LECTURAS DE TERMODINÁMICA III

Scrödinger, Erwin. (Viena 1887-1961) ¿Qué es la vida? Tusquets Editores. Barcelona 1987 (Primera publicación en 1943: What is Life?)
Premio Nobel de Física en 1933. Profesor en distintas universidades europeas
Orden, desorden y entropía (Cap 6)

¿Cuál es el rasgo característico de la vida? ¿Cuándo puede decirse que un pedazo de materia está vivo? Cuando sigue “haciendo algo”, ya sea moviéndose, intercambiando material con el medio ambiente, etcétera, y ello durante un periodo mucho más largo que el que esperaríamos que “siguiera haciéndolo” un pedazo de materia inanimada en circunstancias similares. Cuando un sistema no viviente es aislado, o colocado en un ambiente uniforme, todo movimiento llega muy pronto a una paralización, como resultado de diversos tipos de fricción; las diferencias de potenciales eléctrico o químico quedan igualadas, las sustancias que tienden a formar un compuesto químico lo hacen y la temperatura pasa a ser uniforme por la transmisión del calor. Después, todo el sistema queda convertido en un montón muerto e inerte de materia. Se ha alcanzado un estado permanente, en el cual no ocurre suceso observable alguno. El físico llama a esto estado de equilibrio termodinámico, o de “máxima entropía”.

Un organismo vivo evita la rápida degradación al estado inerte de “equilibrio”, y precisamente por ello se nos antoja tan enigmático; tanto es así que, desde los tiempos más remotos del pensamiento humano, se decía que una fuerza especial, no física o sobrenatural (vis viva, entelequia), operaba en el organismo, y algunas personas todavía piensan así.
¿Cómo evita la degradación el organismo vivo? La contestación es obvia: comiendo, bebiendo, respirando, fotosintetizando, etcétera. El término clásico que engloba todo eso es metabolismo. La palabra griega de la que deriva significa cambio o intercambio. ¿Intercambio de qué? Originariamente, la idea subyacente es, sin duda alguna, intercambio de material (Por ejemplo, la palabra alemana para metabolismo es Stoffwechsel, de Stoff , materia y Weschel, cambio). Es absurdo suponer que el intercambio de material sea el punto esencial. Cada átomo de nitrógeno, oxígeno, azufre, etcétera, es tan bueno como cualquier otro de su tipo: ¿qué se ganaría intercambiándolos? Por algún tiempo, en el pasado, se silenció nuestra curiosidad con la afirmación de que nos alimentamos de energía. En algún país muy avanzado (no recuerdo si en Alemania, en E.E. U.U., o en ambos), podían encontrarse cartas de restaurantes indicando, además del precio, el contenido energético de cada plato. Es innecesario decir que, considerado literalmente, esto es absurdo. Para un organismo adulto, el contenido energético es tan estacionario como el contenido material. Como todas las calorías tienen el mismo valor, no puede comprenderse qué utilidad puede tener el mero intercambio.
¿Qué es, entonces, ese precioso algo contenido en nuestros alimentos y que nos defiende de la muerte? Esto es fácil de contestar. Todo proceso, suceso o acontecimiento –llámese como se quiera- , en una palabra, todo lo que pasa en la Naturaleza, significa un aumento de la entropía de aquella parte del mundo donde ocurre. Por lo tanto, un organismo vivo aumentará continuamente su entropía o, como también puede decirse, produce entropía positiva – y por ello tiende a aproximarse al peligroso estado de entropía máxima que es la muerte-. Sólo puede mantenerse lejos de ella, es decir vivo, extrayendo continuamente entropía negativa de su medio ambiente, lo cual es algo muy positivo, como en seguida veremos. De lo que un organismo se alimenta es de entropía negativa. O, para expresarlo menos paradójicamente, el punto esencial del metabolismo es aquél en el que el organismo consigue librarse a sí mismo de toda la entropía que no puede dejar de producir mientras está vivo.
¿Qué es entropía? En primer lugar, debo subrayar que no se trata de un concepto o de una idea vaga, sino de una cantidad física mensurable como la longitud de un palo, la temperatura de cualquier lugar del cuerpo, el calor de fusión de un determinado cristal o el calor específico de cualquier sustancia dada. En el cero absoluto de temperatura (aproximadamente -273ºC), la entropía de cualquier sustancia es cero. Cuando se lleva esa sustancia a cualquier otro estado mediante pasos pequeños, reversibles (incluso si con ello la sustancia cambia su naturaleza física o química o si se disgrega en una o más partes de diferente naturaleza física o química), la entropía aumenta en una cantidad que se calcula dividiendo cada pequeña porción de calor que tenía que suministrarse en este procedimiento por la temperatura absoluta a que fue suministrado, y sumando luego todas esas pequeñas contribuciones. Por ejemplo, cuando se funde un sólido, su entropía aumenta en un valor igual al calor de fusión dividido por la temperatura en el punto de fusión. De ello se deduce que la unidad con que se mide la entropía es: cal/ ºC (al igual que la caloría es la unidad de calor o el metro la de longitud)
He decidido exponer esta definición técnica simplemente para librar a la entropía de esa atmósfera de nebuloso misterio que frecuentemente la envuelve. Mucho más importante para nosotros aquí es su aportación al concepto estadístico de orden y desorden, vinculación revelada por las investigaciones de Boltzman y Gibbs en la Física estadística. Esto también es una relación cuantitativa exacta que se expresa por

