a través de la cual el sistema recupera el equilibrio, modificándose y adaptándose al entorno que lo rodea y contiene. En esta clase de fenómenos es fundamental la idea de niveles. Las interrelaciones entre los elementos de un nivel originan nuevos tipos de elementos en otro nivel, los cuales se comportan de una manera muy diferente. Por ejemplo, entre otros, las moléculas a las macromoléculas, las macromoléculas a las células y las células a los tejidos. De este modo, el sistema auto-organizado se va construyendo como resultado de un orden incremental espacio-temporal que se crea en diferentes niveles, por estratos, uno por encima del otro.
Los sistemas autoorganizados se mantienen dentro del estrecho dominio que oscila entre el orden inmutable y el desorden total, entre la constancia rígida y la turbulencia anárquica. Es una condición muy especial, con suficiente orden para poder desarrollar procesos y evitar la extinción, pero con una cierta dosis de desorden como para ser capaz de adaptarse a situaciones novedosas y evolucionar. Es lo que se conoce -desde antaño- como “transiciones de fase”, o -más modernamente- “borde del caos”. Es en esta delgada franja en donde se ubican los fenómenos que edifican la vida y las sociedades.
Sistemas caóticos
Un “sistema caótico” es aquel que, a pesar de poseer reglas muy simples (a nivel local), puede tener un comportamiento inesperado, no predecible (a nivel global). Una de las singularidades que caracterizan a estos sistemas es que dependen mucho de las condiciones iniciales. Un insignificante cambio en ellas se amplifica y propaga exponencialmente a lo largo del sistema y es capaz de desencadenar -a futuro- un comportamiento totalmente diferente o, incluso, una imprevista catástrofe. Es decir, configuraciones iniciales casi idénticas, sometidas a influencias externas casi iguales, acaban transformándose en configuraciones finales muy distintas. Y es este el motivo por el cual es prácticamente imposible hacer una predicción del estado final de estos sistemas complejos.
Sin embargo, el caos no es más que un desorden solamente en apariencia, tiene muy poco que ver con el azar. Aunque parecen evolucionar de forma aleatoria y errática, estos sistemas tienen -en realidad- un cierto orden interno subyacente. Por eso, aun cuando son impredecibles, también son determinables. Esto significa que su estado futuro está determinado por su estado actual y obedece estrictas leyes naturales de evolución dinámica. Pero estos sistemas son tan irregulares que jamás repiten su comportamiento pasado, ni siquiera de manera aproximada. Como ejemplo se puede mencionar la dinámica de la atmósfera, las reacciones químicas, los fluidos en régimen turbulento, la propagación de enfermedades infecciosas, los procesos metabólicos de las células, el mercado financiero mundial, los movimientos de grupos animales (cardúmenes o enjambres), la arritmia del corazón, la red neuronal del cerebro humano, etc.
El caos parece formar parte de la estructura misma de la materia y está muy ligado a los fenómenos de auto-organización, ya que el sistema puede saltar espontánea y recurrentemente desde un estado hacia otro de mayor complejidad y organización. Un ejemplo típico es el agua que se desliza a través de una canilla en un goteo desordenado y, súbitamente, forma un chorro ordenado. Estos sistemas se caracterizan por su flexibilidad y adaptación (y, en consecuencia, por su estabilidad), lo cual les permite enfrentar las condiciones cambiantes e impredecibles del entorno.
Operan bajo una extensa gama de condiciones, ya que parecen estar formados por una compleja estructura de muchos estados ordenados, aunque normalmente ninguno de ellos se impone sobre los demás (a diferencia de un sistema ordenado, que presenta un único comportamiento). Por lo tanto, se puede controlar su evolución con ínfimas correcciones, a fin de forzar la repetición de ciertas trayectorias. En otras palabras, si se los perturba adecuadamente, se los puede obligar a que tome uno de los muchos posibles comportamientos ordenados.
Vida artificial
La vida se constituye en el ejemplo más acabado de estructuras muy complejas que surgen a partir de estructuras mucho más simples. Se trata de una propiedad emergente, resultado de la interacción entre sus elementos y de la dinámica propia del sistema. En efecto, cualquier forma de vida es -en esencia- un sistema altamente complejo, que exhibe una elevada organización y se sitúa en el borde del caos. Entre sus características definitorias, se pueden incluir su capacidad para: la autorreproducción, el almacenamiento de información, el crecimiento, la adaptabilidad (al entorno), la interdependencia (con otras formas de vida) y la evolución.
