jueves, 16 de agosto de 2018
Un día como hoy

Nace en 1917 Ilya Prigonine, científico belga de origen ruso.

Publicado el 25.01.18

Científico belga de origen ruso. Hijo de Roman Prigogine, un ingeniero químico que trabajaba en el Politécnico de Moscú, nació unos meses antes del estallido de la Revolución Rusa. Sus padres tuvieron dificultades con el nuevo régimen y emigraron en 1921 a Alemania. En 1929 se establecieron en Bélgica; en Bruselas acudió a la escuela secundaria y a la universidad. Se licenció en química y física por la Universidad Libre de Bruselas en 1939. En la misma universidad obtuvo en 1941 el grado de doctor en química e impartió clases de química y física teórica. En 1949 obtuvo la nacionalidad belga.

Nombrado catedrático en 1950, en 1953 ingreso en la Real Academia de Bélgica, institución que presidió a partir de 1969. Fue director de los Institutos Internacionales Solvay de Física y Química desde 1959. Entre 1961 y 1966 fue catedrático de la Universidad de Chicago y director del Centro de Mecánica Estadística y Termodinámica de la Universidad de Tejas desde 1967. En 1984 fue nombrado Profesor Regente Ashbel Smith de la Universidad de Tejas.

En 1977 le fue concedido el Premio Nobel de Química por sus contribuciones a la termodinámica de sistemas que no están en equilibrio. Su gran contribución fue la extensión de la teoría termodinámica a sistemas que se apartaban considerablemente del equilibrio, que son los que tienen lugar en el mundo real. Demostró que en esas condiciones de no equilibrio una nueva forma de estructuras ordenadas pueden existir, y las denominó estructuras disipativas para subrayar el hecho de que sólo pueden existir en conjunción con su entorno.

La probabilidad de que el orden surja del desorden es infinitesimal de acuerdo con las leyes del azar. Sin embargo, la formación de sistemas disipativos ordenados demuestra que es posible crear orden a partir del desorden. La descripción de estas estructuras ha permitido descubrimientos fundamentales que se aplican en distintos campos como la biología, la ecología o la sociología.

Perteneció a más de 30 academias y sociedades profesionales como la Academia Nacional de la Ciencias (1967), la Academia de las Ciencias de la U.R.S.S. (1986) y la Academia Mundial de las Artes y las Ciencias (1986); recibió innumerables premios científicos como el Premio Franqui (1955), el Premio Solvay (1965), el Premio Honda (1983) y el Primer Premio Homer Smith (1991); y fue nombrado doctor honoris causa por numerosas universidades.

Fue especialista en termodinámica y  realizó investigaciones teóricas sobre la expansión de la termodinámica clásica en el estudio de los procesos irreversibles con la teoría de las estructuras disipativas. Utilizó la teoría del caos en sus investigaciones.

Otro de sus más célebres libros, de título Tan sólo una ilusión, es una antología de diez ensayos (elaborados entre 1972 y 1982) en los que Prigogine habla con especial ahínco sobre este nuevo estado de la materia: las estructuras disipativas, asegurando que con estos novedosos conceptos se abre un “nuevo diálogo entre el hombre y la naturaleza”.

Partiendo de las siguientes preguntas Ilya Prigogine investigó el concepto del tiempo:2

Para Ilya Prigogine el tiempo precede al Universo. Según Ilya Prigogine el Universo es el resultado de una transición de fase a gran escala. El Universo sería el resultado de una inestabilidad sucedida a una situación que le ha precedido. El Universo que conocemos sería el resultado de una transformación irreversible de otro estado físico: cuando el tiempo se transformó en materia. La ruptura de la simetría, en el espacio, es consecuencia de una ruptura en la simetría temporal, es decir, de una diferencia entre el pasado y el futuro. La materia lleva consigo el signo de la flecha del tiempo. Su concepto de estructuras disipativas rompe la simetría euclideana del espacio y la simetría del tiempo.

