Cuando alcanzas un límite, aprende a hacer preguntas diferentes

Cuando alcanzas un límite, aprende a hacer preguntas diferentes

Hable con los estudiantes de secundaria que se preparan para sus exámenes de ciencias, y probablemente escuchará dos cosas: que tienen miedo de la física y que están relativamente cómodos con la biología. Curiosamente, esto es contrario a la opinión de la mayoría de los investigadores.

Hable con los estudiantes de secundaria que se preparan para sus exámenes de ciencias, y probablemente escuchará dos cosas: que tienen miedo de la física y que están relativamente cómodos con la biología. Curiosamente, esto es contrario a la opinión de la mayoría de los investigadores. El científico científico es que la física es fácil. Su simplicidad proviene de la capacidad de crear teorías cristalinas que son poderosamente predictivas, para todo, desde la existencia de partículas subatómicas hasta cómo la luz se curva alrededor de las estrellas. La biología, por otro lado, es mucho más difícil de destilar en teoremas elegantes y ecuaciones matemáticas. Por esta razón, algunos pensadores eminentes tienen argumentó que las células y los bosques son más difíciles de entender que los agujeros negros distantes y difíciles de observar.

Pero tal vez no existe una disciplina fácil o dura. Tal vez solo haya preguntas fáciles y difíciles. Solo biologia parece tan difícil porque ha sido definido por un conjunto de preguntas muy difíciles. Solo fisica parece fácil porque siglos de esfuerzo de pensadores profundamente perspicaces han producido un conjunto de preguntas que pueden responderse.

Lo que hace que la biología sea tan desafiante, irónicamente, es nuestra cercanía a ella. Pregúntese: ¿quién es 'más fácil' de entender: un enamorado romántico o un compañero de trabajo? Nuestra intimidad con la biología, así como con la psicología y las ciencias sociales, nos ha llevado a interrogar estos fenómenos con un conocimiento profundo que ya tenemos entre manos. Hacemos preguntas muy detalladas, y luego nos sorprenden las respuestas aparentemente misteriosas o contradictorias.

En un paseo por el bosque, podríamos observar las formas inusuales del follaje en un árbol de arce. Eso podría llevarnos a preguntarnos por qué las hojas tienen lóbulos, por qué se vuelven rojas en otoño, qué insectos viven en la hojarasca y cómo se descomponen y alimentan el suelo. Estas preguntas son engañosamente complejas, a pesar de la naturalidad con que las hacemos. En contraste, el vasto y frío vacío del espacio y la inestable pequeñez de los quarks son tan extraños para nosotros que estamos orgullosos, al menos al principio, de decir las cosas más simples acerca de estas entidades, incluso para demostrar que existen.

La intimidad a veces también ha ralentizado nuestra comprensión en física. La cuestión de cómo se mueven los planetas es una de las obsesiones más antiguas de la humanidad, y atraviesa muchas mitologías diferentes. Sin embargo, gracias a la auto-absorción de nuestra especie, la teoría de epiciclos de larga data colocó erróneamente a la Tierra en el centro del Universo, un error que persistió durante aproximadamente 2,000 años. Cuando la pregunta fue abstraída en cuestiones de fuerza, masa y gravedad en la física newtoniana, el movimiento planetario se hizo mucho más fácil de predecir y comprender.

Todavía hay muchas preguntas difíciles para que los físicos las resuelvan. Si la física fijara su reputación en predecir la próxima erupción solar que podría interferir con las telecomunicaciones en la Tierra, se vería como una disciplina mucho más complicada y difícil. ¿Por qué? Debido a que modelar los muchos mecanismos que producen la dinámica de la superficie del Sol, todos los procesos gravitatorios, electromagnéticos, térmicos y nucleares involucrados, es extremadamente delicado. En cuanto al movimiento planetario, podemos obtener una imagen lo suficientemente buena de la trayectoria de un planeta reconociendo que la masa de nuestro Sol nos permite ignorar la influencia de otros cuerpos celestes. Pero si realmente quisiéramos atender estos detalles, pronto descubriríamos que no podemos predecir con precisión el movimiento de tres cuerpos de igual masa. De manera similar, con la teoría del caos, aprendimos que solo podemos hacer conjeturas aproximadas sobre la posición específica de dos péndulos cuyo movimiento está acoplado. Sin embargo, no podemos decir con certeza dónde estará el péndulo.

PTal vez las preguntas que le hemos pedido a la biología son demasiado difíciles. ¿Cómo salvamos una vida humana individual? ¿Por qué este bluejay es un poco más oscuro que el otro? Pero solo porque exigamos más de la biología no significa que no podamos plantearnos preguntas un poco más fáciles. De hecho, recurrir a la física 'fácil' puede ayudarnos a descubrir cómo encontrar esas preguntas Los físicos son particularmente buenos en la búsqueda de fenómenos generalizados a gran escala que se aplican a múltiples sistemas y que probablemente sean el resultado de mecanismos simples y compartidos.

Toma la idea de escalado biológico. Este concepto se deriva de observaciones tempranas de que la tasa metabólica de un mamífero depende predeciblemente y no linealmente del tamaño corporal a través de un ley de potencia. Una ley de potencia es una relación matemática que nos dice cuánto cambia una característica a medida que aumenta el tamaño del sistema en órdenes de magnitud (es decir, por múltiplos de un número determinado, generalmente 10). Entonces, cuando la masa corporal de una criatura aumenta en 1,000-fold, los principios del escalamiento biológico predicen con precisión que su tasa metabólica aumentará en 100-fold.

