El caos y los atractores

Tanto los fenómenos meteorológicos como los movimientos de los planetas siguen las mismas leyes físicas; sin embargo, aquéllos tienen aspectos impredecibles, mientras que los eclipses se predicen. ¿Por qué? Hasta hace poco los científicos pensaban que la predicción exacta se alcanzaría si se acumulaba información. Erraban. Ahora sabemos que algunos sistemas deterministas simples presentan un comportamiento aleatorio (al que los físicos llaman caos) y que la información no elimina el azar. Sí, el caos es determinista y es generado por leyes matemáticas que no contienen elementos de azar. En teoría el futuro está determinado por el pasado, pero en la práctica las pequeñas incertidumbres iniciales se agrandan de tal manera que si bien la evolución es predecible a muy corto plazo no lo es a largo.

¿Cuál es el origen del comportamiento caótico? La ciencia del siglo XX ha presenciado el hundimiento del determinismo por dos razones. El principio de incertidumbre, dogma esencial de la mecánica cuántica, afirma que hay una limitación fundamental a la exactitud con la que se puede conocer la posición y la velocidad de una partícula elemental. La fuente de impredecibilidad a gran escala aparece en otro lado: algunos sistemas macroscópicos son predecibles y otros no -la trayectoria de un globo que vuela impulsado por el aire que sale del mismo es impredecible-; y la distinción se debe al crecimiento exponencial de las imprecisiones iniciales, o sea a la dinámica caótica.

Un péndulo constituye un ejemplo de sistema dinámico; una ecuación basada en las leyes de Newton predice su evolución. Muchos sistemas dinámicos tienen soluciones explícitas a las ecuaciones que los representan, pero no todos: los sistemas dinámicos caóticos no. El espacio de estados (construcción geométrica abstracta cuyas coordenadas pueden ser la posición y velocidad) proporciona una herramienta para describir el comportamiento de los sistemas dinámicos; y un atractor es una región de dicho espacio a la que tiende el comportamiento de un sistema. El péndulo que termina por detenerse se representa por un punto; tal punto constituye un atractor. En el movimiento de un gas (la atmósfera) Edward Lorenz observó un comportamiento caótico, que tendía a un atractor, llamado hoy atractor de Lorenz y primer ejemplo de atractor caótico. Lorenz había comprobado que las perturbaciones microscópicas se amplificaban hasta afectar al comportamiento macroscópico del gas y que, tras un breve período, la incertidumbre en la medición inicial impedía cualquier predicción: no había conexión causal entre pasado y futuro.

Falsos recuerdos

Me lo contó el protagonista, hombre con una imagen y vestuario sumamente estrafalarios. Terminada su jornada laboral, se marchaba paseando desde su oficina hacia su hogar. A mitad de camino fue reconocido por una viandante y detenido por la policía como exhibicionista. Su fortuna consistió en que durante la hora del delito aún estaba con sus compañeros en el trabajo. ¿A qué se deben estos aparatosos fallos de la memoria? Elisabeth Loftus y John Palmer han estudiado el efecto de la información engañosa. En un trabajo publicado en 1974 con el título “Un ejemplo de la interacción entre el lenguaje y la memoria” describen dos experimentos. En el primero, a unos sujetos se les proyectan varias películas sobre accidentes automovilísticos; después deben contestar a un cuestionario. La pregunta clave que interesa evaluar es ¿con qué velocidad estiman los espectadores que se mueven los coches en el momento del choque? La estimación más alta de la velocidad depende del verbo que se emplea para designar el choque: estrellar, colisionar, contactar, golpear, acercar. Cuanto más fuerte fuese el verbo (estrellar) más rápida era la estimación de la velocidad. Los psicólogos habían demostrado que el verbo usado en la pregunta podía sugerir una respuesta. El segundo experimento se realizó una semana más tarde. Los psicólogos comprobaron que quienes habían estimado más alta la velocidad eran más propensos a contestar afirmativamente la pregunta ¿has visto algunos vidrios rotos? Lo sorprendente era que la película no contenía escenas en las que apareciesen cristales rotos. Parece que las preguntas planteadas sobre un suceso pueden causar que se reconstruya la memoria sobre el suceso.

El experimento muestra que es muy fácil implantar falsos recuerdos o modificar un recuerdo real, un recuerdo de un suceso reciente vivido en un estado normal. Y ahora hago las siguientes preguntas ¿Jueces y policías saben que los testigos pueden equivocarse de buena fe? ¿En algunos casos los psicólogos pueden, sin advertirlo, hacen creer a sus pacientes que han sufrido supuestas violaciones infantiles? ¿Los historiadores son conscientes del fenómeno cuando interrogan a los actores de hechos pasados? ¿Cualquier tiempo pasado fue mejor?

Volverán las oscuras golondrinas

en tu balcón sus nidos a colgar,

y otra vez con el ala a sus cristales,

jugando llamarán;

pero aquellas que el vuelo refrenaban

tu hermosura y mi dicha al contemplar;

aquellas que aprendieron nuestros nombres,

esas... ¡no volverán!