La “Vida Artificial” es un campo del conocimiento muy joven (nació a fines de 1987) que tiene como objetivo el desarrollo de sistemas artificiales que muestran las características distintivas de los sistemas vivos naturales. De acuerdo con Christopher Langton -“padre” de esta disciplina- es “el estudio de la vida natural, donde ‘vida’ se entiende que incluye, más bien que excluye, a los seres humanos y sus artefactos”. Investiga algunos procesos que transcurren a diferentes niveles (molecular, celular, orgánico, social-evolutivo), y su aspecto más abarcativo incluye desarrollos meramente teóricos, experimentos biológicos y químicos, y simulaciones sobre computadoras. La importancia de su estudio radica en que los sistemas naturales constituyen excelentes fuentes inspiradoras para el desarrollo de la tecnología. En efecto, el biológico es un modelo muy optimizado que ayuda al ser humano a solucionar -con extraordinaria eficacia- muchos problemas complejos no convencionales que surgen de la interacción con el entorno.
La arquitectura básica de estos sistemas consiste en un abrumador número de “criaturas” relativamente simples, que forman densas redes de interacción y operan paralela y simultáneamente sin que exista un control central. Los comportamientos individuales no están programados implícitamente; los científicos sólo se limitan a darles un conjunto reducido de reglas de interacción que especifican lo que debe hacer cada una de ellas de acuerdo con la situación en que se encuentre. Nadie es capaz de saber con precisión qué actitud tomará cualquiera de ellas en un momento dado. Y, debido a que se verifica un fenómeno de emergencia de alto nivel (es decir, inteligente) a partir de interacciones de bajo nivel (o sea, entre entidades no inteligentes), el conjunto puede resolver problemas que cada uno de sus individuos componentes es incapaz de realizar.
Amenazas
¿Puede el ser humano crear nuevas formas de vida? ¿Es imprescindible que sean de tipo orgánico para considerarlas como tales? Más específicamente, ¿puede considerarse como un ser vivo algo virtual, algo que carece de una existencia física? ¿Puede estar viva una entidad o un grupo de entidades que únicamente existe como una simulación computacional?
Es decir, si algo ejecuta complicados movimientos como un insecto y se comporta como tal, pero no tiene un cuerpo físico material, tangible, sino que adopta la forma abstracta de microcódigos de programación en el interior de una supercomputadora... ¿es un insecto? Y en el supuesto caso de que no lo sea, entonces ¿qué es? En otras palabras, ¿cómo exactamente debe comportarse algo -en este caso, una entidad- para que alguien -en este caso, una persona- pueda afirmar que está vivo?
Si bien este tipo de “vida virtual” (erigida a través de programas de computadora) quizás sea difícil de aceptar, ¿qué ocurre con la “vida seca”, aquella formada por autómatas físicamente tangibles? Este concepto, ¿no se acerca más a la “vida húmeda”, es decir, la compuesta por organismos biológicos? ¿Y qué pasará cuando la sinergia entre la ingeniería genética y la nanotecnología sea capaz de producir/engendrar nuevas y originales entidades?
Miles de millones de años de evolución natural produjeron un mundo donde la supervivencia y el bienestar de cada organismo está ligado -muchas veces fuertemente- al de innumerables especies. Todo está tan interrelacionado y delicadamente equilibrado que la muerte (o el nacimiento) de una especie puede causar devastadores efectos sobre algunas otras (a veces, muchas). Sin dudas, el dejar evolucionar libremente a estas “nuevas especies” dispare fantasías de descontrol, ya que podrían evolucionar -siguiendo reglas lamarckianas- mucho más rápido que los humanos, y quizás los condicionen como nunca antes…
smoriello@redcientifica.com es periodista científico, Ingeniero en Electrónica y posgraduado en Administración Empresarial. Es autor del libro Inteligencias Sintéticas.
