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Mejorando sistemas complejos con patrones de la naturaleza

Nuestro modo de interpretar y organizar la realidad se basa, aunque no nos lo hayamos planteado, en patrones a menudo presentes en la naturaleza, sugeriendo la existencia de una “arquitectura” universal.

¿Puede la ciencia hilvanar un relato panteísta creíble o, por el contrario, las estructuras y patrones que se repiten en la naturaleza y los sistemas complejos, naturales y artificiales, son una mera coincidencia?

Sobre teoremas a medio construir y leyes universales a medio intuir

Ya se interprete el fenómeno como casual o, por el contrario, como las pistas sin descifrar de un diseño natural superior, las espirales y fractales representadas en el arte y el pensamiento (sección áurea) se repiten en la naturaleza, desde la forma de organismos microscópicos a la manera de aglutinarse de algunas constelaciones.

La proporción áurea tiene su explicación matemática. ¿La tienen también la preferencia de los animales (incluidos nosotros) por la simetría, cuando se trata de observar, o por la armonía, cuando escuchamos? Podríamos preguntarnos, por ejemplo, por qué arte y ciencia relacionan simetría con salud y éxito.

Los patrones de la naturaleza arrojan pistas, o no, acerca de leyes que conectarían lo que ahora interpretamos a medias, a partir de retazos de tradición, costumbre e investigación empírica.

Aprender de los diseños de la naturaleza

Si hemos aplicado las proporciones de la naturaleza a los diseños humanos desde nuestros inicios (¿quizá antes?), una de las disciplinas con un futuro más prometedor, el diseño industrial basado en la biomimesis, aplica patrones de organismos a artilugios humanos, sea para aprender arquitectura de las termitas o lograr que una botella acumule agua de la humedad ambiental, como logra hacer un escarabajo del desierto tras milenios de adaptación.

La ciencia ha ratificado en los últimos años que los animales complejos juzgan a sus iguales en función de su simetría. Los ideales estéticos tienen consideraciones evolutivas que apenas hemos empezado a descifrar, y la parte más instintiva de nuestro cerebro, similar a la de otras especies, reacciona en función de estos “patrones”, casi siempre ajenos al pensamiento consciente.

Nuestro cerebro no sólo favorece los diseños geométricos, sino que entiende o interpreta otros códigos ajenos al raciocinio o el aprendizaje metódico. Por ejemplo, sabemos que el cerebro humano ha evolucionado para favorecer la armonía, publica Wired.

Hasta los sones y músicas más disonantes basan, adrede, su aparente caos en entender las leyes armónicas para así contradecirlas.

Similitudes de los sistemas complejos naturales y artificiales

Casualidad o no, aparecen estudios que destacan la similitud entre el universo, el cerebro… e Internet. Lo que construimos a partir de nuestro ingenio tiene, en ocasiones, el mismo diseño que lo observado.

Ahora sabemos que la estructura del universo y las leyes que gobiernan su expansión podrían ser las mismas que las observadas en otras redes complejas de la naturaleza, desde nuestras neuronas a los micelios, o redes capilares de los hongos que actúan como el estómago del bosque, explica el micólogo Paul Stamets.

No obstante, la sorpresa es mayor cuando la propia Internet, los fenómenos de popularidad de un contenido –viralidad– o las redes sociales y de confianza entre personas, tanto telemáticas como presenciales, comparten sus principios y evolución con los mismos patrones observados en la expansión del universo y del cerebro humano, explica Dmitri Krioukov, coautor de un estudio al respecto elaborado por un centro de supercomputación de la Universidad de California.

Para Krioukov, “la equivalencia descubierta entre el crecimiento del universo y las redes complejas sugiere con firmeza que hay leyes inesperadamente similares que gobiernan las dinámicas de estos sistemas complejos tan diferentes”.

El juego eterno de hilar conocimiento a través de la observación

Prosigo de un modo algo grandilocuente, aunque justificado:

Desde nuestros inicios como especie, nos explican los antropólogos, el ser humano ha tratado de explicar lo inexplicable, de conectar distintos fenómenos complejos en principio inconexos con patrones que los relacionarían con una racionalidad u orden preestablecidos, un origen común, o una fuerza superior.

Dos de los ámbitos que más han forjado la historia y la evolución de los pueblos son la metafísica-religión por un lado; y la ciencia o exploración racional para construir “pequeñas verdades empíricas”, por el otro.

Ambas corrientes -tanto la estantería donde Aristóteles compilaba todos los tratados que iban más allá de la física o lo explicable racionalmente, como lo demostrable con el ensayo y error-, parten de una experiencia y visión del universo que nos ha forjado como somos.