La novedad que aporta es que, lejos del equilibrio, la materia adquiere nuevas propiedades. Estas propiedades son completamente nuevas pero no dejan aislado al sistema como se creía hasta el momento.

Prigogine estudia los mecanismos matemáticos de formación de las estructuras disipativas, llevando a cabo experimentos numéricos en los que demuestra que, a partir de reacciones caóticas de no-equilibrio, se pueden formar cadenas de simetría rota pero con una nueva estructura ordenada. Esta ruptura de la simetría, en el espacio, ampliamente discutida por la filosofía del espacio y el tiempo, es consecuencia de una ruptura en la simetría temporal, es decir, de una diferencia entre el pasado y el futuro.

El concepto de estructura disipativa encuadra las propiedades que caracterizan los sistemas sometidos a condiciones de no-equilibrio:2

  • sensibilidad
  • flexibilidad
  • movimientos coherentes de gran alcance
  • posibilidad de estados múltiples
  • historicidad de las elecciones adoptadas por los sistemas

El concepto de estructuras disipativas no sólo rompe el concepto de simetría del espacio euclídeo, sino que también rompe con la simetría del tiempo y genera un nuevo concepto de historicidad.

De sus investigaciones surge, en 1967, la teoría de las estructuras disipativas, por la que gana el Premio Nobel en 1977.

Estado de equilibrio vs estado de no-equilibrio

En la materia en estado de equilibrio todo es lineal y existe una sola posibilidad o solución, en cambio en el estado de no-equilibrio las ecuaciones no son lineales y hay muchas propiedades posibles. Se trata de ecuaciones de no linealidad. La materia es más flexible. En el equilibrio es posible linealizar, todos los puntos que yacen sobre un mismo plano tienen las mismas propiedades, en cambio en el no-equilibrio hay una no linealidad de los comportamientos de la materia. Siempre aparecen nuevos estados físicos de la materia, una riqueza de comportamientos y multiplicidad que no es posible hallar en el equilibrio porque debemos introducir el elemento de la historicidad, del tiempo.2

Para la dinámica de sistemas, un sistema en equilibrio no puede tener una historia ya que lo único que puede hacer es persistir en su estado, en el cual las fluctuaciones son nulas. No podemos comprender nuestro mundo si no tomamos en cuenta el no-equilibrio. Es fundamental entender las fluctaciones de todo sistema dinámico.

Para Prigogine es la función la que crea la estructura y los fenómenos irreversibles son el origen de la organización biológica, es decir, de la vida.

Prigogine piensa en tres exigencias para la físicairreversibilidad, probabilidad y coherencia – para poder concebir un Universo evolutivo, para concebir las condiciones para la existencia de nuevas estructuras alejadas del equilibrio.

Estas concepciones sobre el orden, desorden, equilibrio y no-equilibrio corresponden a un cambio de paradigma en la ciencia, ya que hasta ese momento los científicos asociaban el orden con el equilibrio y el desorden con el desequilibrio.

Prigogine demuestra que el no-equilibrio es un fenómeno también ordenado, de otra forma, pero otro orden al fin. Sus ideas, contradicen todo lo que se pensaba hasta entonces.

La concepción clásica de las ciencias era determinista. El cálculo de las probabilidades se debía a que se suponía que se tenía una información imperfecta, pero que si se mejoraba la información, y se conocían todas las variables del inicio, se podría predecir el resultado final exactamente.

Probabilidad e irreversibilidad son conceptos estrechamente ligados. Para el determinismo, se necesitan calcular las probabilidades solamente porque se desconocen las condiciones iniciales. Si conociera todas las condiciones iniciales con exactitud podría determinar el resultado también con exactitud. Esa es la diferencia entre resultado determinista y resultado probablilístico.

A partir de Prigogine las estructuras de la naturaleza obligan a introducir el concepto de probabilidad independientemente de la información que se posea, con lo cual la descripción determinista solamente puede aplicarse a situaciones idealizadas no representativas de la realidad física de nuestro mundo. Con esto el determinismo científico fue derrotado definitivamente.