Bibliografía
1. Agudelo Murguía, G. y Alcalá Rivero, J., “La complejidad”. Red Científica (11 de enero, 2003)
2. Battram, A., Navegar por la complejidad. (Editorial Granica, 2001.)
3. Bertalanffy, L., Teoría General de los Sistemas. (Fondo de Cultura Económica, 1995, 10° reimpresión.)
4. Freedman, D., Los hacedores de cerebros. (Editorial Andrés Bello, 1995.)
5. García Martínez, R., Sistemas Autónomos. (Editorial Nueva Librería, 1997.)
6. Gell-Mann, M., El quark y el jaguar. (Editorial Tusquets, 1998, 4° edición.)
7. Levaggi, G., Teoría General de los Sistemas. (Ugerman Editor, 2000.)
8. Levi Montalcini, R., La Galaxia Mente. (Editorial Crítica, 2000.)
9. Lévy, P., Las tecnologías de la inteligencia. (Editorial Edicial, 2000.)
10. Martínez Mekler, G., “Una aproximación a los sistemas complejos”. Ciencias, (Julio-Septiembre, 2000), N° 59, UNAM, p. 6-9.
11. Resnick, M., Tortugas, Termitas y Atascos de Tráfico. (Editorial Gedisa, 2001.)
12. Siler, T., Más allá de las barreras de la mente. (Editorial Paidós, 1993.)
13. Simon, H., Las ciencias de lo artificial. (Editorial ATE, 1973.)
14. White, T., Swarm Intelligence: A gentle introduction with applications (29 de agosto, 1997.)
En la naturaleza se pueden encontrar una gran cantidad de ejemplos de sistemas complejos. Se pueden mencionar -entre otros- una célula, un cerebro, un organismo, una computadora, un ecosistema, una sociedad de insectos, un sistema inmunológico o una economía de mercado. Sin embargo, y a pesar de su gran diversidad y abundancia, se pueden identificar conductas dinámicas genéricas. Entre ellas, las leyes de crecimiento, la autoorganización y los procesos colectivos emergentes.
La mayoría de los sistemas complejos son inestables, se mantienen delicadamente equilibrados. Cualquier variación mínima entre sus elementos componentes puede modificar, de forma imprevisible, las interrelaciones y, por lo tanto, el comportamiento de todo el sistema. Así, la evolución de esta clase de sistemas se caracteriza por la intermitencia (o fluctuación), aquella situación en la que el orden y el desorden se alternan constantemente. Sus estados evolutivos no transcurren a través de procesos continuos y graduales, sino que suceden por medio de reorganizaciones y saltos. Cada nuevo estado es sólo una transición, un período de “reposo entrópico”, en palabras del Premio Nobel ruso-belga Ilya Prigogine.
Auto-organización
El orden y el desorden se necesitan el uno al otro, se producen mutuamente; son conceptos antagónicos, pero, al mismo tiempo, complementarios. En ciertos casos, un poco de desorden posibilita un orden diferente y, a veces, más rico. Así, por ejemplo, un organismo puede seguir viviendo a causa de la muerte de sus células; o una organización se perpetúa gracias a la desvinculación de sus miembros.
La variación y el cambio son etapas inevitables e ineludibles por las cuales debe transitar todo sistema complejo para crecer y desarrollarse. Cuando esta transformación se consigue sin que intervengan factores externos al sistema, se hace mención a un proceso de “auto-organización”.
La auto-organización se erige como parte esencial de cualquier sistema complejo. Es la forma a través de la cual el sistema recupera el equilibrio, modificándose y adaptándose al entorno que lo rodea y contiene. En esta clase de fenómenos es fundamental la idea de niveles. Las interrelaciones entre los elementos de un nivel originan nuevos tipos de elementos en otro nivel, los cuales se comportan de una manera muy diferente. Por ejemplo, entre otros, las moléculas a las macromoléculas, las macromoléculas a las células y las células a los tejidos. De este modo, el sistema auto-organizado se va construyendo como resultado de un orden incremental espacio-temporal que se crea en diferentes niveles, por estratos, uno por encima del otro.
Los sistemas autoorganizados se mantienen dentro del estrecho dominio que oscila entre el orden inmutable y el desorden total, entre la constancia rígida y la turbulencia anárquica. Es una condición muy especial, con suficiente orden para poder desarrollar procesos y evitar la extinción, pero con una cierta dosis de desorden como para ser capaz de adaptarse a situaciones novedosas y evolucionar. Es lo que se conoce -desde antaño- como “transiciones de fase”, o -más modernamente- “borde del caos”. Es en esta delgada franja en donde se ubican los fenómenos que edifican la vida y las sociedades.
