El cambio y la causalidad

Patricio Valdés Marín

pvaldesmarin@hotmail.com

La relación causal está detrás de todo cambio y se explica por la estructura y la fuerza. El cambio sucede entre una estructura causa y una estructura efecto, donde el vínculo es la fuerza. Las únicas fuerzas que operan en el universo son las cuatro fuerzas fundamentales de la física. La combinación específica de fuerzas, que dependen de cada estructura particular, es la función. Las estructuras de la relación causal son funcionales porque contienen subestructuras que son a su vez funcionales, hasta llegar a las estructuras fundamentales donde operan las fuerzas fundamentales. Una cosa cambia de un modo tan característico que se puede inferir una ley universal, por lo que la relación causal es determinista, pero todo cambio posee la indeterminación fundamental.

Cambio y relación causal

Tanto el cambio como la inmutabilidad tienen una importancia profunda para nuestro acercamiento cognoscitivo a la realidad. La inmutabilidad de las cosas nos permite conocer, ya que las relaciones ontológicas que efectuamos con nuestro pensamiento abstracto nos devela una realidad plena de maravillosas significaciones y sentidos que no son para nada evidentes si el pensamiento permanece inactivo, observando el entorno, como lo hace cualquier animal. Constatamos al mismo tiempo que lo único que existe en la realidad es el cambio mismo, que fue lo que llamó tan poderosamente la atención a Heráclito, y que si aplicamos allí también nuestro pensamiento abstracto –y el método empírico–, descubrimos que las relaciones causales propias de la realidad que observamos se rigen por leyes universales inmutables, de las que además su conocimiento nos sirve para desarrollar la tecnología. Así, en el cambio podemos precisamente encontrar los elementos inmutables o invariantes específicos que nos permite conocer la realidad.

Pero no es tanto la epistemología el centro de nuestra atención de este momento, sino el cambio. Esencialmente, el cambio reside en las modificaciones estructurales, muchas de las cuales resultan en nuevas estructuraciones. Incluso una desestructuración tan radical y profunda como la muerte de un organismo viviente produce la estructuración de sus depredadores y bacterias descomponedoras. En consecuencia, el cambio está relacionado con estructuras y fuerzas, y también con relaciones causales, y no se genera por sí mismo, sino que depende de la relación causal. Toda relación causal implica cambio. Cuando algo ocurre, algo ha precedido a aquel suceso. El vínculo entre ambos es la fuerza. Una causa es una fuerza que tiene por término un efecto.

Formalmente se plantea el problema filosófico de si acaso todo lo que ocurre se debe a una causa. La respuesta es ciertamente positiva. Ningún cambio resulta de la nada. Un efecto procede de una causa. Tanto la causa y como el efecto están relacionados con necesidad. Más precisamente, un efecto ocurre cuando se dan una cantidad de condiciones o, más precisamente, causas. Por ejemplo, la combustión ocurre sólo cuando un material combustible se encuentra en un medio con oxígeno y en presencia de una llama. La llama puede ser suplida por suficiente temperatura. No sólo una causa es una condición necesaria para que ocurra un efecto, sino que para que ocurra un efecto se requiere corrientemente de una cierta cantidad de otras causas, siendo necesarias cada una y todas ellas. El principio universal de causación establece que para cualquier evento en el universo existe un conjunto de condiciones. Si estas condiciones son satisfechas, entonces el evento ocurre invariablemente. Cuando se desconocen las causas, no se dice que un evento sucede sin que éstas existan, sino que se acepta teóricamente su existencia, y se adquiere conciencia de la necesidad de su descubrimiento.

La ciencia tiene por objeto descubrir las causas para los distintos eventos, y la mayor parte de las veces, éstos resultan muy complejos por la cantidad de condiciones que van apareciendo en este proceso de descubrimiento. Sin embargo, como la ciencia es un proceso progresivo que se va construyendo sobre anteriores descubrimientos, nunca ella parte de cero. Y muchas veces quedan numerosas incógnitas para resolver en algún futuro.

Para comprender el funcionamiento del universo, no basta con constatar el hecho de la causalidad; es necesario responder primeramente al “cómo” se da la relación causal. Esta pregunta es lo que distingue a la ciencia de cualquier otro tipo de conocimiento. A partir del conocido fenómeno de la ebullición del agua cuando se le aplica calor, la ciencia llega a descubrir, por ejemplo, que estando sometida a la presión de una atmósfera, ésta bulle con necesidad cuando la temperatura alcanza los 100º centígrados. Comprende que toda la energía adicional que se aplica se transforma en vapor. Llega a medir el calor para evaporar cada gramo de agua y descubrir que será necesario aplicar 565 calorías cuando la presión es de una atmósfera. Descubre los requerimientos de calor según las variaciones de presión; y así sucesivamente.

