Real Academia de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales
Program 2013-14
Desde el átomo aislado al organismo vivo: el reto de la complejidad
Resumen de la conferencia por:

Juan Manuel Rojo Alaminos
Nació en Sevilla. Estudió en las Universidades de Madrid y Cambridge (Reino Unido), doctorándose en Física en 1969. Catedrático de Física y director del Laboratorio de Ciencia de Superficies en la Universidad Complutense de Madrid. Autor de numerosas publicaciones en física de la materia condensada, ciencia de materiales y fisicoquímica de superficies. Ha presidido diversos paneles científicos en la Unión Europea y en la European Science Foundation. Secretario de Estado de Universidades e Investigación del Gobierno de España de 1985 a 1992.
 
texto completo publicado de la conferencia (pdf - 716 kb.)

resumen

Existen pocas dudas de que la infinidad de procesos que tienen lugar en el universo conocido se basan en unas pocas leyes físicas. En muchos casos, esas leyes son sencillas y bien conocidas: por ejemplo, la gran mayoría de procesos que suceden a nuestra escala humana (incluida la vida como proceso) tienen como sustrato la interacción electromagnética y las ecuaciones de la mecánica cuántica, unas y otras bien descritas incluso a nivel de libros de texto. No obstante, sería un grave error considerar que es fácil el tránsito desde esas leyes fundamentales a los sistemas complejos a los que sirven de sustrato. Conforme los sistemas considerados se van haciendo paulatinamente más complicados, aparecen nuevos fenómenos derivados precisamente de esa complejidad: en física las propiedades asociadas a estos fenómenos se denominan emergentes. Ejemplos son el ferromagnetismo, la superconductividad, la plasticidad o los fluidos cuánticos. En cierta manera, las leyes de la biología pueden considerarse también como propiedades emergentes de las leyes de la física, aunque en este caso la complejidad de los sistemas es obviamente muy superior.

La gran mayoría de las sustancias que nos rodean son sólidas o líquidas y juntas constituyen lo que en física se denomina materia condensada. Los sistemas reales de materia condensada constan de un número de partículas extraordinariamente elevado, por ejemplo en un centímetro cúbico de un metal hay del orden de 1024 (electrones y núcleos). Por ello, intentar un cálculo "exacto" de propiedades de un tal sistema no es siquiera imaginable. Esto lleva a que para poder avanzar en el conocimiento de las mismas se requieren aproximaciones sucesivas, algunas de ellas muy drásticas; la historia de la física de la materia condensada teórica es la historia de las aproximaciones sucesivas que se han ido proponiendo y analizando para explicar las propiedades observables en estas sustancias. Un punto crucial, a veces ignorado, es que tales aproximaciones no deben ser contempladas como una solución de emergencia, propia de aquéllos que no se atreven a abordar el problema "exacto", sino como el verdadero método físico de plantear el problema. En efecto, al introducir las diversas aproximaciones se hacen "visibles" los distintos mecanismos que determinan las propiedades del material, abriendo a la vez la posibilidad de modificarlas a voluntad y sintetizar materiales a medida ("tailoring materials"). Viene a cuento recordar el argumento de Anderson en su discurso de recepción del premio Nobel de Física: "Después de todo, un cálculo perfecto simplemente reproduciría la naturaleza, pero no la explicaría".

No es pues sorprendente que en la historia de la física de la materia condensada, el experimento haya casi siempre precedido a la teoría en la identificación de estas propiedades. De hecho, los resultados experimentales sirven con frecuencia de guía para la elaboración de las aproximaciones antes mencionadas. En esta presentación, se discutirán algunos ejemplos que sirvan como ejemplo paradigmático de la historia del avance científico en ese mundo de la emergencia, incluida una breve incursión hacia los sistemas vivos.