Sistemas caóticos
Un “sistema caótico” es aquel que, a pesar de poseer reglas muy simples (a nivel local), puede tener un comportamiento inesperado, no predecible (a nivel global). Una de las singularidades que caracterizan a estos sistemas es que dependen mucho de las condiciones iniciales. Un insignificante cambio en ellas se amplifica y propaga exponencialmente a lo largo del sistema y es capaz de desencadenar -a futuro- un comportamiento totalmente diferente o, incluso, una imprevista catástrofe. Es decir, configuraciones iniciales casi idénticas, sometidas a influencias externas casi iguales, acaban transformándose en configuraciones finales muy distintas. Y es este el motivo por el cual es prácticamente imposible hacer una predicción del estado final de estos sistemas complejos.
Sin embargo, el caos no es más que un desorden solamente en apariencia, tiene muy poco que ver con el azar. Aunque parecen evolucionar de forma aleatoria y errática, estos sistemas tienen -en realidad- un cierto orden interno subyacente. Por eso, aun cuando son impredecibles, también son determinables. Esto significa que su estado futuro está determinado por su estado actual y obedece estrictas leyes naturales de evolución dinámica. Pero estos sistemas son tan irregulares que jamás repiten su comportamiento pasado, ni siquiera de manera aproximada. Como ejemplo se puede mencionar la dinámica de la atmósfera, las reacciones químicas, los fluidos en régimen turbulento, la propagación de enfermedades infecciosas, los procesos metabólicos de las células, el mercado financiero mundial, los movimientos de grupos animales (cardúmenes o enjambres), la arritmia del corazón, la red neuronal del cerebro humano, etc.
El caos parece formar parte de la estructura misma de la materia y está muy ligado a los fenómenos de auto-organización, ya que el sistema puede saltar espontánea y recurrentemente desde un estado hacia otro de mayor complejidad y organización. Un ejemplo típico es el agua que se desliza a través de una canilla en un goteo desordenado y, súbitamente, forma un chorro ordenado. Estos sistemas se caracterizan por su flexibilidad y adaptación (y, en consecuencia, por su estabilidad), lo cual les permite enfrentar las condiciones cambiantes e impredecibles del entorno.
Operan bajo una extensa gama de condiciones, ya que parecen estar formados por una compleja estructura de muchos estados ordenados, aunque normalmente ninguno de ellos se impone sobre los demás (a diferencia de un sistema ordenado, que presenta un único comportamiento). Por lo tanto, se puede controlar su evolución con ínfimas correcciones, a fin de forzar la repetición de ciertas trayectorias. En otras palabras, si se los perturba adecuadamente, se los puede obligar a que tome uno de los muchos posibles comportamientos ordenados.
Vida artificial
La vida se constituye en el ejemplo más acabado de estructuras muy complejas que surgen a partir de estructuras mucho más simples. Se trata de una propiedad emergente, resultado de la interacción entre sus elementos y de la dinámica propia del sistema. En efecto, cualquier forma de vida es -en esencia- un sistema altamente complejo, que exhibe una elevada organización y se sitúa en el borde del caos. Entre sus características definitorias, se pueden incluir su capacidad para: la autorreproducción, el almacenamiento de información, el crecimiento, la adaptabilidad (al entorno), la interdependencia (con otras formas de vida) y la evolución.
La “Vida Artificial” es un campo del conocimiento muy joven (nació a fines de 1987) que tiene como objetivo el desarrollo de sistemas artificiales que muestran las características distintivas de los sistemas vivos naturales. De acuerdo con Christopher Langton -“padre” de esta disciplina- es “el estudio de la vida natural, donde ‘vida’ se entiende que incluye, más bien que excluye, a los seres humanos y sus artefactos”. Investiga algunos procesos que transcurren a diferentes niveles (molecular, celular, orgánico, social-evolutivo), y su aspecto más abarcativo incluye desarrollos meramente teóricos, experimentos biológicos y químicos, y simulaciones sobre computadoras. La importancia de su estudio radica en que los sistemas naturales constituyen excelentes fuentes inspiradoras para el desarrollo de la tecnología. En efecto, el biológico es un modelo muy optimizado que ayuda al ser humano a solucionar -con extraordinaria eficacia- muchos problemas complejos no convencionales que surgen de la interacción con el entorno.