Pero, ¿cómo pueden las mismas matemáticas aplicarse a algo tan simple como la atracción gravitacional entre dos objetos y el desordenado proceso de especiación a través de diversos hábitats? En física, las leyes de poder apuntan a mecanismos y simetrías compartidas que operan en todas las escalas. En biología, la nuestra. investigación - tanto como ese de Geoffrey B West, James H Brown y Brian J Enquist, muestra que el mecanismo fundamental en funcionamiento es la estructura y el flujo de las redes vasculares. Resulta que los vasos sanguíneos tienden a abarcar el cuerpo de manera eficiente y entregar recursos a todas las células de una criatura al tiempo que reducen la tensión en el corazón. Esta simple percepción ha dado lugar a un lote creciente de teorías exitosas que utilizan la idea de una estructura biológica optimizada para predecir fenómenos como la distribución de árboles en un bosque, cuanto tiempo necesitamos sueño, la tasa de crecimiento de un tumor, el mas grande y el mas pequeño tamaños de bacterias y el arbol mas alto posible en cualquier ambiente

Sin embargo, la biología también puede dar lugar a sus propias preguntas únicas. Por ejemplo, como nuestros colegas. Jessica flack y David Krakauer En el Instituto de Santa Fe se ha demostrado que las capacidades de procesamiento de la información y de toma de decisiones de los agentes (como primates, neuronas y mohos de limo) conducen a tipos únicos de retroalimentación, adaptabilidad y causalidad que difieren de los sistemas puramente físicos. Queda por verse si las complejidades adicionales de los sistemas biológicos pueden explicarse expandiendo las perspectivas inspiradas en la física, como la teoría de la información. Puede ser que el estudio de la biología y los sistemas complejos en general avancen un día hacia preguntas increíblemente difíciles, o que una revisión brillante de las preguntas lleve a la eliminación de los desafíos actuales. Esto podría mostrar un camino hacia respuestas más fáciles, como lo hizo Charles Darwin al reformular las preguntas sobre los orígenes y la diversidad de la vida en términos de selección natural y variación.

Cuando llegue a un límite, aprenda a formular diferentes preguntas: la complejidad de los sistemas medidos en dos ejes.
La complejidad de los sistemas medidos a lo largo de dos ejes: 1) el detalle y la precisión requeridos de la descripción científica; 2) el número de mecanismos que se combinan en un fenómeno particular. Las ciencias más difíciles hacen preguntas detalladas sobre los sistemas que se componen de muchos mecanismos.

En su aqui "Más es diferente" (1972), el físico Philip Anderson destacó los peligros de intentar reducir todo al nivel más microscópico. En su lugar, se centró en los saltos de complejidad que se producen en diversas escalas de fenómenos naturales, como pasar de la mecánica cuántica a la química. Sin embargo, los lectores a menudo pasan por alto su argumento de que las teorías efectivas deberían basarse en bloques de construcción que expliquen los mecanismos subyacentes de un sistema, incluso si esos bloques de construcción son entidades relativamente grandes o de tamaño mediano.

Sobre la base de esta última perspectiva, nuestro argumento es que no sé Si los agujeros negros son más simples que los bosques. Nosotros no se puede saber, hasta que tengamos una teoría general efectiva que explique la existencia de bosques o hasta que podamos observar las dinámicas más detalladas del colapso y evaporación de los agujeros negros. No se puede hacer una declaración de complejidad relativa sin definir completamente el tipo de preguntas que hacemos para cada sistema. Probablemente hay ciertos tipos de consultas en las que nuestro conocimiento alcanzará una ventaja, pero más a menudo se trata de preguntas que estamos planteando que de los sistemas en sí.

Asi que la fisica podría ser duro y biologia podría es fácil. El grado de dificultad depende más de las preguntas que se hacen que del campo.

Dentro de la ciencia de sistemas complejos, a menudo se hacen grandes avances en la interfaz entre estas dos perspectivas. Un camino a seguir es resolver las preguntas fáciles primero, y luego usar nuestras respuestas para tratar de encontrar principios que sean útiles cuando se trata de preguntas y teorías más detalladas. Es posible que al comenzar con las preguntas fáciles, podamos 'construir' lentamente las preguntas difíciles.

O, en la dirección opuesta, observar la extraña similitud de los fenómenos a través de las disciplinas podría inclinarnos a buscar nuevos mecanismos y principios. Esto a veces exigirá una perspectiva menos detallada y más abstracta: lo que nuestro colega John Miller, citando al físico ganador del Premio Nobel Murray Gell-Mann, analiza en su libro Una mirada cruda al conjunto (2016). Estas miradas burdas, forzadas por la lejanía de la física y ocultas por la intimidad de la biología, deberían producir muchos más conocimientos y simplificaciones profundas en la ciencia en los próximos años.

Sobre el Autor

Chris Kempes es profesor en el Instituto Santa Fe y trabaja en la intersección de la física, la biología y las ciencias de la tierra.

Van Savage es profesor de ecología, biología evolutiva y biomatemática en la Universidad de California, Los Ángeles.

Este artículo fue publicado originalmente en el Eón y ha sido republicado bajo Creative Commons. Publicado en asociación con el Instituto Santa Fe, un socio estratégico de Aeon.Contador Aeon - no eliminar

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