Entropía = k log D

en donde k es la llamada constante de Boltzman (3,2983 x 10 a la potencia 24, cal/ºC) y D es una medida cuantitativa del desorden atómico del cuerpo en cuestión. Resulta casi imposible explicar esta cantidad D en términos breves y sin tecnicismos. El desorden que indica es, en parte, el del movimiento térmico y, en parte, el que deriva de la mezcla aleatoria de diferentes clases de átomos y moléculas. Si en un vaso de agua echamos azúcar, la difusión gradual del azúcar por toda el agua disponible aumenta el desorden D y, por consiguiente (puesto que el logaritmo de D aumenta con D), la entropía. También está muy claro que cualquier suministro de calor aumenta la agitación del movimiento térmico, es decir, aumenta D y, por tanto, la entropía. Cuando se funde un cristal, esto resulta especialmente manifiesto, puesto que se destruye la ordenación definida y permanente de los átomos y las moléculas, y la red cristalina se convierte en una distribución aleatoria que cambia sin cesar.
Un sistema aislado o un sistema en un medio uniforme (que para la presente consideración es mejor incluirlo como parte del sistema que estudiamos) aumenta su entropía y se aproxima, más o menos rápidamente, al estado inerte de entropía máxima. Reconocemos ahora que esta ley fundamental de la Física no es más que la tendencia natural de las cosas de acercarse al estado caótico (la misma tendencia que presentan los libros de una biblioteca o los montones de papeles sobre un escritorio) si nosotros no lo evitamos. (En este caso, lo análogo a la agitación térmica irregular es la repetida manipulación de estos objetos sin preocuparnos de devolverlos al lugar adecuado).
¿Cómo podríamos expresar, con términos de la teoría estadística, la maravillosa facultad de un organismo vivo de retardar la degradación al equilibrio termodinámico (muerte)? Hemos dicho anteriormente que “se alimenta de entropía negativa”, como si el organismo atrajera hacia sí una corriente de entropía negativa para compensar el aumento de entropía que produce viviendo, manteniendo así un nivel estacionario y suficientemente bajo de entropía.
Si D es una medida del desorden, su recíproco 1 / D, puede considerarse como una medida directa del orden. Como el logaritmo de 1 / D es igual a menos el logaritmo de D, podemos escribir la ecuación de Boltzman así:

- entropía = k log (1 / D)

