Universo Mecánico 14 Energia Potencial HD720p H 264 AAC

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Indice

 

¿Qué es la vida?(Parte VIII)

 

CAPÍTULO 7

¿ESTÁ BASADA LA VIDA EN LAS LEYES DE LA FÍSICA?

 

7.1. Nuevas leyes que pueden esperarse en el organismo

Lo que deseo dejar claro en este último capítulo es, expresado brevemente, que, a partir de todo lo que hemos aprendido sobre la estructura de la materia viva, debemos estar dispuestos a encontrar que funciona de una manera que no puede reducirse a las leyes ordinarias de la Física. Y esto no se debe a que exista una nueva fuerza, o algo por el estilo, que dirija el comportamiento de cada uno de los átomos de un organismo vivo, sino a que su constitución es diferente de todo lo que hasta ahora se ha venido experimentando en un laboratorio de física. Un ingeniero familiarizado solo con máquinas de vapor, después de examinar la constitución de un motor eléctrico, estará dispuesto a decidir que este funciona de acuerdo con principios que todavía no entiende. Hallará el cobre, que le es familiar como componente de las calderas, utilizado aquí en forma de larguísimos hilos arrollados en bobinas; el hierro, igualmente familiar por las bielas, barras y pistones, lo encontrará aquí rellenando el interior de aquellas bobinas de hilo de cobre. Estaría convencido de que se trata del mismo cobre y del mismo hierro, sujetos a las mismas leyes de la Naturaleza, y está en lo cierto. Pero la diferencia en la constitución es suficiente para advertirle de que se trata de un funcionamiento muy diferente. Por el hecho de que se ponga a girar conectando un conmutador, sin tener caldera ni vapor, no supondrá que un motor eléctrico está impelido por un fantasma.

 

7.2. Revisión de la situación biológica

La sucesión de acontecimientos en el ciclo vital de un organismo exhibe una regularidad y un orden admirables, no rivalizados por nada de lo que observamos en la materia inanimada. Encontramos esta sucesión controlada por un grupo de átomos muy bien ordenados, que representan tan solo una pequeñísima fracción del conjunto total de cada célula. Además, a partir del concepto que nos hemos formado del mecanismo de la mutación, concluimos que la dislocación de tan solo unos pocos átomos del grupo de los átomos gobernantes de la célula germen basta para producir un cambio bien definido en las características hereditarias del organismo.

Estos hechos son probablemente los más interesantes que la Ciencia ha revelado en nuestros días. Después de todo, podemos estar inclinados a no encontrarlos completamente aceptables. La asombrosa propiedad de un organismo de concentrar una corriente de orden sobre sí mismo, escapando de la descomposición en el caos atómico y absorbiendo orden de un ambiente apropiado parece estar conectada con la presencia de sólidos aperiódicos, las moléculas cromosómicas, las cuales representan, sin ninguna duda, el grado más elevado de asociación atómica que conocemos (mucho mayor que el cristal periódico común) en virtud del papel individual que cada átomo y cada radical desempeñan en ellas.

Para decirlo con brevedad, somos testigos del hecho de que el orden existente puede mantenerse a sí mismo y producir acontecimientos ordenados. Esto parece bastante razonable, aunque, para encontrarlo así, nos basamos en la experiencia concerniente a la organización social y a otros sucesos que implican la actividad de los organismos. Por lo que puede parecer que caemos en un círculo vicioso.

 

7.3. Resumen de la situación física

Como quiera que sea, el punto que hay que subrayar una y otra vez es que, para el físico, el estado de cosas no solo es razonable, sino que resulta sobremanera estimulante, puesto que carece de precedentes. Contrariamente a la creencia general, el curso regular de los acontecimientos gobernados por las leyes de la Física nunca es consecuencia de una bien ordenada configuración de átomos (a menos que esta configuración de átomos se repita a sí misma gran número de veces, ya sea como en cristal periódico o como en un líquido, en un gas compuesto por gran número de moléculas idénticas).