Existe también una perspectiva filosófica a la relación causal cuando se busca responder al “por qué” se da ésta. En este sentido se puede decir –cual es el caso que aquí nos interesa como filósofos– que las cosas son mutables porque están compuestas de estructuras y fuerzas. La explicación de la relación causal, que es el fundamento de lo mutable, deberá encontrarse en la complementariedad estructura-fuerza. Aunque los términos “estructura” y “función” han sido sacados de la biología, en este ensayo han recibido un contenido conceptual que los hace trascendentales y, por tanto, aplicables a todas las cosas y fenómenos del universo.

Afirmar que las cosas son estructura y fuerza es un paso muy grande sobre el solo identificarlas con el ‘ser’, como lo ha hecho hasta ahora la filosofía tradicional. Esta afirmación penetra en lo más profundo de las cosas, llegando a definirlas íntimamente por lo que son y no sólo por lo que aparecen a través de sus funciones. Establece verdaderamente qué es la cosa en sí, la que Kant aseguraba que era imposible de conocer. En síntesis, esta afirmación es el resultado de relacionar ontológicamente los componentes de una de las dos identidades más trascendentales de las cosas, es decir, la complementariedad de la estructura y la fuerza, la que podemos identificar con el ser desmenuzado íntimamente. La otra identidad es ciertamente la existencia, la que ha sido hasta ahora el único objeto material de la filosofía tradicional del ser que permanece en toda su relevancia.

En el curso de la historia del universo, cuyo origen estuvo en una cantidad infinita de energía contenida en un punto sin tiempo ni espacio que generó en un determinado instante lo que el físico ruso, George Gamow, llamó “big bang”,  produciendo la transformación de esta energía en materia, o condensación de energía en materia. Después de este singular acontecimiento, y mientras, desde el punto de vista del big bang, la materia –y no el espacio como se inclinan muchos cosmólogos a suponer– sigue expandiéndose a la velocidad de la luz, el resultado neto es que la materia ha sido objeto de una creciente estructuración, que contiene escalas incluyentes y cada vez mayores, hasta generar seres humanos, supuestamente las cosas del universo más complejas y funcionales. En consecuencia, si la materia es la forma de condensar energía, la materia cada vez más estructurada ha sido la forma de contener y aprovechar la energía de modo cada vez más eficiente.

La naturaleza de enorme complejidad que observamos en las cosas que nos rodean, tales como el hecho que organismos puedan vivir, crecer, desarrollarse, reproducirse, actuar en forma multifuncional, etc., no obedece a que este tipo de seres son productos directos de un “diseño inteligente”, sino que Dios, dotando a la energía con el código de las leyes naturales, creó el universo con la capacidad para que a partir de la enorme funcionalidad de las mismas partículas fundamentales se llegara a seres tan complejos como los mismos humanos. El mecanismo causal ha sido el de la evolución tanto física como biológica. Esta evolución se explica por la capacidad que tiene la materia para estructurarse gracias a la fuerza en escalas inclusivas cada vez mayores y más complejas.

Cambio y fuerza

Un cuerpo se mueve cuando cambia de lugar. Un lugar es el marco de referencia de un conjunto de cuerpos que éstos generan en su interactuar. Luego, el movimiento se explica en relación a otros cuerpos. El movimiento es distinto del cambio. El cambio es la alteración del movimiento uniforme de un cuerpo respecto al marco de referencia y requiere la aplicación de fuerza.

Las cosas son estructuras espaciales sos­tenidas en el tiempo por las fuerzas que las integran. Pero las cosas cambian cuando se relacionan causalmente entre sí, afectándose. Las cosas cambian por diversos motivos. Algunas de las subestructuras que las constituyen pueden ser afectadas por alguna causa externa. También ellas pueden afectarse mutuamente entre sí, alterando la estructura de la cual forman parte. En fin, puede ocurrir que se produzca una transformación en la estructura de la cual la cosa es una subestructura.

Una causa, que es el ejercicio de fuerza, requiere previamente contener energía de alguna forma, ya sea acumulada, como portadora (energía potencial), o en movimiento, como transmisora (energía cinética). Un efecto es producido por la fuerza, recibiendo la energía que ésta porta. Podemos imaginar la fuerza como el vehículo de la energía que transita a lo largo de un acontecimiento y en un tiempo entre una causa y un efecto. Un acontecimiento es cambio porque es transferencia de energía por medio de la fuerza que produce estructuraciones y desestructuraciones.

En la escala más fundamental de todas, el de las partículas subatómicas fundamentales, el cambio es en realidad un intercambio de partículas con niveles cuánticos de energía. Una partícula subatómica es emitida por la causa, y el efecto que se opera es la estructuración de otra partícula. Si la partícula estructurada es más compleja, hay absorción de partículas con energía; si se opera la desintegración de una partícula, se emiten partículas energéticas más simples.