De este modo, la burda expresión “entropía negativa” puede reemplazarse por otra mejor: la entropía, expresada con signo negativo, es una medida del orden. Por consiguiente, el mecanismo por el cual un organismo se mantiene a sí mismo a un nivel bastante elevado de orden (= un nivel bastante bajo de entropía) consiste realmente en absorber continuamente orden de su medio ambiente. Esta conclusión es menos paradójica de lo que parece a primera vista. Más bien podría ser tildada de trivial. En realidad, en el caso de los animales superiores, conocemos suficientemente bien el tipo de orden del que se alimentan, o sea, el extraordinariamente bien ordenado estado de la materia en compuestos orgánicos más o menos complejos que les sirven de material alimenticio. Después de utilizarlos, los devuelven en una forma mucho más degradada (aunque no enteramente, de manera que puedan servir todavía a las plantas; el suministro más importante de “entropía negativa” de éstas es, evidentemente, la luz solar).
Como recompensa por las molestias que me causó el exponer sine ira et studio el especto puramente científico de nuestro problema, solicito ahora anuencia para añadir mi propia, y necesariamente subjetiva, visión de las implicaciones filosóficas del mismo.
De acuerdo con la evidencia expuesta en las páginas precedentes, los acontecimientos espacio-temporales del cuerpo de un ser vivo que corresponden a la actividad de su mente, a su autoconciencia u otras acciones, son, si no estrictamente deterministas, en todo caso estadístico-deterministas (teniendo en cuenta su estructura compleja y la aceptada explicación estadística de la fisicoquímica). Frente al físico, deseo resaltar que, en mi opinión, y contrariamente a lo defendido en algunos círculos, la indeterminación cuántica no desempeña en esos acontecimientos un papel biológicamente importante, excepto, tal vez, el de que acentúa su carácter puramente accidental en fenómenos como la meiosis, la mutación natural y la inducida por los rayos X, etcétera. En todo caso esto es obvio y bien reconocido.
En apoyo a mi argumento, permítaseme considerar esto como un hecho , como creo lo haría cualquier biólogo imparcial, si no fuera por esa bien conocida y desagradable sensación de tener que “declararse a uno mismo un mecanismo puro”. Pues se supone que semejante declaración se opone al libre albedrío, tal como lo garantiza la introspección directa.
Pero las experiencias inmediatas, por variadas y dispares que sean, no pueden lógicamente de por sí contradecirse entre ellas. Veamos pues, si es posible llegar a la conclusión correcta, y no contradictoria, de las dos premisas siguientes:
(i)Mi cuerpo funciona como un mecanismo puro que sigue las leyes de la Naturaleza.

(ii)Sin embargo, mediante experiencia directa incontrovertible, sé que estoy dirigiendo sus movimientos, cuyos efectos preveo y cuyas consecuencias pueden ser fatales y de máxima importancia, caso en el cual me siento y me hago enteramente responsable de ella.
La única conclusión posible de estos dos hechos es que yo (es decir, yo en el sentido más amplio de la palabra, o sea, toda mente consciente que alguna vez haya dicho o sentido “YO”) soy la persona, si es que existe alguna, que controla el “movimiento de los átomos”, de acuerdo con las leyes de la Naturaleza.
Dentro de un ambiente cultural (Kulturkreisj , donde ciertas concepciones ( que alguna vez tuvieron o tienen todavía un significado más amplio entre otra gente ) han sido limitadas y especializadas, resulta osado dar a esta sencilla conclusión la expresión que requiere. Decir en la terminología cristiana: “Por lo tanto, yo soy Dios Todopoderoso”, resulta a la vez blasfemo y extravagante. Pero dejemos a un lado este aspecto, por el momento, y consideremos si la deducción anterior no es acaso la más aproximada que un biólogo pueda alcanzar para comprobar a la vez la existencia de Dios y la inmortalidad.
Esta penetración no es nueva. Las primeras noticias referentes a ella que conozco datan de hace unos 2500 años o más. A partir de las primeras grandes Upanisad, la identificación ATHMAN = BRAHMAN (el yo personal equivale al eterno Yo omnipresente que lo abarca todo), lejos de constituir una blasfemia, era considerada en el pensamiento hindú como representación de la quintaesencia de la más honda penetración en los acontecimientos del mundo. El anhelo de todos los discípulos del Vedanta era similar en sus mentes, después de haber aprendido a pronunciarlo con sus labios, este pensamiento supremo.
Más tarde, los místicos de todos los siglos, cada uno en forma independiente pero en completa armonía entre sí (algo así como las partículas de un gas perfecto), han descrito su experiencia única en términos que pueden condensarse en la siguiente frase: DEUS FACTUM SUM (me he convertido en Dios).
Para la ideología occidental esta noción ha seguido siendo extraña, a despecho de Schopenhauer y de otros que la defendieron, y a pesar, también, de aquellos verdaderos amantes que, al contemplarse uno en los ojos del otro, se dan cuenta de que su pensamiento y su alegría son numéricamente uno, no meramente similares o idénticos. Sin embargo, suelen estar demasiado ocupados emocionalmente para dedicarse a pensar con claridad, con lo cual, en este aspecto, se parecen mucho a los místicos.

Comentarios

Entradas populares