Incluso cuando un químico maneja in vitro una molécula muy compleja, se enfrenta siempre con un enorme número de moléculas iguales. A ellas aplica sus leyes. Él podría decirnos, por ejemplo, que un minuto después de iniciar alguna determinada reacción habrá reaccionado la mitad de las moléculas y, al cabo de un segundo minuto, habrán hecho lo mismo las tres cuartas partes. Pero no puede predecir si una molécula determinada, suponiendo que pueda seguirse su curso, estaría entre las que han reaccionado ya o entre las que todavía se encuentran intactas. Esto es una cuestión de azar.

No se trata de una conjetura puramente teórica. No es que no podamos observar nunca el destino de un solo grupo reducido de átomos o incluso de un solo átomo. En ocasiones podemos hacerlo. Pero, cuando lo hacemos, nos encontramos siempre con una compleja irregularidad, que contribuye a producir una regularidad solo en el promedio. En el capítulo primero, lo hemos ilustrado con un ejemplo. El movimiento browniano de una partícula pequeña, suspendida en un líquido, es completamente irregular. Pero, si hay partículas similares, estas producirán, con su movimiento irregular, el fenómeno regular de la difusión.

La desintegración de un solo átomo radiactivo es observable (emite un proyectil que produce un centelleo visible en una pantalla fluorescente). Pero, dado un átomo radiactivo individual, la probable longitud de su vida es mucho más incierta que la de un gorrión sano. En efecto, no puede decirse nada más que esto: mientras vive (y esto puede ser durante miles de años) la probabilidad, sea grande o pequeña, de estallar en el próximo instante, permanece la misma. Esta patente falta de determinación individual ocasiona, sin embargo, la ley exponencial exacta de desintegración de un gran número de átomos radiactivos del mismo tipo.

 

7.4. El sorprendente contraste

En Biología, nos enfrentamos con una situación completamente diferente. Un único grupo de átomos, del que existe una sola copia, produce acontecimientos ordenadamente, armonizados entre sí de modo maravilloso y con el ambiente siguiendo las leyes mas sutiles. He dicho que existe una sola copia, ya que tenemos los ejemplos del huevo y del organismo unicelular. En los grados de organización superiores, las copias se multiplican, es cierto. Pero ¿hasta qué punto? Tengo entendido que hasta algo así como 10¹⁴ en un mamífero adulto. ¡Qué es esto! solo una millonésima parte del número de moléculas en una pulgada cúbica de aire. Aunque son comparativamente voluminosas, esas copias no formarían, por coalescencia, más que una minúscula gota de líquido. Y obsérvese la forma en que están distribuidas en la realidad. Cada célula alberga solo una de ellas (o dos, si pensamos en un organismo diploide). Puesto que conocemos el poder que esta minúscula oficina central posee en una célula aislada, ¿no se parecen a estaciones de gobierno local dispersas por todo el cuerpo, que se comunican entre sí con suma facilidad gracias a una clave común para todas ellas?

Bien, esta es una descripción fantástica y quizá más propia de un poeta que de un científico. Sin embargo, no se necesita una imaginación poética, sino solo una clara y seria reflexión, para reconocer que estamos frente a unos sucesos cuyo desarrollo regular y reglamentado está dirigido por un mecanismo completamente diferente del mecanismo de probabilidades de la Física. Es un simple hecho de observación que el principio director de cada célula está contenido en una asociación atómica única existente solo en una copia (o algunas veces en dos copias), y un hecho de observación el que todo ello produce sucesos que constituyen un modelo de orden. Tanto si nos parece extraño como si nos parece evidente que un grupo pequeño, pero altamente organizado, de átomos sea capaz de actuar de esta manera, la situación no tiene precedentes, solo se da en la materia viva. El físico y el químico, al investigar la materia inanimada, nunca han presenciado fenómenos que hubieran tenido que interpretar de esta manera. Por consiguiente, nuestra teoría no explica los hechos vitales (nuestra preciosa teoría estadística, de la que estuvimos tan justamente orgullosos porque nos permitía echar una mirada detrás del telón para contemplar el magnífico orden de las leyes físicas exactas procedente del desorden atómico y molecular; porque nos revelaba que la ley más importante, la más general, la ley del aumento de entropía que lo abarca todo, podía entenderse sin ninguna suposición especial ad hoc pues, como vemos, no es otra cosa que el propio desorden molecular).