También en la escala más fundamental de todas se distinguen cuatro tipos de fuerzas. La primera en ser reconocida fue la fuerza gravitatoria. Newton la definió como aquella que atrae a dos cuerpos de modo directamente proporcional al cuadrado de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. La fuerza gravitatoria es muy débil, pero tiene alcance infinito. En el siglo pasado se descubrió la fuerza electromagnética. Esta es definida como la fuerza que atrae o repele directamente dos cuerpos cargados eléctricamente, según tengan respectivamente carga de signo opuesto o igual, con una intensidad inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Es mucho mayor que la fuerza gravitatoria y su alcance es también infinito. En el curso del siglo pasado, a través de la experimentación con núcleos atómicos, se descubrieron dos nuevas fuerzas fundamentales. Así, la fuerza de interacción fuerte actúa para mantener a los nucleones unidos dentro del núcleo atómico. Es más intensa que la fuerza electromagnética, que hace que los protones se separen por repulsión, y su radio de acción es de corto alcance. Por último está la fuerza de interacción débil. Esta es más débil que la fuerza electromagnética, pero es más fuerte que la gravitacional. Su alcance es muy corto e interactúa con los leptones (neutrino, electrón-positrón y muón).

Lo que es importante advertir aquí es que en absolutamente todas las escalas las fuerzas que actúan en el cambio son combinaciones de las cuatro fuerzas fundamentales anotadas, no existiendo otro tipo de fuerza actuante –al menos que aún no haya sido descubierta–. Las cuatro fuerzas fundamentales son las únicas que explican todos los fenómenos que observamos y experimentamos en el universo. Así, a través de su combinación, en sus distintas escalas de estructuración, no sólo nuestra acción intencional ejerce sus efectos en el medio que nos rodea, sino que también intencionamos una acción, por mucho que supongamos que alguna fuerza de un ámbito no material estaría detrás de la deliberación de nuestra acción libre e intencional. Si aceptamos la complementariedad de la fuerza y la estructura para explicar lo que hay detrás de todo ser existente, no es necesario postular ámbitos distintos al natural, como por ejemplo, el espiritual. Absolutamente todo fenómeno posible de ser experimentado y de ejercer fuerza pertenece al mundo natural.

Una relación causal tiene un tiempo para efectuarse. Este depende de la cantidad de energía que se transfiere y de la velocidad de la transferencia. Un cambio puede ser tan imperceptible como la evaporación del agua de un vaso en el ambiente de una pieza o tan explosivo como la oxidación de un volumen de hidrógeno, produciendo agua. Una relación causal puede medirse según la energía transferida y su velocidad de transferencia, que es lo que hacen físicos e ingenieros, quienes emplean términos como fuerza, trabajo, potencia, y unidades para medir fuerzas, espacios, tiempos, temperaturas, presiones, velocidades, etc. Pero no hacen distinción más allá que la cuantitativa entre, por ejemplo, la potencia requerida para pulverizar una tonelada de roca y la ocupada en la replicación del ADN.

Función

Para comprender la relación causal entre estructuras debido a la fuerza, es debe introducir el concepto “función”. Función es lo que permite a una estructura ser causa o efecto. Así, toda estructura es funcional porque ejerce fuerza o porque es receptora de fuerzas. La función es la combinación específica de fuerzas de una estructura particular, es decir, ésta es particularmente funcional porque es causa o efecto de una combinación específica de fuerzas. Una función de cualquier estructura de nuestro universo ejerce peso, ya que todas las estructuras se componen de partículas masivas. No obstante una estructura puede tener otras funciones aún más decisivas que la distinguen, como tener extensión o reflejar y absorber ondas lumínicas, y también algunas como concebir ideas.

La velocidad del movimiento de una estructura con respecto a otra le confiere una energía potencial proporcional. Una función puede ser algo tan simple y directo, como un mazazo contra un cráneo, donde la fuerza principal proviene de la energía cinética que adquiere el mazo con respecto al cráneo. Puede ser asimismo algo tan complejo y sutil, como el pensar abstracto dentro del cráneo, donde intervienen fuerzas provenientes de energías químicas y eléctricas, millones de neuronas entrelazadas, y neurotransmisores muy particulares.

De la misma manera como una estructura se ve afectada de un modo determinado por una fuerza particular, una estructura tiene una forma particular de ejercer fuerza y ser por tanto una causa. La fuerza no es una entidad que existe independientemente de la estructura, ya que ambas son complementarias. Si toda fuerza está necesariamente vinculada con una estructura, la fuerza es ejercida de acuerdo a la funcionalidad de esta estructura particular. La fuerza actúa de acuerdo a la forma de funcionar de su estructura complementaria. Del mismo modo, la fuerza actúa sobre otra estructura según su configuración particular para el que es funcional como efecto.