Metafísica y ciencia son métodos para indagar en estos patrones observados, intuidos o imaginados en el “universo”, que en muchas culturas equivale a “naturaleza” y, por tanto, a un todo indivisible, en el que también entran el propio individuo y el grupo.

Breves apuntes sobre el panteísmo

El panteísmo parte del anhelo universal a intentar usar el raciocinio para explicar lo inexplicable y avanzar, a partir de la demostración o refutación de hipótesis sesgadas y parciales, de verdades y leyes superiores. Y al ser humano le gusta imaginar que la suma de estos teoremas y leyes conforman un todo universal, sea éste caos o armonía, asimétrico o simétrico.

El arte ha representado estas pequeñas y grandes preguntas, la intuición o anhelo de conectar o relacionar diseños de la naturaleza con patrones que también afectan nuestro pensamiento, al ser nosotros una consecuencia de la naturaleza observada.

Transformando “coincidencias” en indicadores para elaborar teorías

Por un lado, desde su propio origen, el ser humano a tratado de relacionar aparentes pequeñas “coincidencias” que se repetían y eran percibidas como “naturales” o “agradables”, con sistemas complejos observados.

Pequeñeces tales como:

  • espirales y fractales, con sus implicaciones y consecuencias matemáticas;
  • discriminación de las especies observadas (incluida la humana) por la simetría;
  • gusto por la armonía y aborrecimiento de la disonancia;
  • uso de los diseños de la naturaleza para mejorar los diseños humanos (biomimesis), desde los cazadores y recolectores hasta el MIT, pasando por Leonardo da Vinci y sus “artefactos” humanos diseñados después de observar aves, árboles y otros organismos;

Con sistemas complejos tales como:

  • leyes de los astros;
  • leyes físicas más evidentes;
  • grandes “preguntas”: existencia de un todo universal, se llame “ser superior”, como han justificado corrientes filosóficas y religiones; o se trate de un organismo que lo engloba todo: hipótesis de Gaia (la tierra como único organismo viviente dentro de un engranaje universal), teorías de “lo grande” (relatividad de Einstein) y “lo pequeño” (física cuántica), y las incongruencias entre estas “leyes parciales”, expuestas por Stephen Hawking en “Historia del tiempo”;
  • etc.

Sobre los patrones observados en la naturaleza

Las formas geométricas de la naturaleza nos han sorprendido desde siempre, y así lo hemos plasmado en la forma de deidades paganas, en el diseño de artilugios o incluso en el propio diseño de maneras de organizarnos.

Como si se tratara de un juego de muñecas chinas natural, las estructuras fractales reproducen una misma forma desde a distinta escala y sugieren que podrían seguir haciéndolo ad infinitum. Sucede en algunos organismos, pero también se observa en la naturaleza más próxima (este mundo) y en la forma en que se aglutinan algunas galaxias remotas.

Pero no sólo los ritos o el arte han tratado de plasmar la belleza y singularidad de los patrones geométricos observados en algunas hortalizas, ramaje de árboles, remolinos de agua, ríos con sus afluentes, arterias, etc.

Más allá de mirar los posos del café: las fractales africanas

A menudo sin pensarlo, hemos reproducido fractales y otros diseños “universales”, como si respondieran a un ideal que nos esforzamos por desentrañar, sea de manera consciente (divagando, por ejemplo) o inconsciente (los rituales chamánicos trataban de explicar lo inexplicable).

El matemático y divulgador estadounidense Ron Eglash ha dedicado parte de su carrera a explicarnos cómo, sin saberlo, los humanos hemos usado las fractales observadas en termiteros y otras estructuras.

Las aldeas tradicionales de algunos pueblos africanos, por ejemplo, se organizan de manera fractal, y el diseño de la aldea es el mismo, aunque a mayor escala, observado en una vivienda. Y este homenaje ancestral y en apariencia fortuito a las fractales se observa incluso en el diseño geométrico de las vallas usadas en los mismos poblados.

Las fractales de la naturaleza y su conexión con los diseños humanos, descrita por Ron Eglash en un ensayo African Fractals y posterior charla en TED Talks, no es la única búsqueda, entre consciente e inconsciente, de la relación entre fenómenos observables aparentemente inconexos entre sí.

