Así lo veo

Determinismo causal y las fronteras del universo computable


Rafael Figueredo

Número 1|Edición Fronteras|2019|Así lo veo

La física newtoniana obtuvo un inmenso reconocimiento por su capacidad de predecir el movimiento y la mecánica de los cuerpos y de ofrecer explicaciones satisfactorias del mundo macroscópico. De manera similar, alcanzaron el éxito otras teorías de la física clásica, como la teoría de ondas electromagnética, la termodinámica o la teoría cinética de los gases. Parecía evidente que nuestro universo estuviera estructurado siguiendo un orden matemático, donde todo sería predecible y tendría una causa explicable. Sin embargo, esta aseveración es cuestionable desde las perspectivas actuales que nos brindan la física contemporánea y las ciencias de la computación.

El determinismo causal es una postura filosófica que propone que todos los fenómenos del universo son regidos por leyes causales precisas y que, si conocemos con exactitud las condiciones del universo en un momento dado, podemos predecir la evolución de cualquier evento o incluso del universo entero. El físico y matemático francés Pierre Simón Laplace en su obra Ensayo filosófico sobre las probabilidades, lo ilustra imaginando a un hipotético ser inteligente, «Tal que para él nada es incierto y el pasado, al igual que el futuro, están presentes ante sus ojos». Hoy en día se conoce a este ejercicio intelectual bajo el nombre de «El Demonio de Laplace» (a pesar de que Laplace nunca se refirió de esa manera a su hipotética entidad, ni fue el primero en proponerlo). Según Laplace, en un universo determinista, tal y como el que aparenta mostrarnos la física newtoniana, el estado del universo en un instante está completamente determinado por el estado anterior y es la causa de la evolución respectiva en el estado consecutivo. Laplace sugiere que en un universo que cumpla esas condiciones sería posible concebir un intelecto que conozca en cada momento todas las fuerzas, posiciones y estados de todos los entes y partículas que existen y, si este intelecto tiene la suficiente capacidad analítica, sería capaz de predecir mediante una expresión matemática el futuro de cada cosa dentro de ese universo.

Hay que destacar que en un universo con esas particularidades no hay cabida para el azar ni para el libre albedrío de agentes inteligentes, puesto que todo se regiría de manera rigurosa según principios y leyes científicas precisas. Esto es una visión fatalista del universo que es devastadora para el espíritu humano, porque si está preestablecido que todo va a ocurrir de un cierto modo, nuestras decisiones y acciones resultan irrelevantes.

Sin embargo, los descubrimientos científicos del siglo XX, como la mecánica cuántica, la teoría de la relatividad especial y la teoría del caos y de los sistemas complejos, comenzaron a cuestionar la idea de un universo determinista. Aunque no se pueda descartar por completo la hipótesis determinista, sí es posible cuestionar la capacidad de predicción y alcance que tendría un ser como el propuesto por Laplace.

En especial, en la física desde mediados del siglo XX, comenzó a vislumbrarse un nuevo cambio de paradigma, debido a la reinterpretación de nuestras concepciones del universo físico y de la realidad, utilizando las herramientas ofrecidas por las ciencias de la computación y la teoría de la información.

En la física de este milenio cada vez es más aceptada la perspectiva de físicos como John Archibald Wheeler que, en 1989, propuso en una conferencia su idea de que todos los fenómenos físicos podían ser reinterpretados en términos de información y ser reducidos a bits, concepto que él denominaba It from Bit (Eso del Bit). Y más aún, la información no puede existir ni ser concebida sin un soporte físico que la contenga. Por lo tanto, la información es algo que resulta ser tangible y que debe regirse por principios físicos que establecen límites a su comportamiento. La información puede producir consecuencias termodinámicas en el universo físico. Según el Principio de Landauer descubierto en 1961, borrar un bit de información requiere un gasto energético y aumenta la entropía del universo en una cantidad proporcional al logaritmo neperiano de dos (Ln 2). Sorprendentemente incluso es posible concebir, tal como lo propone el físico Charles Bennett, una máquina que sea capaz de transformar bits de información en trabajo mecánico, es decir, podríamos concebir un motor mecánico que utilice datos para impulsarse mientras borra de manera irreversible los bits de información que utiliza para su funcionamiento.

Otra propuesta a considerar es la del físico y polímata Stephen Wolfram quien sugiere, en su libro A New Kind Of Science, que todos los procesos del universo físico son el resultado de algún tipo de algoritmo que se ejecuta sobre los bloques fundacionales del espaciotiempo. Si las leyes de la física establecen la cantidad de información que un sistema físico puede almacenar (en número de bits), y el número de operaciones elementales que puede realizar en un intervalo de tiempo limitado, entonces como dice Seth Lloyd del Instituto Tecnológico de Massachussets, en su artículo del 2002 La capacidad computacional del universo, el universo como sistema físico también tiene límites en la capacidad total de información que puede almacenar y en la cantidad de cómputos que puede realizar durante su existencia.

Estas cotas computacionales establecidas por el universo físico limita la capacidad de predicción del futuro que tendría cualquier máquina computacional concebible, o también de cualquier entidad inteligente, como la propuesta por Laplace. Incluso aunque el universo fuera determinista, y se tenga conocimiento preciso del estado de todos los objetos y fuerzas en un momento dado, no sería posible predecir con precisión el devenir de todo el universo para cualquier tiempo futuro porque hay cálculos que no terminarían de realizarse antes de que el tiempo del universo llegara a su fin o antes de que se agotara la cantidad de bits disponibles en el universo para almacenar la información de semejante cómputo. Ni siquiera si se hicieran con una computadora ideal, porque cada operación de cómputo requiere un tiempo mínimo para ser ejecutada y eso también viene establecido por las limitaciones de las leyes físicas. Entonces, no basta con un universo determinista y un demonio de Laplace para predecir de manera unívoca la evolución total del universo.

En otras palabras, las limitaciones computacionales del universo físico nos impiden computar por completo el futuro para predecirlo. Y como habitantes de este universo esa es una frontera que jamás podremos superar.

Rafael Figueredo

Rafael Figueredo

(Venezuela)

«Soy un deslumbrado viajero en este alucinante universo. Soy un orgulloso habitante de Laniakea»

Rafa, es programador y se graduó de físico la Universidad Simón Bolívar (Caracas, Venezuela). Él, en una conversación cualquiera, te hace ver el tema más complicado —al menos para los no iniciados en el mundo de las ciencias—, algo sencillo y comprensible. Porque Rafa es un excelente narrador y la escritura es su afición. En su mundo, la ciencia y el arte no son ajenos, ni opuestos; conviven armoniosamente, se complementan y se enriquecen. Le apasionan la poesía, la filosofía, la ciencia ficción y la literatura fantástica, una pasión que expresado en las letras de manera brillante, lo que lo ha hecho ser galardonado con el primer premio en el Concurso Universitario de Cuentos José Santos Urriola (2012), el segundo premio en el Iraset Páez Urdaneta de poesía (2012), ambos de la Universidad Simón Bolívar y el Premio Venezolano Solsticios en la categoría de Ciencia Ficción (2014). Este habitante de Laniakea que se deslumbra en su viaje por el universo, nos deja en su escritura destello de ese viaje para que también nos deslumbremos.