La función puede definirse como la forma específica en que una estructura actúa ya sea como una causa ya sea como un efecto, es decir, como la capacidad específica para interactuar con otras estructuras según sus formas de existir. La relación causal se establece por la predeterminación de la funcionalidad de las estructuras que intervienen en la transferencia de energía por medio de la acción de la fuerza. En la realización de la conexión causal la estructura causa y la estructura efecto se transforman en subestructuras de una estructura de una escala superior.

Si una estructura tiene funciones distintas de otra estructura, a pesar de que en ambas actúan los mismos tipos de fuerzas fundamentales, se explica porque ejerce su acción según una combinación específica de las mismas, distinta de la combinación que tendría la otra estructura. Una estructura puede verse azul, mientras otra nos parece roja. La diferencia se encuentra en que la primera absorbe toda la gama de la luz blanca, excepto la radiación de ondas de color azul, la que refleja, en tanto que la estructura roja hace exactamente lo mismo, excepto que refleja el color rojo. Por esta diferencia, las estructuras son distintas en una de sus múltiples funciones, la de reflejar luz.

Una estructura es funcional en el sentido de que es capaz tanto de generar energía como de recibir energía. La fuerza pertenece a la funcionalidad tanto de la estructura causa como de la estructura efecto. Sin la funcionalidad de ambas estructuras no puede haber transferencia de energía. Si no existe emisión y recepción de fuerza en un tiempo dado, la relación de causalidad no se produce. Tal como toda combinación específica de fuerzas está relacionada con una estructura específica, una estructura es funcional ya sea como causa, ya sea como efecto; y una relación causal requiere al menos de una estructura que funcione como causa y de una estructura que funcione como efecto. Mientras ello no suceda, la funcionalidad será sólo potencial. El grado de funcionalidad de una estructura depende del eficiente uso de energía, y una estructura tendrá mayor posibilidad de subsistir si es más funcional. La funcionalidad es imperfecta en la mayoría de las relaciones causales más complejas.

Por función podemos entender además la configuración espacial de una estructura con respecto a otra por la cual se puede dar traspaso de energía. Existiendo un calce entre ambas estructuras se puede hablar de funcionalidad de ambas, pues la acción de la fuerza es posible. Esto significa también que una estructura es funcional únicamente con respecto a otra estructura, careciendo de sentido el hablar de función sin referencia a una segunda estructura, aunque sea tácita.

Estas fuerzas fundamentales, que son funcionales como tales precisamente en las estructuras más fundamentales, se combinan de un modo determinado desde el instante en que las partículas fundamentales entran a formar parte de estructuras en calidad de sus unidades discretas o subestructurales fundamentales. La nueva estructura que ha surgido ya no opera únicamente según la funcionalidad de las partículas fundamentales que la integran, sino que a través de ellas, obtiene un modo distintivo de operar o de ser funcional. Una mesa tiene masa y por tanto, al actuar junto con la masa terrestre, ejerce un peso determinado sobre el suelo, lo que le impide, entre otras cosas, volar. Pero también consiste en un plano horizontal que se yergue a cierta distancia sobre el suelo mediante patas, permitiéndole ser particularmente funcional para sostener, por ejemplo, platos, copas y cubiertos.

Al integrar estas nuevas estructuras, en calidad de unidades subestructurales, a formar parte de estructuras de una escala aún superior, las fuerzas fundamentales, ya especificadas, se especifican aún más, de modo que resulta difícil asegurar, aunque en realidad así es, que la función propia de la nueva estructura pueda depender de las fuerzas fundamentales. Un ejemplo podrá servir para entender el concepto de función en tanto especificación de fuerza. Un átomo de hidrógeno, o uno de oxígeno, deriva su respectiva función de la estructuración de su núcleo y sus mantos electrónicos a partir de la funcionalidad específica de los nucleones que lo compone. Éstos, a su vez, dependen de los quarks estructurados a partir de la funcionalidad de las partículas fundamentales. Por su parte, la funcionalidad específica de estos átomos permiten que de la combinación de dos de hidrógeno por uno de oxígeno, dentro de un determinado rango de temperaturas, resulte la estructura molecular H2O, la que obtiene funciones específicas ampliamente conocidas no sólo por físicos y químicos, sino que por todos nosotros, aunque tal funcionalidad derive de las sucesivas combinaciones de fuerzas que dependen de las estructuraciones particulares sucesivas y que tienen su origen primordial en las fuerzas fundamentales. Además, dicha molécula ejerce una determinada fuerza gravitacional en otros cuerpos a causa de la masa que contiene. También posee una determinada carga eléctrica según el equilibrio de cargas de las partículas fundamentales cargadas eléctricamente que contiene, y que la hace ser funcional respecto a otras moléculas y átomos.