En todos los fenómenos que estudian los científicos se observan el papel creativo de los fenómenos irreversibles, el papel creativo del tiempo, el papel creativo de las estructuras disipativas y del no-equilibrio.

Prigogine se basa en estudios matemáticos teóricos y sus teorías son aplicadas a diferentes campos: el estudio del clima, la astronomía, la cosmología, la bioquímica, la química, la química biológica , la química orgánica y la química inorgánica, la física, la biofísica, la biología, la neurofisiología, la hidrodinámica, etc.2

Para Prigogine tiempo y eternidad son dos conceptos diferentes. El tiempo no es la eternidad, ni es el eterno retorno. La estructura del espacio-tiempo está ligada a la irreversabilidad pero el tiempo no es solamente irreversibilidad, devenir y evolución.2

Para Prigogine no podemos hablar de un nacimiento del tiempo pero sí de un nacimiento de nuestro tiempo así como de un nacimiento de nuestro Universo. Existen muchos tipos de tiempos: el tiempo astronómico, el tiempo de la dinámica, el tiempo químico interno, el tiempo biológico interno, que es la inscripción del código genético que prosigue a lo largo de miles de millones de años de la vida misma, el tiempo musical, etc. Es una convención humana contar el tiempo a partir de un acontecimiento, como por ejemplo, el nacimiento de Cristo.

El nacimiento de nuestro tiempo no es el nacimiento del tiempo. Ya en el vacío fluctuante preexistía el tiempo en estado potencial. El tiempo potencial es un tiempo que está ya siempre ahí, en estado latente pero que requiere un fenómeno de fluctuación para concretarse. El tiempo no ha nacido con nuestro Universo: el tiempo precede a la existencia y podrá hacer que nazcan otros universos.

Los fenómenos irreversibles conducen a nuevas estructuras y, desde el momento en que aparecen estas nuevas estructuras, no hay vuelta atrás, no podemos pensar que los humanos somos los responsables de la aparición de la perspectiva del antes y del después. El antes y el después nos preceden, no son invenciones humanas, aunque sí lo es la forma en que medimos el tiempo, con relojes que tienen un movimiento periódico.

Si para Aristóteles, el tiempo es eterno y no tiene inicio y, para Einstein, el tiempo es una ilusión humana, es eterno, no reversible, pero relativo, para Prigogine el tiempo precede al Universo. Para él el tiempo irreversible y no es una ilusión como creía Einstein.

Prigogine se pregunta si la autonomía del tiempo desarrolla algún papel en la evolución de la vida, en la evolución biológica. La vida ha creado nuestro tiempo gracias a la creación de las biomoléculas, que son moléculas orgánicas a quienes la irreversibilidad les quebró la simetría. Al quebrar esta simetría espacial también quebró la simetría temporal, o sea, la simetría entre pasado y futuro. Eso es la historia de las moléculas, historia que permanece en su ADN y podemos rastrear.2

En su teoría sobre el origen del Universo, la relación entre espacio-tiempo por un lado y materia por el otro, no es simétrica. El espacio-tiempo se transforma en materia cuando la inestabilidad del vacío se corresponde con una explosión de entropía, lo cual es un fenómeno irreversible. La materia sería, por lo tanto, para Prigogine, una contaminación del espacio-tiempo. El tiempo precede al Universo.2

En 1922, gracias a Einstein, se abandona el modelo de un Universo estático, por el modelo de un Universo en expansión. En 1965 se descubre que el Universo está formado fundamentalmente por fotones, ya que existen 1.000.000.000 (109) fotones por cadabarión. El desorden se asocia a los fotones, mientras que el orden se asocia a los bariones. O sea, que nuestro Universo tiene más desorden que orden.

Según Prigogine el Universo es el resultado de una transición de fase a gran escala, el paso de un estado a otro. El Universo sería el resultado de una inestabilidad sucedida a una situación que le ha precedido.

