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domingo, 24 de febrero de 2019

Sistemas complejos, biosfera y sistema climático

Procesos naturales, modelos y sistemas

Los humanos parecemos tener una compulsión, innata o que se estabiliza en los primeros años de vida, tendente a percibir todo (y a describir todo lo que percibimos) en forma secuencial (temporal), espacial, y causal (en cadenas de causa-efecto) (véase v.g. La síntesis Kantiana entre racionalismo y empirismo; Schopenhauer: el mundo como Voluntad y representación; Las metáforas y la construcción imaginaria de la realidad). Somos sistemas complejos sometidos a un proceso permanente de cambio, y que construye representaciones sobre lo que es el mundo, a partir de percepciones muy puntuales procedentes de éste. Esto no significa que cualquier representación que podamos crear tenga la misma validez práctica. Dentro de nuestras limitaciones constitutivas, no todas las descripciones espacio-temporales y causales que podemos hacer de la realidad se ajustan a lo que observamos de forma consistente y coherente, es decir, de forma pragmáticamente útil a la hora de manipular y de predecir el comportamiento futuro de los objetos observados. El llamado “conocimiento científico” no es sino el estado actual de esa pragmática en la que un conjunto de metáforas y conceptos sobre supuestos objetos reales (y clases de objetos) ha sido aceptado como el conjunto cuya coherencia y consistencia intrínseca (de unos conceptos observacionales con los otros) es máxima. 

Las descripciones científicas de la realidad se hacen utilizando modelos, que son conjuntos muy especiales de metáforas y conceptos. Un modelo contiene un conjunto de teorías generales sobre la clase de objetos a la que supuestamente pertenece el objeto descrito y también un conjunto de hipótesis auxiliares sobre características únicas del objeto que estamos describiendo y el ambiente que le rodea. Normalmente, los modelos científicos se construyen en forma matemática.

En las “instrucciones de uso” de un modelo también hay que definir la "escala espacio-temporal" en la que se debería observar la realidad para poderla comparar con lo que el modelo predice (o escala espacio-temporal de aplicabilidad del modelo) y la definición de lo que debería considerarse como “las variables de interés” del objeto observado. No todas las propiedades observables en el objeto las consideramos importantes y relevantes para el modelo; sólo algunas de ellas. El conjunto elegido constituye el "sistema de interés". Esta elección de variables y escala del “observador-modelador” tendrá pues un importante efecto sobre los resultados y predicciones que se obtendrán del modelo.

Hay algunos casos en los que la relación particular entre ''observador-modelador'' y ''objeto observado-modelado'' puede ser olvidada sin que los resultados del modelo pierdan validez. Son aquellas en las que existe un acuerdo previo e incontrovertido entre las diversas partes interesadas que utilizarán el modelo, sobre cómo interaccionarán con el objeto, sobre la ‘‘escala espacio-temporal’’ a la que interesa observarlo (por ejemplo, los distintos ambientes, momentos y geografías en los que los actores observarán al objeto real no lo afectarán hasta el punto de convertirlo en otra cosa a una velocidad que requeriría un análisis evolutivo complementario) y hay también un consenso previo sobre lo que debería considerarse como "el sistema de interés", dentro de la variedad de detalles diferentes con los que se puede presentar una misma clase de objetos en momentos y sitios diferentes y para observadores diferentes.

En los apartados que siguen resumiremos la forma como la ciencia actual ha llegado a concebir los procesos de cambio en los objetos más complejos que percibe y describe, y analizaremos dos ejemplos concretos: la biosfera y el sistema climático.


Sistemas disipativos y sistemas auto-organizativos

Todos los sistemas naturales de interés para la sostenibilidad y para la supervivencia de los humanos sobre el planeta Tierra (por ejemplo, los ciclos biogeoquímicos complejos, las células vivas que realizan la fotosíntesis, los sistemas ecológicos, o los sistemas humanos cuando se analizan en diferentes niveles de organización y escalas por encima de la molecular) son “sistemas disipativos”. Esto es, son sistemas atravesados por flujos de energía, lejos del equilibrio termodinámico, y afectados por procesos auto-organizativos.

Ejemplos de procesos auto-organizativos relativamente simples son los cilindros de agua rotante (o las columnas hexagonales) que se forman en una caja con agua calentada por debajo; o las ondas y espirales que se producen en las reacciones químicas no-lineales, como la de Belusov-Zhabotinski, y que a veces siguen una pauta periódica y otras se generan de forma caótica e impredecible.

Resumamos las características de los procesos auto-organizativos. (i) Se dan en sistemas alejados del equilibrio y abiertos a la energía y/o a los materiales externos, por lo que no son sistemas hamiltonianos (que conservan su energía total) sino sistemas abiertos disipativos (que toman energía de baja entropía del medio, la hacen circular entre sus componentes, y la dejan salir de nuevo al medio con mayor entropía de la que entró).

(ii) Muestran creación espontánea (no buscada por el observador humano) de inhomogeneidad y cambios cualitativos donde su estado previo era homogéneo y/o estable.

(iii) Sus variables observables a escala macroscópica (como la temperatura o la densidad) interactúan de un modo no-lineal. En los modelos matemáticos de los sistemas de este tipo, cuando hay más de dos variables (y una variable que varía espacialmente, como las de un fluido, equivale a infinitas variables) el sistema puede generar atractores para la evolución de sus variables, esto es, trayectorias recurrentes hacia las que las variables del sistema tienden. Los atractores pueden ser estacionarios, ciclos limite, ciclos multiples, o atractores caóticos.