De lo visto podemos establecer, no obstante, que en la progresiva estructuración de la materia únicamente las fuerzas gravitacional y electromagnética tienen la capacidad para intervenir, pues ambas generan campos espaciales donde interactúan. En cambio, el alcance de las fuerzas de interacción fuerte y débil se reduce a los núcleos atómicos. Además, tanto la gravitacional como la electromagnética son fuerzas que permiten tanto un intercambio permanente de energía como un consumo consecuente de energía; en cambio, la fuerte y la débil son fuerzas que, una vez efectuado el intercambio energético, se mantiene el vínculo de interacción a la manera de un candado que, una vez consumida la energía en cerrarlo, se mantiene cerrado.

Cambio estructural

La relación causal es determinista y funciona del mismo modo en todas las situaciones donde las condiciones son las mismas. La base para la existencia de las leyes naturales es, precisamente, el hecho de que todos los seres o cosas del universo son estructuras y fuerzas a la vez. La función específica o el modo de un comportamiento particular de una estructura es la base de la existencia de una ley natural determinada. Virtualmente todas las cosas del universo –exceptuando fotones y neutrinos–, incluyendo el mismo universo, están compuestas de partículas fundamentales masivas, por lo que responden a la ley natural de la gravitación universal. Del mismo modo, la floración en primavera de las plantas obedecen a las leyes naturales de la biología, y el correcto pensamiento racional de una mente humana cumple con las leyes naturales de la lógica.

Una estructura se mantiene en un delicado equilibrio. Este no es necesariamente precario. Pero por su misma naturaleza, es provisorio, aunque en algunos casos su duración se mida en miles de millones de años. Para subsistir una estructura depende de fuerzas que le permiten una estabilidad relativa y una tendencia al equilibrio. Todo equilibrio es connatural a un estado particular de entropía, y dicho estado es permanente mientras no intervenga alguna fuerza externa. En un sistema cerrado y sin aporte nuevo de energía las fuerzas tienden a equilibrarse y las estructuras a estabilizarse, llegando a una entropía máxima.

Pero un sistema cerrado es teórico. En la práctica, en la naturaleza, no se dan sistemas perfectamente cerrados. En la realidad los sistemas son abiertos y allí los equilibrios se rompen y se producen tanto estructuraciones como desestructuraciones. Un sistema ecológico, por ejemplo, no puede considerarse de hecho cerrado; podrá ser así considerado sólo en teoría y sólo para fines de análisis, pero siempre está sometido a fuerzas externas, en lo que se denomina modificación del medio. El clima y los accidentes geográficos pueden cambiar, especies endógenas pueden evolucionar o extinguirse, especies exógenas pueden ingresar.

Las estructuras son, desde luego, más funcionales cuando existe una mejor oportunidad para que se relacionen causalmente entre ellas, es decir, cuando mejora la ocasión de un encuentro en algún punto espacio-temporal particular. Una superficie mojada se seca más rápidamente si es barrida por un chorro de aire más veloz y más caliente. Las relaciones causales aumentan cuando mejoran las condiciones para que las estructuras se encuentren. En este caso, el chorro de aire y la superficie mojada. La evolución biológica no es otra cosa que el descubrimiento y transmisión genética de mecanismos que permiten no sólo mejorar estos encuentros para que los procesos ocurran con mayor rapidez, sino controlarlos para aumentar la seguridad, pues un organismo vivo es una estructura ávida de aquellas relaciones causales destinadas a su autoestructuración, lo que le permite ser aún más funcional para sobrevivir. En un organismo viviente muchas de sus subestructuras de su medio interno consisten principalmente en sistemas de transporte interno de fluidos y señales, y las de su medio externo, en sistemas de locomoción o de captación que le permiten apropiarse de los nutrientes existentes allí.

Podríamos preguntarnos que si todo cambia, cómo es que existen cosas de alguna manera. Este es un tema tratado más ampliamente en mis libros La materia y la energía, capítulo 1 (ref. http://matener.blogspot.com/), y El pensamiento humano, capítulo 2 ref. http://penhum.blogspot.com/). En breve la respuesta es doble. Por una parte, la existencia favorece el equilibrio que se consigue por entropía, es decir, por el uso de la fuerza para la estructuración, de modo que si hay cosas que existen, es porque han conseguido estructurarse y mantenerse en equilibrio. Por la otra, las cosas existen porque el cambio de una estructura no afecta necesariamente a las estructuras que son sus unidades discretas, o de la estructura de la que es una subestructura. Las gotas de agua que fluyen en una corriente que cambia mantienen su propia identidad, mientras que el curso de agua mantiene su propia identidad a pesar de que las gotas que fluyen son distintas.

Una estructura puede no afectar a otra si la fuerza ejercida sobre ella es insuficiente. En tal caso, se puede decir que ninguna llega a ser funcional. Un trabajador no podrá pintar todo un alto muro si la escalera que ocupa es muy corta. En el extremo opuesto, una estructura puede ser destruida si es sometida a una fuerza demasiado intensa para su capacidad de resistencia. En este caso, las fuerzas que la integran y la sostienen se ven superadas por la excesiva fuerza externa. El pintor del caso puede darse un costalazo si la escalera que usa es demasiado débil.

