Archivo de diciembre, 2005

Física, Complejidad y Causalidad

Muchos consideran a la Física como el fundamento de las otras ciencias básicas, ya que todos los objetos naturales que nos rodean, incluidos nosotros mismos, están hechos de las mismas partículas elementales cuyas interacciones conoce e investiga la Física. En gran medida, el extraordinario éxito de la aproximación reduccionista de la física actual se fundamenta en el concepto de sistema aislado.

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Más es diferente

Dentro del contexto de la física existen numerosos ejemplos de sistemas donde propiedades emergentes son manifiestas. Dos ejemplos de ello, entre muchos otros, son la superconductividad y la superfluidez. Existe toda una investigación de carácter fundamental, que pretende investigar los fenómenos complejos, donde en lugar de acudir al reduccionismo, la propiedad fundamental es la emergencia. Además estos fenómenos complejos emergentes no se derivan de las leyes microscópicas.

     
Estas ideas fueron expuestas de una manera magistral por el físico Philip W. Anderson, Premio Nobel de Física de 1977 en un artículo publicado en la revista Science en 1972 y que lleva por título “More is different”, donde deja muy claro la idea de que “a cada nivel de complejidad aparecen propiedades completamente nuevas, y la comprensión de estos nuevos comportamientos requiere investigación que entiendo tan fundamental en su naturaleza como cualquier otra”.  (Para una versión del artículo en castellano: “Más es diferente”).

Miguel A. F. Sanjuán

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Dinámica Caótica: orígenes y perspectivas

A pesar de que la dinámica caótica haya surgido en los últimos años como una disciplina nueva, posee una larga historia. Asi como los distintos afluentes definen el cauce de un rio, son varías las influencias y los caminos que han contribuido a su fundamentación. La aproximación histórica resulta siempre de interés, ya que permite colocar a las cosas en su sitio con la perspectiva adecuada. Y fruto de ello intentar mirar hacia las perspectivas de futuro. De entre los caminos utilizados dentro de la tradicción en Física se pueden contar con la mecánica celeste y el problema de los tres cuerpos, la complejidad de los movimientos de los fluidos, en especial la turbulencia, la teoría de oscilaciones no lineales y la irreversibilidad, dentro del contexto de la mecánica estadística del no equilibrio.

Todos estos aspectos se describen con detalle en el artículo Dinámica No Lineal: Origenes y Futuro, aparecido en el primer número de la Revista de la Unión Iberoamericana de Sociedades de Física, que fue publicado en Enero de 2005. Dado su eminente valor histórico, se ha intentado aportar las referencias originales de los trabajos más importantes que han contribuido a la construcción de uno de los campos más prometedores de la física del siglo XXI.

Miguel A. F. Sanjuán

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Complejidad en Astronomía

Son muchos los itinerarios que conducen a la construcción de una nueva disciplina. Y uno de ellos proviene de la tradición de la mecánica celeste y de los trabajos del científico francés Henri Poincaré (1854-1912) en este campo. Uno de los pioneros en la aplicación de las ideas de la dinámica no lineal y la teoría del caos a la astronomía es el astrónomo griego Georgios Ioannou Kontopoulos (Georges Contopoulos). Actualmente es miembro de la Academia de Atenas
     
y su magna obra pionera ha quedado plasmada en el libro “Order and Chaos in Dynamical Astronomy” publicado por Springer en 2002 y que ya va por la segunda edición. En su autobiografía científica “Adventures in Order and Chaos. A scientific Autobiography” (Kluwer 2004) se describen con bastante detalle  los avatares de su trayectoría científica, en un tono humano y sincero que hace que su lectura sea una delicia.

Miguel A. F. Sanjuán

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Tsunami: gran onda no lineal

Tsunami es una palabra de orígen japones que significa gran ola en el puerto, como la que representa el grabado del artista japonés Hokusai (1760-1849). Todos recordamos el desastre que ocurrió el 26 de diciembre de 2004,  justo hoy hace un año, en el sudeste asiático con un enorme número de victimas. El estudio de este tipo de fenómenos complejos ha sido realizado desde hace años. Entre ellos, el físico ruso Efim Pelinovsky del Instituto de Física Aplicada de la Academia de Ciencias de Rusia en Nizhny Novgorod, quien ya realizó su tesis sobre “Dinámica No Lineal  de ondas tsunami” y actualmente es un reconocido especialista en este campo.

El interés de los físicos y matemáticos por los tsunamis hace que se haya organizado el International Workshop on Tsunami & Nonlinear Waves en Calcuta, India, en Marzo de 2006. Asimismo el  International Scientific Journal of Methods and Models of Complexity, que se edita en Holanda, dedica un número especial al estudio de la complejidad de los tsunamis. Es de esperar que los esfuerzos interdisciplinarios de los científicos por el estudio y prevención de este tipo de fenómenos complejos, que además suponen desastres naturales de la envergadura que conocemos, avancen con el adecuado y decidido apoyo de las agencias gubernamentales de financiación de la investigación. Muchas vidas y medios materiales están en juego.