Contrariamente a la idea clásica de que habría habido una entropía despreciable que aumenta hasta la muerte térmica, estado en el que la entropía sería terminal, Prigogine localiza una enorme producción de entropía en el origen del Universo.

Por eso, para Prigogine la muerte térmica está en los inicios del Universo. La entropía total de Universo procede del predominio de los fotones.

Prigogine hace comenzar el Universo de una inestabilidad, un cambio de fase: el Universo que conocemos sería el resultado de una transformación irreversible de otro estado físico, de un vacío fluctuante de anti-materia.

El vacío fluctuante podía disminuir su energía emitiendo agujeros negros, lo cual es un fenómeno irreversible. En un primer momento, por la inestabilidad de las partículas de la masa crítica original, se van constituyendo grupos de masa que son pequeños agujeros negros del orden de 10 -3 g.

En ese momento el Universo se expande de manera exponencial, pero esos agujeros negros se descomponen en tiempos de 10 -35 segundos. O sea que la materia lleva consigo el signo de la flecha del tiempo. En ese momento aparece el Universo que ya está formado por fotones y bariones porque el tiempo se transformó en materia después de esta explosión de entropía.

El Universo caliente y pequeño era un Universo en equilibrio que se transformó en un Universo de no-equilibrio con la aparición de la materia. Si el Universo continuara en equilibrio no existiría la materia, y la aparición misma de la materia es una manifestación de la irreversibilidad. La existencia de materia y no de anti-materia es la prueba de una ruptura de la simetría anterior.

En el siglo XXI ya no se cree, como se pensaba en el siglo XX, que la evolución del Universo va en la dirección de la degradación, sino que la evolución va en la dirección del aumento de la complejidad, con nuevas estructuras que aparecen en cada nuevo nivel progresivamente, en todos los viveles existentes, sean del orden no viviente, como en las galaxias o estrellas, sean del orden viviente, como en los sistemas biológicos. Tanto en el orden microscópico como en el orden macroscópico.

Aunque todavía existen quienes creen que el porvenir del Universo es una repetición, un eterno retorno y que el tiempo no es más que una ilusión humana y, también existen, quienes creen, como en la termodinámica clásica, que la evolución del Universo consiste en una inevitable decadencia debido al agotamiento de los recursos disponibles, Prigogine sostiene, gracias a los avances de la ciencia y los nuevos conocimientos matemáticos, como los fractales, que la realidad de nuestro Universo es mucho más compleja que eso.

Existen demasiadas posibilidades y elementos a tomar en cuenta y, existen siempre nuevos procesos de transformación y de aumento de la complejidad.2

Para Ilya Prigogine la vida es el reino de lo no lineal, de la autonomía del tiempo, de la multiplicidad de las estructuras, algo que no se ve en el universo no viviente. La vida se caracteriza por la inestabilidad por la cual nacen y desaparecen estructuras en tiemposgeológicos. Según esta teoría, el tiempo precede a la existencia y podrá hacer que nazcan otros universos. Cada vez que las condiciones de la astrofísica sean favorables se formará otro Universo.2

Para Ilya Prigogine la vida es el tiempo que se inscribe en la materia y los fenómenos irreversibles son el origen de la organización biológica. Todos los fenómenos biológicos son irreversibles. Esta irreversibilidad es una propiedad común a todo el Universo, todos envejecemos en la misma dirección porque existe una flecha del tiempo.

Para Prigogine es la función la que crea la estructura y los fenómenos irreversibles son el origen de la organización biológica, es decir, de la vida.

La vida no se corresponde a un fenómeno único; la vida se forma cada vez que las circunstancias planetarias son favorables. A partir de los principios de la termodinámica sabemos que el porvenir del la vida es incierto y desconocemos hasta donde puede llegar. Los sistemas dinámicos de la biología son inestables, por lo tanto se dirigen hacia un porvenir que es imposible de determinar a priori. El futuro está abierto a procesos siempre nuevos de transformación y de aumento de la complejidad de los sistemas vivos,de lacomplejidad biológica, en una creación continua.

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