            Ignoro cómo funciona la memoria de las golondrinas, pero la de los humanos –sin duda- comete errores estrepitosos.

Energía oscura

En 2016 leí un artículo científico delicioso, no sé si por lo bien explicado y acertado del resumen -Adam Riess, uno de sus coautores, es premio Nobel de física-, o por el interés del contenido. Trataba del futuro del universo. El informado lector sabe que las galaxias y cúmulos de galaxias se alejan entre sí, mejor dicho, que el espacio en el que están insertadas tales estructuras cósmicas se estira; pero no lo hace con velocidad uniforme, a medida que pasa el tiempo, la expansión cósmica se vuelve más rápida; dicho con otras palabras, las galaxias se alejan hoy más rápido que ayer. ¿Por qué? Se suele usar el término energía oscura para referirse al agente responsable de la fuerza repulsiva que, aparentemente, está desgarrando al universo; los físicos han propuesto tres hipótesis para explicar su misteriosa naturaleza. La primera hipótesis, la más popular, postula que la energía oscura proviene del propio espacio; la fuerza gravitatoria asociada a la energía del espacio vacío sería repulsiva y actuaría del mismo modo que la constante cosmológica que usó Albert Einstein en la teoría de la relatividad general (y después desechó). La segunda hipótesis apunta a que la energía oscura podría deberse a una energía -los expertos la denominan quintaesencia- que impregna todo el universo; tal energía, que puede cambiar a lo largo del tiempo, ejercería un efecto que contrarrestaría a la gravedad. Una tercera hipótesis arguye que la energía oscura no existe y que la expansión acelerada del universo se debe a un comportamiento desconocido de la gravedad a grandes distancias: la gravedad atrae a las distancias galácticas habituales y a grandes distancias, repele. Cada una de  las tres hipótesis pronostica un futuro diferente; si es cierta la primera, las galaxias y cúmulos de galaxias se separarán para siempre; si la segunda representa lo que ocurre en el universo existen dos posibilidades, según aumente o disminuya la quintaesencia: un Gran desgarro o una Gran implosión. Si debemos recurrir a la tercera, por ahora, sólo cabe alegar ignorancia.

Tras estudiar el problema desde hace un par de décadas los físicos han constatado que, en la actualidad, la respuesta a la pregunta inicial por qué se acelera la expansión cósmica sigue envuelta en un halo de misterio. El escritor espera con ilusión que, dentro de poco, el progreso de la astronomía nos revele el futuro del universo. ¡Nada menos!

Impedir la infección de cualquier virus

¿Le gustan al lúdico lector las películas de ciencia ficción? ¿Sí? ¿Le aterrorizó “Alien, el octavo pasajero”, dirigida por Ridley Scott? Pues así actúan los virus: entran en una célula, se reproducen en ella y la revientan. A nadie extrañará que debamos protegernos de tan desagradables inquilinos; pero el tratamiento de las infecciones virales es una tarea difícil: no sólo porque cada virus tiene una estructura diferente, sino también porque mutan rápidamente y desarrollan resistencia a los fármacos con facilidad; no debemos olvidar que por esta razón los médicos diseñan una vacuna antigripal distinta cada año.

En 2016, un equipo investigadores de EEUU, Japón y Singapur, encabezados por Koji Ichiyama, cambió la estrategia tradicional que se usa para prevenir la infección viral: en vez de fijarse en el ADN o el ARN viral, apuntaron a las glucoproteínas que se encuentran en la envoltura de todos los virus animales; con estas proteínas –que tienen la singularidad de habérseles unido azúcares-  se adhieren a las células, primer paso antes de penetrar en ellas, infectarlas y, desgraciadamente, hacernos enfermar. La novedad consistió en crear una macromolécula que, en esencia, es una molécula gigante con la capacidad de atraer virus mediante atracciones electrostáticas, unirse a ellos e impedir que se adhieran a las células sanas y penetren en ellas; además neutraliza la acidez del virus para frenar su replicación. Los investigadores han añadido otra arma más a la macromolécula sintética: el azúcar manosa, que se adhiere a las células inmunes con la finalidad de acercarlas al virus y facilitar su aniquilación. El amplio espectro de actividad antiviral se debe a su mecanismo destructivo: como se basa en el enlace entre las moléculas de la envoltura vírica con la macromolécula artificial, el virus es inactivado mute o no mute, previniendo así el desarrollo de la resistencia al fármaco.

La labor investigadora no concluyó hasta que los investigadores comprobaron la utilidad de su invento; para ello ensayaron el nuevo polímero sintetizado con muchos virus, entre los que incluyeron el de la gripe, el dengue, el herpes simple, el Ébola, el Chikungunya, el Enterovirus 71 y el Marburg; se previno con eficacia la infección de cualquiera de ellos en células de mamíferos, humanos incluidos. Un tratamiento capaz de impedir la infección por cualquier virus ya está más cerca. ¡Celebrémoslo!