La arquitectura básica de estos sistemas consiste en un abrumador número de “criaturas” relativamente simples, que forman densas redes de interacción y operan paralela y simultáneamente sin que exista un control central. Los comportamientos individuales no están programados implícitamente; los científicos sólo se limitan a darles un conjunto reducido de reglas de interacción que especifican lo que debe hacer cada una de ellas de acuerdo con la situación en que se encuentre. Nadie es capaz de saber con precisión qué actitud tomará cualquiera de ellas en un momento dado. Y, debido a que se verifica un fenómeno de emergencia de alto nivel (es decir, inteligente) a partir de interacciones de bajo nivel (o sea, entre entidades no inteligentes), el conjunto puede resolver problemas que cada uno de sus individuos componentes es incapaz de realizar.
Amenazas
¿Puede el ser humano crear nuevas formas de vida? ¿Es imprescindible que sean de tipo orgánico para considerarlas como tales? Más específicamente, ¿puede considerarse como un ser vivo algo virtual, algo que carece de una existencia física? ¿Puede estar viva una entidad o un grupo de entidades que únicamente existe como una simulación computacional?
Es decir, si algo ejecuta complicados movimientos como un insecto y se comporta como tal, pero no tiene un cuerpo físico material, tangible, sino que adopta la forma abstracta de microcódigos de programación en el interior de una supercomputadora... ¿es un insecto? Y en el supuesto caso de que no lo sea, entonces ¿qué es? En otras palabras, ¿cómo exactamente debe comportarse algo -en este caso, una entidad- para que alguien -en este caso, una persona- pueda afirmar que está vivo?
Si bien este tipo de “vida virtual” (erigida a través de programas de computadora) quizás sea difícil de aceptar, ¿qué ocurre con la “vida seca”, aquella formada por autómatas físicamente tangibles? Este concepto, ¿no se acerca más a la “vida húmeda”, es decir, la compuesta por organismos biológicos? ¿Y qué pasará cuando la sinergia entre la ingeniería genética y la nanotecnología sea capaz de producir/engendrar nuevas y originales entidades?
Miles de millones de años de evolución natural produjeron un mundo donde la supervivencia y el bienestar de cada organismo está ligado -muchas veces fuertemente- al de innumerables especies. Todo está tan interrelacionado y delicadamente equilibrado que la muerte (o el nacimiento) de una especie puede causar devastadores efectos sobre algunas otras (a veces, muchas). Sin dudas, el dejar evolucionar libremente a estas “nuevas especies” dispare fantasías de descontrol, ya que podrían evolucionar -siguiendo reglas lamarckianas- mucho más rápido que los humanos, y quizás los condicionen como nunca antes…
smoriello@redcientifica.com es periodista científico, Ingeniero en Electrónica y posgraduado en Administración Empresarial. Es autor del libro Inteligencias Sintéticas.
Bibliografía
1. Agudelo Murguía, G. y Alcalá Rivero, J., “La complejidad”. Red Científica (11 de enero, 2003)
2. Battram, A., Navegar por la complejidad. (Editorial Granica, 2001.)
3. Bertalanffy, L., Teoría General de los Sistemas. (Fondo de Cultura Económica, 1995, 10° reimpresión.)
4. Freedman, D., Los hacedores de cerebros. (Editorial Andrés Bello, 1995.)
5. García Martínez, R., Sistemas Autónomos. (Editorial Nueva Librería, 1997.)
6. Gell-Mann, M., El quark y el jaguar. (Editorial Tusquets, 1998, 4° edición.)
7. Levaggi, G., Teoría General de los Sistemas. (Ugerman Editor, 2000.)
8. Levi Montalcini, R., La Galaxia Mente. (Editorial Crítica, 2000.)
9. Lévy, P., Las tecnologías de la inteligencia. (Editorial Edicial, 2000.)
10. Martínez Mekler, G., “Una aproximación a los sistemas complejos”. Ciencias, (Julio-Septiembre, 2000), N° 59, UNAM, p. 6-9.
11. Resnick, M., Tortugas, Termitas y Atascos de Tráfico. (Editorial Gedisa, 2001.)
12. Siler, T., Más allá de las barreras de la mente. (Editorial Paidós, 1993.)
13. Simon, H., Las ciencias de lo artificial. (Editorial ATE, 1973.)
14. White, T., Swarm Intelligence: A gentle introduction with applications (29 de agosto, 1997.)