El idilio de las distintas culturas con espirales y fractales

Apenas conocemos torpes retazos de las leyes y teoremas de los diseños naturales, aunque intuimos la existencia de mucho más. Hasta la llegada de leyes y teoremas que expliquen mucho más, de algo así como un equivalente de la teoría de la relatividad de los patrones naturales, debemos conformarnos con interpretaciones en parte científicas y en parte metafísicas, en el sentido aristotélico: a falta de una explicación empírica, debemos conformarnos con interpretaciones en forma de arte, ritos, etc.

Si las fractales suponen la búsqueda inconsciente de los pueblos ancestrales africanos por una “verdad” superior, que conectaría al individuo con un todo, las culturas occidental y oriental han mantenido su idilio con la universalidad sugerida por la naturaleza a partir del estudio de las espirales y el cálculo de sus proporciones:

  • la aproximación occidental a las proporciones observadas en la naturaleza sigue la tradición empírico-analítica del pensamiento grecorromano: dio un salto con el trabajo de Leonardo de Pisa, Fibonacci, descubridor de la sucesión matemática que lleva su nombre, base del número áureo o proporción áurea, canon empleado por arquitectos, pintores, músicos, poetas, filósofos y artesanos del Renacimiento para crear sus obras a partir de éste, dado su origen natural, universal y -se aspiraba-, divino;
  • y la aproximación oriental, cuya observación de las espirales y otras representaciones de la proporción áurea se refleja en concepciones estéticas y filosóficas aplicadas al diseño de jardines, casas, vestimentas, caminos, templos. Por ejemplo, el concepto japonés de wabi-sabi sintetiza la simpleza rústica e impermanencia de la naturaleza, y está presente en las modestas espirales dibujadas sobre la tierra o grava de los jardines zen.

La sucesión de Fibonacci

La sucesión de Fibonacci (también proporción áurea, razón áurea, sección áurea, etc.), en la que cada elemento es la suma de los dos anteriores, es una serie numérica tan sencilla y elegante como los diseños de la naturaleza; al fin y al cabo, con la serie se pueden representar las proporciones de espirales y otras formas observadas en el universo: en caracolas, remolinos, de agua, tornados o galaxias en espiral.

Los artistas del Renacimiento y, a continuación, naturalistas y científicos de la Ilustración, observaron que la sucesión de Fibonacci sirve también para representar las fractales: ramas de un árbol, hojas dispuestas en el tallo, los nervios en una hoja, etc.

Santiago Ramón y Cajal, por ejemplo, y mucho antes de él Miquel Servet, habrían usado su incansable curiosidad infantil para tratar de explicar por qué los micelios de los hongos, las neuronas de cualquier cerebro complejo animal -incluido el más complejo, el nuestro- y el ramaje de muchos árboles responden al mismo patrón. Sus sucesores intelectuales seguirán indagando acerca de estas y otras “coincidencias”. Y preguntándose si se trata de, en efecto, coincidencias; o, en cambio, de un “plan maestro”.

¿Qué habrían pensado Ramón y Cajal o Servet si se les hubiera explicado que, a finales del siglo XX, una red de comunicaciones telemáticas, sin centro y organizada de manera capilar, en torno a pequeños núcleos interconectados, contaría con el mismo diseño de micelios, neuronas y otros patrones naturales?

Cómo ordenar o aprender de lo en apariencia caótico

La naturaleza parece homenajear determinadas formas, priorizando ciertos diseños geométricos por encima de otros, aunque desconocemos si la coincidencia de las fractales o espirales tiene sólo un sentido físico (mayor eficiencia sobre otros diseños aleatorios); o bien responde a algo más. Por ejemplo, a una ley universal de la materia, ahora que todos, mucho o poco, hemos leído aunque sea un titular sobre el bosón de Higgs.

Fractales, espirales, sucesiones matemáticas. Relatividad, física cuántica, materia, antimateria. Por mucho que nos empecinemos, la carrera grecorromana por alcanzar un mayor estadio de desarrollo usando el método empírico es un edificio siempre a medio construir, con cimientos que creemos sólidos hasta que llega, si usamos un símil, una tormenta como la que barrió la Costa Este de Estados Unidos a finales de octubre de 2012 y, con los sótanos anegados, la ciencia se pasa décadas achicando agua hasta que, con la perspectiva necesaria, puede mirar hacia atrás con perspectiva y saber si mereció la pena reconstruir el edificio en el cienegal.

El objetivo de Ron Eglash con su ensayo African Fractals no difiere de la aspiración de los apuntes de Leonardo da Vinci, si bien la polimatía de este último le llevaron a abarcar cuantas más disciplinas y conocimientos fuera posible, tratando de conectar, con la intuición o el conocimiento siempre parcial, cuantos más puntos mejor.