Así, pues, distintas fuerzas internas y externas van lenta o rápidamente transformando una estructura, y tarde o temprano terminarán por desintegrarla si acaso antes fuerzas adicionales no la destruyen primero. Una fuerza irrumpe en una estructura por el punto de menor resistencia. Una estructura se desintegra por el eslabón más débil.

La fuerza que transforma una estructura puede actuar de tres maneras distintas, dependiendo de la escala. Así, ella puede actuar en una escala inferior y cambiar o destruir una o más subestructuras que son necesarias para la subsistencia y funcionalidad de la estructura del caso, como una pata carcomida de una silla. También ella puede ser ejercida sobre ésta desde fuera y en la misma escala, como la misma silla del ejemplo que se ve obligada a sostener un peso mayor que su capacidad de resistencia y termina haciéndose trizas. Por último, ella puede pertenecer a una escala superior y actuar sobre una estructura, en tanto su subestructura, como el rebarnizado del amoblado del comedor, del cual la silla en cuestión forma parte.

Una estructura puede verse afectada por poderosas fuerzas desintegradoras, o también en su propio funcionamiento se pueden producir directamente fuerzas que la pueden ir desintegrando. Cuando las fuerzas para funcionar se obtienen de sí misma, ella acabará por desintegrarse totalmente. Pensemos por ejemplo en un combustible. Cuando se oxida quemándose, su estructura se transforma aportando energía y partes desintegradas a otras estructuras que las vuelven a integrar, hasta que se consume por completo, punto en el cual cesa de existir. Cuando el funcionamiento de una estructura produce su propia desintegración (segunda ley de la termodinámica), su producto va a la integración de otra estructura (primera ley de la termodinámica). La producción de energía es proporcional a la velocidad de desintegración de una estructura.

El proceso inverso ocurre cuando una estructura se construye. El aporte de energía al sistema no sólo le permite funcionar, sino que conduce a su mayor estructuración. La eficiencia del consumo de energía es proporcional a la funcionalidad de una estructura que se va integrando o que simplemente subsiste.

También existen estructuras que para funcionar obtienen energía del medio circundante. En este caso, tenemos, por ejemplo, los organismos biológicos y las máquinas. En ambas la reposición de la energía consumida se obtiene del medio. Si es una máquina, el aporte de energía la utiliza para la transformación estructural de otras cosas. Cuando la energía se obtiene activamente del medio, como es el caso de los organismos biológicos, la subsistencia se denomina supervivencia.

El universo no es una realidad de paz, armonía y convivencia, propios de la inmutabilidad, sino de lucha y conflicto, que caracterizan el cambio. En el cambio la estructuración de la materia requiere la energía que se encuentra en la materia ya estructurada. Así, la construcción, la estructuración y la vida surgen de la destrucción, la desestructuración y la muerte.

Funciones múltiples y multifuncionalidad

Se pueden distinguir varios tipos de funciones, los que dependen de la forma cómo una estructura es funcional y del tipo de fuerza que es ejercida. A pesar de que toda estructura es multifuncional en el sentido de que puede ser causa y efecto de numerosas relaciones causales, existen determinadas funciones fundamentales y simples. Éstas las resumiremos como sigue: Los conductores son estructuras que funcionan meramente como transmisores de energía y no cambian durante el proceso. Las válvulas son estructuras que detienen o liberan energía. Los conmutadores son estructuras que, usando energía para operarlo, transfieren mayor cantidad de energía entre otras estructuras. Incluso, pueden existir conmutadores automáticos y/o reguladores cuya energía para operarlos proviene de parte de la energía conmutada. Un caso particular son los amplificadores que son estructuras que, consumiendo energía, controlan energías mayores. Los catalizadores son estructuras que por su sola y necesaria presencia una fuerza actúa. Los acumuladores son estructuras que mantienen energía en ellos mismos, almacenada como energía potencial, para después poder liberarla. Los motores y generadores son estructuras que transforman la energía de una escala a energía de otra escala. Las máquinas son estructuras que aplican energía a otras estructuras para transformarlas, permaneciendo ellas mismas inmutables al final del proceso. Los seres vivos son estructuras que utilizan la energía para desarrollar nuevas partes integrantes y regenerar partes desgastadas. Estas funciones son algunas de las múltiples formas que emplean las diversas estructuras para utilizar la energía según los principios de la termodinámica. Exceptuando la funcionalidad de los seres vivos, la tecnología ha reproducido los mecanismos funcionales que se encuentran en la naturaleza y le ha dado nombres apropiados.