 

7.5. Dos modos de producir orden

El orden encontrado en el desarrollo de la vida procede de una fuente diferente. Según esto, parece que existen dos mecanismos distintos por medio de los cuales pueden producirse acontecimientos ordenados: el mecanismo que produce orden a partir del desorden y otro nuevo, que produce orden a partir del orden. Para una mente sin prejuicios, el segundo principio parece mucho más simple, mucho más lógico. Y sin duda lo es. Por eso los físicos están tan satisfechos de haber dado con el otro, el principio del orden a partir del desorden, que es el que sigue la Naturaleza y el único que hace posible la comprensión de las líneas maestras de los acontecimientos naturales, en primer lugar la de su irreversibilidad. Pero no podemos esperar que las leyes de la Física, derivadas del mismo, basten para explicar el comportamiento de la materia viva, cuyos rasgos más fascinantes están visiblemente basados en el principio del orden a partir del orden. No podría esperarse que dos mecanismos enteramente diferentes pudieran producir el mismo tipo de ley, como tampoco se esperaría que la llave de nuestra casa abriera también la puerta del vecino.

Por lo tanto, no debe desanimarnos que tengamos dificultad en interpretar la vida por medio de las leyes ordinarias de la Física. Eso es lo que cabía esperar de lo que hemos aprendido sobre la estructura de la materia viva. Debemos estar preparados para encontrar un nuevo tipo de ley física que la gobierne. ¿O tendremos acaso que denominarla ley no-física, o incluso super-física?

 

7.6. El nuevo principio no es ajeno a la Física

No, no creo que tengamos que llamarla ley no-física. Porque el nuevo principio subyacente es genuinamente físico. En mi opinión, no es otra cosa que el mismo principio de la teoría cuántica. Para explicarlo debemos ser algo prolijos y afinar, por no decir corregir, nuestro anterior aserto, o sea, que todas las leyes físicas están basadas en la estadística.

Esta afirmación, nuevamente repetida, no podía por menos que llevar a contradicciones. En efecto, existen fenómenos cuyas características están visiblemente basadas, en forma directa, en el principio del orden a partir del orden y que parecen no tener relación con la estadística ni con el desorden molecular.

El orden del sistema solar, el movimiento de los planetas, es mantenido por un tiempo casi indefinido. La constelación de este momento está en relación directa con la constelación de cualquier momento dado del tiempo de las pirámides; puede ser proyectada hacia el pasado o viceversa. Se han calculado eclipses de tiempos históricos, comprobándose que estaban en estrecha concordancia con algunos documentos; en algunos casos, han servido incluso para corregir la cronología aceptada. Tales cálculos no implican estadística alguna, están basados únicamente en la ley de Newton de la atracción universal.

Tampoco parece que el movimiento regular de un buen reloj o de cualquier mecanismo similar tenga nada que ver con la estadística. En suma, todos los acontecimientos puramente mecánicos parecen seguir en forma clara y directa el principio del orden a partir del orden. Y, al decir mecánicos, es preciso interpretar el término en un sentido amplio. Como se sabe, cierta clase muy útil de relojes se basa en la transmisión y recepción regular de pulsaciones eléctricas.

Recuerdo un interesante artículo de Max Planck sobre el tema Leyes de carácter estadístico (Dynamische und Statistische Gesetzmássgkeit). Esta distinción es precisamente la que hemos denominado orden a partir del desorden y orden a partir del orden. La finalidad de aquel trabajo era demostrar cómo el tipo estadístico de ley que controla acontecimientos de gran escala está constituido por las leyes dinámicas que se supone gobiernan los acontecimientos de pequeña escala, o sea, la interacción de los átomos y moléculas individuales. Ejemplifican este último tipo los fenómenos mecánicos de gran escala, tales como el movimiento de los planetas o de un reloj, y muchos otros.

