Orden y azar Juan M. R. Parrondo

El azar se incorporó a la física a finales del siglo XIX, cuando se trató de deducir las propiedades de los gases a partir de la mecánica de Newton. El movimiento de cada una de las moléculas de un gas es impredecible, errático, y sólo puede ser descrito mediante probabilidades. Pronto se descubrió que la impredecibilidad de este movimiento aumenta con la temperatura. En cualquier cuerpo -sea gas, líquido o sólido- las moléculas están en constante agitación y esta agitación es mayor cuanto más alta es la temperatura del cuerpo. Por esta razón un sólido se funde al calentarlo. En un imán, que no es más que un conjunto de brújulas microscópicas apuntando en la misma dirección, una temperatura suficientemente alta orienta las brújulas al azar y destruye las propiedades magnéticas del conjunto. En los circuitos de un amplificador, la agitación térmica de los electrones produce el molesto soplido que puede oírse a través de los altavoces. En una televisión, produce la niebla o grano que aparece en la pantalla cuando no se recibe adecuadamente la señal. En nuestro cerebro, la agitación térmica hace que las neuronas disparen constantemente y al azar, formando un ruido que se añade al trasiego de información que constituye nuestra vida mental.En todos estos ejemplos la agitación térmica no es más que ruido, una interferencia molesta que se superpone al comportamiento deseado y nítido de un sistema. El ruido se ha asociado siempre con caos y desorden y ha sido considerado como un agente nocivo que disminuye la eficacia de cualquier sistema. Sin embargo, esta concepción ha cambiado drásticamente en los últimos veinte años. Por ejemplo, experimentos realizados con un pez de los ríos norteamericanos, cuya alimentación consiste en pequeños organismos que detecta a través del campo eléctrico que éstos generan, han demostrado que la capacidad de detección aumenta si se añade un ruido al campo eléctrico que rodea al pez. Es un ejemplo de la llamada resonancia estocástica, un fenómeno en el que el ruido mejora la respuesta de un sistema y que está encontrando aplicaciones en neurociencias y otros campos.

Un ruido puede crear orden, bandas o redes hexagonales en una lámina, favorecer la propagación de ondas o hacer que ciertas partículas se muevan al unísono en una dirección determinada. Orden, patrones espaciales o transporte inducido por ruido: la expresión inducido por ruido aparece con una asiduidad creciente en los índices de las revistas científicas.

El azar en física no deja de dar sorpresas y esta intensa línea de investigación (en la que por cierto destacan desde hace varios años un buen número de grupos de investigación españoles, de las universidades de Barcelona, Islas Baleares, UNED, Cantabria, Santiago, Carlos III de Madrid, etcétera) va más allá de la propia física y alcanza a campos tan diversos como la biología molecular, la teoría de la evolución, la economía e incluso la sociología. Plantea nuevas preguntas a la teoría matemática de la probabilidad y gracias a ello ha podido encontrar fenómenos interesantes y hasta ahora desconocidos como la resonancia estocástica, los patrones espaciales inducidos por ruido o la posibilidad de que la alternancia de dos juegos de azar con tendencia perdedora den lugar a un juego ganador, un hallazgo inspirado en el transporte inducido por ruido en sistemas físicos.

Es una línea de investigación relativamente joven y muchos de sus resultados son aún puramente teóricos y especulativos. Pero probablemente sean los primeros pasos para entender por qué es tan letal el calor como el frío extremos o cómo surgen nuestros pensamientos, no a pesar del ruido que existe en nuestro cerebro, sino quizá gracias a él.

Juan M.R.Parrondo es profesor de la Facultad de Físicas de la Universidad Complutense.