Miguel A. F. Sanjuán

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Estructuras fractales complejas

La noción de espacio de fase se atribuye al físico americano Josiah Willard Gibbs (1839-1903). El fue uno de los pioneros de la Teoría Cinética y es también considerado uno de los padres fundadores de la Mecánica Estadística, término que también acuñó. El concepto de espacio de fase juega asimismo un papel crucial en la Dinámica No Lineal, de tal modo que permite usar herramientas geométricas para analizar un sistema dinámico dado.

Estudiar el espacio de fases de un determinado sistema dinámico permite obtener estructuras fractales complejas cuyas consecuencias físicas se plasman en la incertidumbre a la hora de determinar el estado ulterior del sistema. Se trata de un tipo de incertidumbre clásica, por oponerla a la tradicional incertidumbre cuántica, y de la que no se suele hablar. Richard P. Feynman habla de ella en su famoso curso Lectures Notes on Physics. Una descripción bastante genérica de estas cuestiones aparece descrita en el artículo Incertidumbre Clásica, Dispersión Caótica y Estructuras Fractales en Física y que fue publicado en la Revista Española de Física.

Miguel A. F. Sanjuán

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El cerebro como sistema complejo

Muchos son los estudios que consideran al cerebro como tal vez uno de los sistemas complejos por antonomasia. Sin duda los estudios sobre el cerebro están realizados por multiples disciplinas, cada una de ellas desde un punto de vista diferente. Desde la neurofisiología, la neuropsiquiatria, y las neurociencias en general, pasando por la neurociencia computacional, la neurocomputación, etc…Todos ellos pretendiendo aportar un poco de luz a los enigmas de este sistema tan complejo.

Desde hace unos años muchos físicos e ingenieros se han interesado por los estudios relacionados con la modelización del cerebro, donde se incluyen técnicas proveniente de la dinámica no lineal y la teoría del caos, el análisis de series temporales no lineales, las redes complejas, así como la modelización electrónica de las neuronas.

Miguel A. F. Sanjuán

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Ensayo sobre complejidad

En un ensayo publicado en Nature en 2002 por el físico hungaro Tamas Vicsek del Departamento de Biofísica de la Universidad Eötvös de Budapest, se argumenta que cuando un concepto no está bien definido, como es el caso de la complejidad, se corre el peligro de abusar de él. Se trata de un término que puede ser usado de modo indiscriminado como signo de modernidad, y del que no hay teoría alguna que lo sustente. En cualquier caso en este interesante ensayo queda de manifiesto, entre otras cosas, una de las principales ideas asociadas a las ciencias de la complejidad: Que las leyes que describen el comportamiento de los sistemas complejos son cualitativamente diferentes de las que gobiernan las unidades de que están compuestos.

Miguel A. F. Sanjuán

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Dialogo entre disciplinas

En los ultimos años se ha hablado mucho de dialogo entre disciplinas como fuente de inspiración de nuevos problemas y nuevas soluciones. Para el estudio de la complejidad este es uno de los elementos fundamentales, ya que aunque contando con metodologías varias, su objeto de estudio abarca problemas relacionados tanto con las llamadas ciencias duras como con las blandas. Sistemas complejos existen en biología, en química, en física, en sociología, en economía, etc…Se habla mucho, sin entender muchas veces de lo que se está hablando, de interdisciplinariedad, de multidisciplinariedad, de pluridisciplinariedad, de transdisciplinariedad. Con frecuencia usandolos como sinónimos, cuando cada uno de los términos anteriores tiene significados precisos muy diferentes. Sin embargo sigue faltando el verdadero dialogo entre disciplinas necesario para el avance en el conocimiento de los sistemas complejos en particular y de la ciencia en general.

Miguel A. F. Sanjuán

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Oportunidades en Complejidad

Que el campo científico de la complejidad no está bien definido ya se discutió en el artículo sobre  La Complejidad en la Ciencia, sin embargo el campo científico está cobrando importancia poco a poco en circulos académicos. Y una prueba de ello es el puesto de trabajo de profesor universitario que ofrece el Department of Engineering Sciences and Applied Mathematics de la Northwestern University, siendo el perfil de la busqueda la de un doctor con demostrada habilidad en dirigir investigaciones interdisciplinares en Matemática Aplicada con un especial énfasis en Complejidad. Es de esperar que este tipo de oportunidades en áreas interdisciplinares sean más habituales en los medios académicos, incluidos los españoles, porque sin duda ello contribuirá al desarrollo del campo.

Miguel A. F. Sanjuán

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