En esta forma, parecería como si el nuevo principio, el del orden a partir del orden, al cual hemos señalado con gran solemnidad como la verdadera clave para comprender la vida, no fuera del todo nuevo para la Física. La actitud de Planck incluso reclama prioridad para él. Al parecer, llegamos a la ridícula conclusión de que la clave para el entendimiento de la vida es que está basada en un puro mecanismo, una especie de máquina de relojería en el sentido del artículo de Planck. Esta conclusión ni es ridícula ni, en mi opinión, del todo equivocada, pero solo debe ser aceptada tras adecuada ponderación.

 

7.7. El movimiento de un reloj

Analicemos con exactitud el movimiento de un reloj. No se trata en absoluto de un fenómeno puramente mecánico. Un reloj puramente mecánico no necesitaría que se le diese cuerda. Una vez puesto en movimiento, andaría para siempre. Sin cuerda, un reloj se para después de escasas oscilaciones del péndulo o del volante; su energía mecánica se transforma en calor. Éste es un proceso atómico infinitamente complicado. La imagen general que el físico se forma de él le obliga a admitir que el proceso inverso no es del todo imposible: un reloj sin cuerda podría echar a andar de repente, a expensas de la energía térmica de sus propias ruedas y del medio circundante. El físico tendría que decir: el reloj experimenta un acceso excepcionalmente intenso de movimiento browniano. En el capítulo primero hemos visto que, con una balanza de torsión muy sensible (electrómetro o galvanómetro), este hecho ocurre de continuo. En el caso del reloj, resulta, por supuesto, infinitamente improbable.

Si el movimiento de un reloj debe ser asignado al tipo dinámico o al estadístico de los acontecimientos regidos por leyes (para emplear la expresión de Planck), depende de nuestra actitud. Al llamarlo un fenómeno dinámico, fijamos nuestra atención sobre su marcha regular, que puede ser mantenida por una cuerda relativamente débil, la cual supera las pequeñas perturbaciones debidas al movimiento térmico de las partículas, de manera que no necesitamos tener en cuenta estas perturbaciones. Pero, si recordamos que, sin duda, un reloj se detiene poco a poco, a causa de la fricción, comprobaremos que este proceso solo puede ser interpretado como un fenómeno estadístico.

Por insignificante que resulten, desde el punto de vista práctico, los efectos de la fricción y del calor en un reloj, no puede dudarse de que la segunda interpretación, que no los descuida, es la mas fundamental, aun cuando nos encontremos frente al movimiento regular de un reloj que funciona gracias a una cuerda. Pues no debe creerse que el mecanismo motor elimina realmente la naturaleza estadística del proceso. La verdadera imagen física incluye la posibilidad de que hasta un reloj con funcionamiento regular pueda invertir de repente su movimiento y, trabajando en el sentido contrario, volver a darse cuerda a sí mismo, a expensas del calor del ambiente. Este suceso solo es un poco menos probable que el acceso browniano de un reloj desprovisto de mecanismo motor.

 

7.8. El trabajo de un reloj es estadístico

Volvamos a considerar la situación. El caso sencillo que acabamos de analizar es representativo de muchos otros (de todos aquellos que parecen evadirse del principio universal de la estadística molecular). Los mecanismos de relojería, hechos de materia física real (en contraste con los imaginados), no son auténticamente tales. El elemento azar puede ser más o menos reducido, e infinitesimal la probabilidad de que de súbito el reloj funcione mal del todo, pero siempre existe. Hasta en el movimiento de los cuerpos celestes no faltan influencias irreversibles, tanto de fricción como térmicas. Así, por ejemplo, la rotación de la Tierra es ligeramente retardada por efecto de la fricción que originan las mareas y, junto con esta reducción, la Luna retrocede gradualmente de la Tierra, cosa que no podría suceder si nuestro planeta fuese una esfera giratoria completamente rígida.