Una breve historia de casi todo

Bill Bryson no optó ni por la especialización de Eglash ni la polimatía del hombre del arquetipo del hombre del Renacimiento. Su oficio es contar historias de manera inteligible, así que trató de condensar cuantos más retazos del universo y lo que sabemos de él mejor en el recomendable Una breve historia de casi todo.

Bryson nos recuerda, o revela, si no lo sabíamos, que la materia no se destruye, sino que se reordena y, por tanto, es muy problable que nuestro ser esté conformado por una fracción infinitamente pequeña de Alejandro, Marco Aurelio o Shakespeare.

O por una proporción similar de los seres más insípidos. Visto así, la ciencia está tan próxima de la religión como la estantería de la metafísica de Aristóteles lo estaba de la estantería con leyes y tratados demostrables empíricamente.

Tras los pasos de Speculum Maius

Eso sí, Bryson, que no peca de megalómano, deja claro en el ensayo que su voluntad no era tratar de compilar todo el saber humano en una obra enciclopédica, como intentó el temerario dominico francés Vincent de Beauvais con su Speculum Maius.

Ni siquiera un formado y concienzudo monje dominico con todo el tiempo de su existencia es capaz de documentar todos los retazos de conocimiento, demostrado o refutado, que hemos acumulado a pesar de los incendios y el envejecimiento de los soportes más antiguos.

Si se confirman las similitudes entre las leyes del universo y las que rigen la regeneración del cerebro humano, la viralidad de un contenido de Internet, el propio diseño de esta red capilar sin centro neurálgico, o la de las redes sociales, quizá los centros de supercomputación tengan un aliciente para dedicar sus esfuerzos a mejorar sistemas complejos que no funcionan tan bien como nos gustaría.

Hipótesis de Gaia, teoría de juegos, economía y mucho más

Por ejemplo, el principal sistema del que todos dependemos, la tierra entendida como organismo interdependiente -según la hipótesis de Gaia de James Lovelock, explicada a todos los públicos por James Cameron en el filme Avatar, y por Ang Lee en la adaptación cinematográfica de la novela La vida de Pi-, podría mejorar si entendiéramos cómo recuperar su equilibrio.

Del mismo modo, hay sistemas humanos complejos, como la interconectada economía mundial, que ni la teoría de juegos -tanto la de la política como la de la economía- ha logrado hacer más eficientes y justos.

La teoría de juegos expone que interacciones complejas (negociaciones, evoluciones aparentemente aleatorias o caóticas), en principio muy distintas entre sí, se comportan de una manera similar, ya que responden a incentivos similares.

Biología, sociología, psicología o filosofía se sirven de esta teoría para tratar de explicar sistemas en movimiento con múltiples engranajes, estimulados de manera descentralizada desde innumerables flancos. Lev Tolstói ya dejaba claro en Guerra y Paz que no son los grandes prohombres quienes desencadenan los fenómenos, sino que los mecanismos de la historia son mucho más complejos y dependen de infinitas circunstancias.

Los sistemas complejos de los que depende nuestro bienestar

Hay innegables puntos de encuentro entre la teoría de juegos y la serie matemática de Fibonacci, tan representada en la naturaleza.

Otros sistemas complejos por mejorar, combinando lo poco que sabemos de patrones que, sobre el papel, conducirían a “equilibrios“: las instituciones que, en teoría, garantizan nuestra prosperidad según autores como Jared Diamond o el sistema energético mundial, por mencionar dos grandes retos a los que nos enfrentamos.

Hay trabajo por hacer, sea elaborando mejores diseños o sistemas más justos y eficientes observando la naturaleza. En nuestra indagación, quizá profundicemos en nuestro conocimiento, en una mirada a la vez universal e introspectiva, de raíz panteísta.

O, quizá, como ocurre con los diseños fractales, avancemos para encontrarnos con preguntas y retos similares a escalas distintas.

Contemplando el porqué

Sea como fuere, avanzando en la indagación damos validez a nuevas medias verdades y refutamos otras leyes o teoremas parciales, moldeando como jardineros -o escultores, o poetas, o programadores, o políticos, o economistas- el conocimiento en el que, según la tradición socrática, se basan nuestra prosperidad y bienestar.

Renunciar al avance en este juego empírico supone acercarse un poco más al conocimiento atávico, la brujería, la superstición, la leyenda, el milagro irrepetible, la idiotez individual y colectiva.

Sócrates: “El grado sumo del saber es contemplar el porqué.”