La inteligencia del ser humano es un desarrollo ulterior de un mecanismo biológico sensor y elaborador de la información del medio externo y de control motor, y que ha evolucionado hasta adquirir la capacidad de pensamiento abstracto y racional. Estas funciones especiales le han permitido crear una diversidad de tecnologías para explotar nuevos y más recursos, entendiéndose por explotación la intencionalidad en el encuentro causal con estructuras que le son beneficiosas. Con su inteligencia los seres humanos estructuran y controlan, cada vez con mayor eficiencia, sistemas de transportes y comunicaciones, redes de abastecimiento y distribución, sistemas de procesamiento y transformación de estructuras, como líneas de producción y de montaje, los que proliferan y se agigantan, respondiendo al esfuerzo por optimizar y aumentar las oportunidades de encuentros causales controlados que le son beneficiosas, pues producen bienes y servicios que ellos mismos consumen. En las últimas décadas hemos estado asistiendo a un acelerado proceso industrial de automatización y de remplazo de trabajo humano con la adición de sistemas computacionales y comunicacionales.

Una estructura puede desempeñar varias funciones a la vez. En este sentido, una estructura es multifuncional. El caso natural es que los procesos y fenómenos son muy complejos y esa complejidad se debe a la multifuncionalidad de las estructuras y la intervención de múltiples estructuras en cualquier simple proceso. La cantidad de funciones que puede desempeñar cualquier estructura depende de su propia complejidad. Por una parte, estas funciones no corresponden a la sumatoria de las funciones propias de las subestructuras que la componen, sino que a aquellas que le son peculiares por la combinación particular de sus propias subestructuras funcionales. Por ejemplo, dentro de las funciones propias de un animal, no está la de producir bilis, aunque ésta sea la función principal del hígado, órgano constituyente de la estructura del animal en cuestión, y sin el cual no puede subsistir, pues no podría digerir y metabolizar el alimento. Por la otra, las funciones dependen de la existencia de otra estructura que pueda interactuar con la primera, que pueda ser o bien causa o bien efecto de la funcionalidad de la primera. Esto significa que tanto la primera estructura como aquélla con la que interactúa deben pertenecer de algún modo a una estructura de escala superior.

A la inversa, existen estructuras distintas que pueden ejercer idénticas funciones. Así, por ejemplo, la función alar para volar la desempeñan eficientemente estructuras tan disímiles como las alas de un avión, una mariposa, un ave, un pterodáctilo, un murciélago, las aspas de un helicóptero. La función de todas ellas es aprovechar la fuerza de sustentación que se genera cuando el plano de la estructura alar se desplaza a través del aire en un cierto ángulo positivo con respecto a la dirección del movimiento y a una cierta velocidad.

Una característica de la interacción entre estructuras y fuerzas reside en la capacidad funcional, o viabilidad, de las primeras. Esta capacidad es directamente proporcional a la complejidad de la estructura e inversamente proporcional a la fuerza empleada. Por ejemplo, la complejidad de los átomos aumenta con el número atómico hasta el límite en que la fuerza nuclear requerida para su estabilidad llega a ser insuficiente, siendo superada por las fuerzas electromagnéticas repulsivas de la gran cantidad de protones que tienden a desintegrarlo. Asimismo, las moléculas son más funcionales cuanto más complejas sean, pero también se tornan menos viables y más inestables. Sin duda, en forma similar, debe existir un límite para la longitud de un puente hecho de acero, o para la altura máxima de un edificio de hormigón armado.

En general, la estabilidad de una estructura es directamente proporcional a su dependencia con la estructura de escala mayor de la que forma parte, y a su simplicidad. Las complejísimas moléculas proteicas, por ejemplo, se desintegran rápidamente si no obtienen las condiciones adecuadas para su subsistencia. Una estructura se torna inestable cuando se hace más compleja. Una sociedad moderna multitudinaria, por ejemplo, no puede tener una estructura tribal, aunque podría no obstante contener elementos tribales en su seno. Simplemente sus unidades discretas, las personas, no tienen las posibilidades materiales para poder entrar en contacto con las otras y convivir.

Una mayor complejidad no significa necesariamente mayor funcionalidad en cierto sentido si no se considera la eficiencia en la utilización de la fuerza y el aprovechamiento de la energía. Por ejemplo, un fino reloj podría funcionar también como martillo y clavar un clavo en la pared con él. Toda estructura, además de ser funcional, es más o menos eficiente. Una determinada funcionalidad depende, en último término, de la eficiencia con que una estructura particular utilice la fuerza, aun cuando la relativa eficiencia de una estructura está relacionada con su mayor o menor complejidad.