En todo caso, queda siempre el hecho de que los mecanismos de relojería físicos muestran de modo visible prominentes características del tipo orden a partir del orden, el tipo que motivó la excitación del físico al encontrarlo en el organismo. Parece probable que, al fin y al cabo, los dos casos tengan algo en común. Queda por comprobar en qué consiste esta semejanza, y cuál es la asombrosa diferencia que transforma el caso del organismo en algo novedoso y sin precedentes.

 

7.9. Teorema de Nernst

Cuándo un sistema físico (cualquier clase de asociación de átomos) exhibe leyes dinámicas (en el sentido de Planck), o caracteres de mecanismo de relojería? La teoría cuántica ofrece una contestación muy breve para esta pregunta: en el cero absoluto de temperatura. Al aproximarse a dicha temperatura, el desorden molecular deja de tener influencia alguna sobre los acontecimientos físicos. Digamos, de paso, que este hecho no fue descubierto por la teoría, sino mediante la cuidadosa investigación de reacciones químicas, a lo largo de un amplio margen de temperaturas y extrapolando los resultados para la temperatura del cero absoluto, la cual, en la práctica, no puede ser alcanzada. Éste es el famoso teorema del calor de Walther Nernst, teorema al cual, no sin razón, se le da a veces la presuntuosa denominación de tercera ley de la termodinámica (siendo la primera el principio de la energía y la segunda, el de la entropía). La teoría cuántica proporciona fundamento racional a la ley empírica de Nernst, permitiéndonos, asimismo, comprender cuánto debe acercarse un sistema al cero absoluto para poder exhibir un comportamiento aproximadamente dinámico. ¿Cuál es la temperatura que, en cada caso particular, puede ser considerada prácticamente equivalente a cero?

No debe creerse que esta temperatura tenga que ser siempre muy baja. En realidad, el descubrimiento de Nernst fue suscitado por el hecho de que, hasta a temperatura ambiente, la entropía desempeña un papel asombrosamente insignificante en muchas reacciones químicas. (Permítaseme recordar que la entropía es una medida directa del desorden molecular, es decir, su logaritmo).

 

7.10. El reloj de péndulo está virtualmente a temperatura cero

¿Qué pasa con el reloj de péndulo? Para un reloj de esta clase, la temperatura ambiental equivale prácticamente a cero. Ésta es la razón por la cual funciona en forma dinámica. Continuara andando lo mismo si se lo enfría (¡siempre que se haya eliminado todo rastro de aceite!). En cambio, no seguirá andando si se lo calienta por encima de la temperatura ambiente, pues llegaría a fundirse.

 

7.11. Relación entre mecanismo de relojería y organismo

Parece una cosa trivial, pero en mi opinión da en el blanco. Los mecanismos de relojería pueden llegar a funcionar dinámicamente, por estar constituidos de sólidos, mantenidos en su estado por las fuerzas de London-Heitler, lo bastante poderosas como para descartar la tendencia desordenada del movimiento térmico a la temperatura ordinaria. Ahora bien, creo que unas pocas palabras más bastan para explicar el punto de semejanza entre un mecanismo de relojería y un organismo. Se parecen sencilla y únicamente porque la base de este último también es un sólido, el cristal aperiódico que forma la sustancia hereditaria, el cual está protegido del desorden que proviene del movimiento térmico. Pero que no se me acuse de llamar a las fibras cromosómicas los dientes de rueda de la maquina orgánica, al menos no sin hacer referencia a las profundas teorías físicas en las cuales se basa el símil.

Porque, en efecto, se necesita menos retórica todavía para mencionar la diferencia fundamental entre ambas y justificar los epítetos, antes empleados, de novedoso y sin precedentes del caso biológico.

Las características más notables son: en primer lugar, la singular distribución de los dientes en un organismo pluricelular, respecto a la cual permítaseme remitir al lector a la descripción algo poética hecha en la página 51, y, en segundo lugar, la circunstancia de que el diente aislado no es resultado del burdo trabajo humano, sino la más fina y precisa obra maestra conseguida por la mecánica cuántica del Señor.