Desde el punto de vista del modelo matemático, la estructura disipativa se produce cuando el sistema, que estaba inicialmente en un estado estacionario (típico en muchos sistemas termodinámicos abiertos), (a) pierde la estabilidad y (b) cae en otro atractor de igual o mayor complejidad.

¿Cómo se produce la inestabilización del sistema? Prigogine distingue tres formas: (a) por la aparición de una fluctuación suficientemente intensa de las componentes, que desestabiliza el atractor actual de la dinámica macroscópica del sistema; (b) por cambio en los parámetros externos que controlan los flujos, fuerzas termodinámicas, interacciones entre las partículas o probabilidades de interacción entre los subsistemas ("inestabilidades sinergéticas" sistematizadas posteriormente por H. Haken), o (c) por inestabilidad estructural ante la aparición de nuevos componentes y/o nuevas interacciones ("inestabilidad estructural ante la aparición de nuevas variables").

La primera clase de inestabilidad es muy improbable en sistemas con atractores intensos que llevan funcionando establemente mucho tiempo, porque esto mismo es una demostración de que son estables ante las fluctuaciones estadísticas habituales en sus componentes y en el entorno; pero todo sistema compuesto de partes es sólo “metaestable”, esperando el tiempo suficiente es siempre posible que aparezca una fluctuación estadística que meta en el sistema una concentración de energía anómala del entorno, o que lleve una gran parte de la energía del sistema hacia un grupo de componentes que, al moverse sincronizadamente, pueden romper la (meta)estabilidad del sistema. 

En las inestabilidades de tipo (b) (sinergéticas), los parámetros del medio ambiente dentro del cual está el sistema pueden ir modificándose lentamente a lo largo de periodos de tiempo mucho más dilatados que los tiempos típicos de cambio del propio sistema; ello puede acabar volviendo inestable a los atractores que ordenan el comportamiento del sistema. Éste puede volverse inestable porque se modifiquen las tasas de interacción con el entorno, las restricciones externas, o las probabilidades de interacción entre sus subsistemas componentes (por ejemplo, partículas). Esto último genera una posibilidad adicional de comportamiento complejo, pues tales probabilidades de interacción pueden estar siendo modificadas por alguna de las emergencias macroscópicas generadas por la interacción de los componentes.

La aparición de columnas de convección de forma hexagonal en sistemas naturales o de laboratorio se pueden predecir mediante esta clase de modelos sinergéticos.

Columnas de convección formadas espontáneamente en un lago salino

martes, 19 de febrero de 2019

La guerra que perdimos sin luchar



El otro día sufrí una pequeña conmoción. Un amigo compartió en un grupo de whatsapp un archivo de audio, extraido de un programa que era para mí desconocido, en el que se comentaba la controvertida huelga del taxi en protesta por la irrupción de los VTC, encabezados por Uber y Cabify.

Preguntando descubrí que el programa en cuestión es Hoy por hoy de la cadena Ser. En él se cuenta todo lo que ya es muy conocido: el incremento exponencial del numero de licencias VTC, el intento por parte de estas empresas, como ya ha ocurrido en ciudades como San Francisco, de asfixiar a los taxistas, para luego, una vez son dominantes, subir los precios, la precariedad de los trabajadores, que son falsos autónomos y que son explotados en jornadas maratonianas por empresas que apenas tienen capital físico, coches, instalaciones y la declaración de los beneficios en paraísos fiscales, de forma que no se paguen apenas impuestos donde se desarrolla la actividad. El drama de las ciudades y países que sufren estos cambios es que se pierden salarios, condiciones laborales e impuestos.

La conmoción fue para mí ser consciente de que se había declarado una guerra por el negocio del transporte urbano con conductor. La noticia era primera plana en los medios, pero estos no reflejaban el punto de vista que a mi juicio, pero de forma bastante clara, representaba el bien común. No teníamos voz, y con ella el sentido común dejaba de estar presente.

Como ya indicamos en otros dos artículos, uno mío ¿Puede la economía colaborativa cambiar el mundo? y otro de mi compañero Jesús Martín ¿Economía colaborativa? Sí, pero desde el cooperativismo, la solución a los problemas que veíamos aparecer en el horizonte y que explotaron hace semanas con la huelga del taxi, es el cooperativismo de plataforma, un modelo justo para los trabajadores que nos permite disfrutar de las ventajas que ofrecen estas soluciones tecnológias.

¿Qué ventajas son esas? En mi anterior artículo daba un ejemplo bastante impresionante

Así, según Anita Hamilton, en EEUU un coche permanece inactivo el 92% del tiempo. Es mucho, Lawrence D.Burns, profesor de la universidad de Michigan indica:
"Un servicio coordinado de vehículos compartidos ofrecería el mismo nivel de movilidad que los vehículos particulares, pero con un 80% menos de vehículos y con una inversión mucho menor".

lunes, 11 de febrero de 2019

No, no estamos colapsando (todavía)


Ante la grave situación de deterioro social y económico que vive nuestro país, con aumento alarmante de la exclusión social, cabe preguntarse ¿se debe el citado deterioro a la escasez de recursos naturales, en particular de tipo energético? ¿o bien hay factores económico-sociales detrás de la alarmante situación?



Para responder a esa pregunta he creído conveniente revisar los datos de producción agregados de la sociedad global, en términos físicos (toneladas o unidades producidas) sin tener en consideración el valor monetario, dada su evidente ambigüedad. He buscado datos de producción de bienes básicos, comida, materiales de construcción y manufacturas cuya importancia social es vital, los resultados, bastante impresionantes, son los siguientes: