Piense en algunos números aleatorios. Números como 8, 12, 876, 93... Estos son números aleatorios en biología, y estos números aparentemente simples contienen claves para los misterios más profundos del universo: nosotros mismos. Para ser más específico (y menos dramático), no son las cifras las que tienen implicaciones serias, sino el proceso mediante el cual se han producido. Por ejemplo, uno puede hacer algunas preguntas fascinantes como ¿Son estos números realmente aleatorios? ¿Es probable que obtenga los mismos números si me piden números aleatorios en el futuro? ¿Cómo produce nuestro cerebro estos números aleatorios? ¿Es probable que el cerebro haya etiquetado algunos números como aleatorios? ¿Existe algún algoritmo que implique procesos aleatorios como tirar dados que se desarrollan inconscientemente en el cerebro? ¿Son libres nuestros procesos de pensamiento? ¿Existe el libre albedrío para empezar? Todos ustedes habrán notado con razón que éstas son las preguntas para las que por el momento no tenemos respuestas satisfactorias. Algunos de ustedes creerían que la ciencia finalmente encontrará las respuestas correctas a estas preguntas y, hasta entonces, no hay necesidad de andarse con rodeos y crear exageraciones. Es posible que la mayoría de ustedes no se dé cuenta de que la ciencia tiene algunas respuestas y algunas pistas donde un poco más de esfuerzo puede responder algunas preguntas profundas. Al final de este post, te propondré un experimento que puedes realizar en casa para sondear tus procesos de pensamiento. Mientras tanto, hablemos de algunos procesos aleatorios. La aleatoriedad percibida no es aleatoria Busquemos números aleatorios en el mundo mecánico. Estos son el resultado de procesos aleatorios como el lanzamiento de una moneda o un dado. Hay otros fenómenos aleatorios como la cantidad de autos rojos que cruzan un cruce en un día, la cantidad de meteoritos que ingresan a nuestra atmósfera, etc. Luego está la salida de (o cualquier otra rutina de su lenguaje informático favorito). El último seguramente no es aleatorio porque es el resultado de un algoritmo. El algoritmo producirá los mismos números si comienza sus cálculos a partir del mismo número "semilla". De hecho, se trata de números pseudoaleatorios. Bueno para todos los propósitos prácticos, pero completamente predecible y, por lo tanto, no exactamente aleatorio. numpy.random.rand() La mayor parte de la aleatoriedad que experimentamos en nuestras vidas es, de hecho, pseudoaleatoriedad, causada por la falta de información. Tomemos el otro ejemplo: el número de coches rojos que cruzan un cruce. La persona que espera en el cruce puede encontrar la aparición de un automóvil rojo como un proceso aleatorio, pero una persona que tenga la vista del tráfico en vivo de la región a través de un satélite sabrá cuántos autos rojos cruzarán el cruce. El proceso, aparentemente aleatorio para un observador, es completamente determinista para otro observador con más información. Esta es una característica general de la mayor parte de la aleatoriedad que experimentamos en nuestra vida diaria. La aparente aleatoriedad se debe a la falta de información. Ahora piense en el lanzamiento de una moneda. El resultado vuelve a ser aparentemente aleatorio. ¿Pero realmente crees que podemos disparar un cohete al espacio y determinar exactamente cuándo y dónde aterrizará en Marte pero no podemos predecir el resultado del lanzamiento de una moneda? ¿Son tan diferentes las leyes que gobiernan el movimiento del cohete de las que determinan el movimiento de la moneda? De hecho, no es el caso. En dos casos prevalecen las mismas leyes de la física. La única diferencia es que carecemos de información precisa sobre la dinámica de la moneda cuando se lanza. No es que la información no esté ahí. Simplemente no nos molestamos en el esfuerzo de recuperarla y pretendemos que la naturaleza ha tomado una decisión aleatoria para cualquier propósito con el que se lanzó la moneda. De hecho, las imágenes de vídeo de las primeras fracciones de segundo de una moneda recién lanzada a través de una cámara de cine rápida pueden decodificar la dinámica de la moneda y predecir el resultado del lanzamiento. Lo mismo ocurre con la tirada de un dado, tu lotería favorita o la mayoría de los procesos aleatorios que puedas imaginar (nunca mejor dicho). Esto se debe a que las leyes de la naturaleza que experimentamos en nuestra vida diaria (para simplificar, las leyes de Newton que estudiamos en la escuela secundaria) son deterministas. Si conoce las condiciones iniciales (posiciones, velocidades) de los objetos de interés y las fuerzas que actúan sobre estos objetos, puede determinar con precisión la dinámica futura de los objetos. Cualquier cosa que parezca aleatoria en este dominio se debe a nuestra falta de acceso a la información. La información está ahí. Sólo necesitamos una mejor tecnología para registrar y procesar esa información. Los casinos pueden quedarse sin negocio en un futuro próximo cuando nuestros teléfonos inteligentes comiencen a predecir el resultado de los dados mientras aún están rodando. Esto significa que dentro de un par de décadas en el futuro, el lanzamiento de una moneda y un dado puede que no sirvan más que el ábaco en la actualidad. Tendríamos en nuestros smartphones la tecnología necesaria capaz de resolver la dinámica de la moneda en una fracción de segundo y predecir el resultado. Unas cuantas instantáneas rápidas del lanzamiento de un dado y nuestros teléfonos predecirán el resultado del lanzamiento. Quizás haya gente creando este tipo de aplicaciones en este momento. Quizás ahora mismo haya gente ganando dinero de esta manera. Pero para los más humildes como nosotros, una pregunta natural es ¿cómo jugaremos en los casinos en el futuro? ¿O iniciar partidos? ¿O ganar loterías? Y para aquellos de ustedes, les presento la aleatoriedad pura y desnuda: la mecánica cuántica. Conoce la verdadera aleatoriedad es una teoría que se ocupa de la descripción de la naturaleza en el nivel más fundamental. Este es el nivel en el que tratamos con los componentes básicos de la materia y la energía, átomos, moléculas, electrones, fotones, etc. En este nivel, la naturaleza se comporta de manera muy diferente a como aparece en nuestra vida cotidiana, como veremos en breve. La mecánica cuántica Una moneda cuántica Pensemos de nuevo en el lanzamiento de una moneda. Pero esta vez se trata de una moneda cuántica, por ejemplo, el espín de un electrón. Los electrones son parte de los componentes básicos de la materia. Estos son los genios que hemos liberado de la tetera mágica con la diferencia de que podemos pedir más de tres deseos. Todo lo que se mueve a tu alrededor hace ruidos y no es un bebé, funciona con electrones. Los electrones tienen una propiedad llamada espín. La medición del espín de los electrones es bastante sencilla. Todo lo que tienes que hacer es pasar el electrón cerca de un imán en forma de cuña. El campo magnético de dicho imán ejerce una fuerza sobre el electrón, y el electrón se desvía en una u otra dirección dependiendo de su espín. Cuando se realiza el experimento para medir el espín de un electrón, encontramos que este tiene sólo dos valores posibles. Los etiquetamos como cabeza (giro hacia arriba) y cola (giro hacia abajo), y obtuvimos una moneda cuántica. Si ahora lanzas la moneda cuántica, obtendrás nuevamente un resultado aleatorio, ya sea cara o cruz. Pero la diferencia con el clásico (el que comentamos antes) es que la indeterminación no se debe a ninguna falta de información. Sabemos todo lo que hay que saber sobre el electrón y, aún así, no hay forma de predecir si la medición del espín dará como resultado un giro hacia arriba (cabeza) o hacia abajo (cola). Cada evento en el mundo cuántico es una tirada de dados. Esto contrasta con la moneda clásica, donde la aleatoriedad se debía a la falta de información. Este es el primer misterio de la naturaleza a nivel cuántico. La naturaleza no nos permite saber cuándo y qué interacción fundamental tendrá lugar entre los componentes básicos de la materia y la energía. Cada evento que sucede en este nivel es una tirada de dados. De hecho, este aspecto de la mecánica cuántica ha sido parte de un animado debate desde el comienzo de la teoría. Mucha gente, incluido Albert Einstein, no estaba contenta con la descripción indeterminista de los acontecimientos a nivel cuántico. Seguro que has oído su famosa frase: " ". Creía que la teoría estaba incompleta y probablemente faltaban algunas variables ocultas que restaurarían el mundo clásico, como el determinismo en el mundo cuántico, cuando se añadieran a la descripción. Dios no juega a los dados Sin embargo, innumerables experimentos en los últimos 100 años han descartado la posibilidad de estas teorías de variables ocultas. Y nuestra mejor comprensión de la naturaleza a nivel cuántico es la que nos proporciona la mecánica cuántica, que en principio no nos permite predecir el resultado del lanzamiento de una moneda cuántica. El punto clave hasta este punto es que para un proceso aleatorio clásico, la información está presente pero puede no ser accesible, pero el proceso cuántico es inherentemente aleatorio. No falta información. Armados con esta comprensión de los procesos aleatorios en los mundos clásico y cuántico, estamos listos para explorar las preguntas realmente importantes del mundo biológico. En primer lugar, se puede apreciar que el libre albedrío ausente en el mundo determinista de las leyes clásicas puede restaurarse gracias al indeterminismo en el mundo cuántico. Lo único que tenemos que explorar es buscar firmas cuánticas en el funcionamiento del cerebro. Mucha gente ha sugerido esto antes, pero la tecnología actual promete verificación experimental. Es posible que pronto escuchemos noticias fantásticas de personas que se dedican a la biología cuántica. ¿Diseño disfrazado? Luego está esta otra cuestión de la que deseo hablar. Considere la vida. Hay dos teorías dominantes sobre el surgimiento de la vida en este planeta. O somos parte de algún diseño inteligente, o la vida surgió en el planeta como un accidente y, a través de mutaciones aleatorias, evolucionó hacia todas las formas de vida que presenciamos hoy (y, lamentablemente, las que hemos erradicado del planeta). La ciencia naturalmente favorece la segunda opinión. Pero la mayoría de las personas que favorecen la visión científica no se dan cuenta de que todavía existe la posibilidad del diseño en su visión del mundo. Esto se debe a que todavía tenemos que determinar si los procesos que causan la mutación en un genoma se rigen por leyes clásicas o cuánticas. Si las leyes clásicas pueden modelar satisfactoriamente estas mutaciones, entonces no son aleatorias. Se trata de procesos deterministas para los cuales la información, también conocida como diseño, ya estaba presente. Si alguien tenía esa información (¿El Dios todopoderoso?) o no es una pregunta aparte y puede responderse subjetivamente. Lo que se puede comprobar objetivamente es que había un diseño disponible. Esta es una perspectiva única sobre el debate entre selección natural y diseño inteligente que ofrece un físico. Más investigaciones en biología cuántica y exploración de firmas cuánticas en mutaciones genéticas dirán si somos parte de un diseño o el resultado de accidentes verdaderamente aleatorios. La biología cuántica revelará si estamos diseñados. Por último, deseo proponer un experimento para explorar los procesos de pensamiento como prometí. Con un poco de paciencia y mucho coraje, podrás realizar este experimento fácilmente en casa. Toma una hoja de papel y escribe algunos números aleatorios en ella. Dobla el papel y colócalo en una caja. Deja la caja a un lado. Ahora espera un par de semanas. Mientras tanto, no intentes recordar los números que has escrito. Obviamente no abras la caja. Después de un par de semanas, toma otra hoja de papel, escribe nuevamente algunos números aleatorios y colócala en la misma caja. Espere nuevamente un par de semanas y repita. Durante un período prolongado (digamos un año o seis meses), tendrías muchos papeles doblados en la caja. Ahora abre el cuadro y mira todos los números aleatorios que has escrito a lo largo del tiempo. ¿Son todos aleatorios? ¿Existen algunos números aleatorios favoritos? ¿Hay patrones? ¿Hay un diseño?