Complementariedad múltiple y mutable

La multiplicidad es una propiedad que pertenece tanto a las estructuras como a las fuerzas. La cantidad es una cualidad de la duración y de la extensión, esto es, del tiempo y del espacio. Tanto la estructura, que es espacial, como la fuerza, que actúa en el tiempo, son cuantificables y medibles. Sin embargo, ambas son cuantificables y medibles en relación a su complementario. Así, cuando hablamos de multiplicidad de fuerzas, nos estamos refiriendo a las estructuras-causas en su relación a las estructuras-efectos. La intensidad y la magnitud de una fuerza son cuantificables sólo en la estructura-causa y en la estructura-efecto. El punto desde donde se ejerce, la dirección, el sentido y el alcance de una fuerza, como también su duración y su velocidad están obviamente relacionadas al espacio de las estructuras. Lo central es que cualquier relación causal entre estructuras se identifica con la transferencia de energía que se verifica por la fuerza en el espacio-tiempo.

La mutabilidad de las cosas no es continua, sino discreta. Las estructuras y las subestructuras de las que están compuestas van cambiando discretamente, en forma de unidades, según la escala en la que constituye una unidad discreta. Por ejemplo, una hoja respecto a la rama, una rama respecto al árbol o un árbol respecto al bosque. Así, una rama subsiste aunque haya perdido una o más hojas. Un bosque es un conjunto de pocos o muchos árboles que están naciendo, creciendo y muriendo, y la pérdida o ganancia de unidades no afecta esencialmente al conjunto y su funcionalidad. En este sentido, la mutabilidad vista desde una escala superior es continua, aunque muchas veces imperceptible. Por ejemplo, los átomos de uranio 238 de una roca se van transmutando continuamente, pasando a torio 234, a protactinio 234, a uranio 234, hasta convertirse en plomo 206, aunque cada conversión de cada átomo se realiza en forma brusca a causa de las instantáneas pérdidas o ganancias de partículas subatómicas, y el conjunto va cambiando dependiendo de la vida media de cada clase de átomo.

Vimos que en toda relación causal una cantidad de energía generada por una estructura que actúa como causa es absorbida por otra estructura que actúa como efecto. Por este hecho, ambas estructuras pasan a pertenecer a una misma escala dentro de la cual interactúan. Lo que constituye un hecho especialmente fundamental es que al vincularse dentro de una escala ambas estructuras se integran como subestructuras en una estructura de escala superior a la que por esta relación causal llegan a conformar. De este modo, una estructura de escala superior emerge y adquiere existencia cuando una fuerza vincula dos o más estructuras en una relación causal. Es así que la sola relación causal entre dos estructuras conforma una nueva estructura de escala superior, cuya vigencia depende de la duración del vínculo causal.

Recíprocamente, la funcionalidad específica de toda estructura depende de su inserción en un medio estructural de escala mayor que posibilite la relación física, tanto espacial como temporal, para permitir la acción de la fuerza. Esto explica la estructuración del universo, el que da origen a la multiplicidad de cosas y escalas. También explica que toda estructura nunca se encuentre en reposo, y permanentemente se esté modificando, aunque el cambio sea frecuentemente imperceptible para la vista y para nuestra relativamente agitada y corta existencia. En su seno sus subestructuras se relacionan causalmente, produciendo el cambio.

Tal como hemos visto, el origen de las fuerzas y las estructuras está en lo más fundamental de la materia, esto es, en las partículas fundamentales. Por consiguiente, el origen de la estructuración debe buscarse en las estructuras fundamentales, las que generan las cuatro fuerzas fundamentales, descritas más arriba. Una fuerza fundamental siempre es generada por un tipo fundamental de estructura, en tanto causa, y siempre afecta y modifica el mismo tipo fundamental de estructura, en tanto efecto. A partir de las estructuras fundamentales, que se relacionan causalmente, se erige la progresiva estructuración que observamos en el universo.

La funcionalidad de las estructuras de escalas mayores depende, en último término, de la funcionalidad fundamental. Las fuerzas que intervienen en la causalidad de estructuras de escalas mayores son las mismas que encontramos en la escala fundamental, pero en proporciones y cantidades distintas. Así, toda estructura de toda escala depende de la funcionalidad de las estructuras fundamentales. Ello constituye la base de la unidad del universo. Este hecho se generaliza para la totalidad de las estructuras y escalas contenidas en el universo.

La importancia filosófica de esta explicación es que la relación causal, que vincula la estructura con la fuerza en una complementariedad, integra estructuras desde las partículas fundamentales hasta el mismo universo, pasando por innumerables escalas. Así, la relación causal explica el universo y las cosas que contiene. Anteriormente se había afirmado que la fuerza estructura la masa. Ahora correspondió explicar el modo cómo la fuerza estructura la materia.

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NOTAS:

Todas las referencias se encuentran en Wikipedia.

Este ensayo corresponde al Capítulo 3, “Estructura, fuerza y función”, del libro III, La clave del universo, http://claveuniverso.blogspot.com.

Viene de http://claveuniverso2.blogspot.com.

Continúa en http://claveuniverso4.blogspot.com/.

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