En nuestra búsqueda incansable del elemento más fundamental de todo cuanto existe -el ladrillo de de la realidad-, hemos señalado a posibles culpables. Partículas elementales indivisibles, como los quarks, leptones, fotones, gluones o bosones fueron los primeros candidatos. También hemos hablado de la posible existencia de pequeñísimas cuerdas vibrantes que, como instrumentos musicales, construyen con su melodía el universo que nos rodea.
Pero ¿y si fuera algo más intangible e imposible de ser observado?
¿Algo ubicado en el corazón de la realidad misma?
Hablamos de la información. Aquí tenemos que hacer un alto porque …
¿sabemos qué es la información?
Antes de que nadie se preocupara por este concepto, los físicos pensaban que para entender cualquier objeto, desde una galaxia hasta una piedra, solo se necesitaba saber su masa, su densidad, su volumen y las partículas que formaban dicho objeto. También les importaba cómo se movían o interactuaban, explicándolo todo mediante fuerzas y campos como la gravedad o el electromagnetismo. Es decir, la información era para ellos una descripción de aquello que observaban o medían, y seguro que para la mayoría de las personas, hoy en día, eso es la información.
En la década de 1940, el matemático Claude Shannon escribió su artículo “Una teoría matemática de la comunicación” donde demostró que la información, por sí misma, podía medirse mediante una unidad a la que denominó “bit”.
Para ello, la separó de su significado, porque lo verdaderamente importante no es lo que dice el mensaje, sino que permita resolver una duda, una incertidumbre. Descubrió que la forma más básica de incertidumbre se produce cuando nos encontramos antes dos opciones. Por ejemplo, antes de lanzar una moneda al aire existen 2 posibilidades -cara o cruz-, cuando la lanzas y ves el resultado, la incertidumbre se reduce a cero.
Aunque no todos los problemas son tan simples. Si por ejemplo, tienes que adivinar en cual de cuatro cajas se encuentra una moneda y te dicen que se encuentra en la caja número tres, te han proporcionado 2 bits de información, porque podrías hacer una pregunta con una sola respuesta (Si/No) como: “¿Se encuentra en las dos primeras cajas?” Si la respuesta fuera “No” -reduciría las opciones a un 50%-, con la siguiente pregunta: “¿Está en la caja número tres?” se reduciría a una sola opción. Mediante las matemáticas, a través de los logaritmos en base 2, Shannon demostró que cada vez que se duplicaban las opciones posibles, se necesitaban exactamente un bit más de información. Las ideas de Shannon sobre la información fueron revolucionarias haciendo grandes aportaciones a la codificación, la criptografía y las telecomunicaciones.
En 1989, el físico John Archibald Wheeler, crea el concepto “It from bit” (todo procede del bit) para explicar que todo cuanto existe – partículas, campos, espacio, tiempo y las propias leyes de la física- surgen de respuestas a preguntas binarias, convirtiendo la información en la unidad fundamental del universo. Cada vez que se produce una medición cuántica y se obtiene un resultado concreto se genera un bit de información. Dicha acumulación de bits da lugar al mundo físico donde nos encontramos. Esto lo llevó a su idea sobre el “universo participativo” a la que ya le dedicamos la entrada Creadores de Matrix.
Ahora bien, si la información se guarda en un ordenador en condensadores de silicio,
¿dónde se guarda en el universo?
Pues, en las propiedades fundamentales de la materia que lo compone
Pero esta idea de llevar la información a los límites de la realidad no quedó en Wheeler. Hoy en día sus ideas siguen vivas a través de innumerables científicos que han revolucionado la manera de entender la realidad.
Vamos a centrarnos en dos de ellos.
Seth Lloyd, ingeniero de mecánica cuántica y profesor del MIT defiende en su libro “Programando el universo” que éste es un ordenador cuántico y su función es realizar cálculos. Para explicarlo toma como ejemplo la información que puede almacenar una moneda, pues registra cada átomo que la compone ya que cada uno tiene una posición, velocidad, energía y si su espín -propiedad parecida a la rotación de una peonza, lo mismo gira en sentido de las agujas del reloj que al revés- está hacia arriba o hacia abajo.
También puede saberse cuál es su posición y su movimiento oscilante nos dice si está quieta o girando. Cuando la moneda se lanza cambia y transforma la información que nos aportaba, incluso la referida a su posición, su energía o su espin, por el simple hecho de existir y evolucionar en el tiempo, cualquier sistema físico registra, transforma o procesa información. Lloyd ha estimado la cantidad que el universo registra en 10 elevado a 90 bits de información.
Si el universo fuera capaz de realizar computaciones universales explicaría por qué es tan homogéneo e isotrópico (como vimos en la entrada «Curiosidades Primigenias«) ya que, al igual que un ordenador donde todas sus partes están intercambiando información continuamente a través del cálculo y ningún componente evoluciona aislado, el universo distribuye las partículas de manera uniforme -como una gota de leche mezclada en una taza de café- Respecto a la isotropía, al igual que en un ordenador, el procesamiento de la información no favorece una dirección concreta, el universo termina siendo igual por todos los lados.
Lloyd sugiere que el universo comenzó con un programa muy simple y fue autocalculándose. Defiende que muchos patrones matemáticos bellos e intrincados como los fractales, las partículas elementales, las leyes de la química… pueden generarse mediante programas informáticos cortos.
Esta idea la podemos ilustrar a través del popular modelo matemático denominado “El juego de la vida” creado por el matemático John Conway. Dicho juego se basa en una cuadrícula sin límites donde cada celda representa una célula que puede estar viva o muerta y su evolución depende de lo que sucede en las ocho celdas que la rodean. Aquí no hay jugadores reales, todo depende de la distribución inicial de las células en el tablero y su evolución se produce por turnos o generaciones en aplicación de las siguientes reglas:
Este sistema tan simple puede dar lugar a patrones complejos e impredecibles como los siguientes:
– Vidas estáticas: no cambian de una generación a la siguiente. Son ejemplos: el bloque, la colmena de abejas, el pan, el bote o la bañera.
Colmena de abejas. Wikipedia
– Osciladores: tras un número finito de generaciones vuelven a su estado inicial. Son ejemplos: el intermitente, el sapo, el faro, el púlsar o el penta-decatlón.
Púlsar. Wikipedia
– Naves espaciales: como los osciladores pero en una ubicación diferente. Son ejemplos: Planeador, nave espacial ligera, nave espacial de peso medio, nave espacial pesada
Nave espacial ligera. Wikipedia
– Matusalenes: pueden experimentar un gran número de generaciones antes de estabilizarse o desaparecer. Son ejemplos: el diehard o el acorn.
Diehard y Acorn. Wikipedia
– Crecimiento indefinido: a diferencia de los matusalenes no desaparecen ni se estabilizan sino que se expanden por el espacio sin límites. Son ejemplos los cañones, las locomotoras, los rastrillos o los criaderos.
Cañones de Gosper. Wikipedia
Los estados finales del juego pueden ser la extinción, la estabilización, el crecimiento o el caos. Estos modelos matemáticos -denominados autómatas celulares– se han utilizado en distintas áreas como el modelado de flujo de tráfico y de peatones, modelado de fluidos de gases o líquidos, modelado de células o virus, etc.
Martin Gardner y Stephen Wolfram estudiaron dichos autómatas celulares y concluyeron que podían generar comportamientos muy complejos y que existen muchas similitudes entre éstos y las leyes físicas del universo.
Referencias: