Parisi: rebeldía, imaginación y complejidad

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  • El premio Nobel de Física participó en el desaparecido partido de izquierda Sinistra e Libertà y son conocidas sus batallas para la laicidad de la Universidad La Sapienza de Roma que lo llevó a enfrentarse en 2008 con el papa Benedicto XVI).

Articulo de nexos

Enrique Hernández Lemus

El premio Nobel de Física de este año fue entregado a tres científicos “por sus contribuciones fundamentales para nuestra comprensión de los sistemas físicos complejos”. Syukuro Manabe y Klaus Hasselmann lo recibieron por sentar las bases para entender la compleja interacción detrás del cambio climático. Por su parte, Giorgio Parisi fue reconocido por sus aportaciones a la teoría de los materiales desordenados y los procesos aleatorios. Aunque ambos temas son de enorme relevancia, me centraré en el trabajo de Parisi porque considero muy importante que se haya galardonado a un estudioso de la complejidad, tema que, pese a ser central en la investigación contemporánea, no había recibido el reconocimiento que a mi juicio amerita.

Conocí a Giorgio Parisi a mediados de los años noventa. En esa época empecé a asistir, primero como estudiante y unos años más tarde como investigador, a la serie de reuniones semestrales sobre física estadística que, desde hace más de 60 años, organiza Joel Lebowitz —otra verdadera “fuerza de la naturaleza”: si hubiera un premio Nobel por impacto en la comunidad científica, Lebowitz ya lo habría ganado—. Estas reuniones son muy peculiares. Pese a ser en apariencia muy poco glamorosos (se realizan en las instalaciones de la Universidad de Rutgers, una universidad estatal en un pueblo pequeño de Nueva Jersey; los invitados se hospedan en posadas o en hoteles tipo lodge, y las comidas suelen ser en los propios salones de clase) estos eventos concentran, de manera consistente y regular, a las “superestrellas” de la mecánica estadística y la física matemática.

Al escuchar las pláticas en estas reuniones, llamaba poderosamente la atención que, aun siendo de temas muy diversos, en aproximadamente la mitad de ellas se mencionaba el trabajo de Parisi: en trabajos cercanos a la ciencia de los materiales, salía a relucir la famosa ecuación de Kardar-Parisi-Zhang (KPZ) para el crecimiento fractal de interfases; en charlas sobre simulación molecular se hablaba de la aplicación del método de rompimiento de simetría de las réplicas, ideado por el mismo Giorgio. Más adelante alguien presentaba modelos topológicos para estudiar el plegamiento de ARN y otros ácidos nucléicos, y aludía al trabajo que introdujo Parisi sobre el fenómeno de “frustración” (un término físico que denota la incapacidad de un sistema para hacer mínima la energía de todas sus interacciones). Hacia el final del día, en el contexto de los métodos numéricos y de supercómputo para resolver problemas físicos sumamente complicados, aparecía de nuevo el trabajo de Giorgio; luego se hablaba de las aplicaciones de los métodos de la física estadística a la inteligencia computacional y las redes neuronales en “algo” que todavía no se llamaba “ciencia de datos”; o quizá se trataba de los complejos patrones de vuelo de los estorninos y la organización de los bancos de peces ante la presencia de depredadores, o incluso tal vez sobre nuevas ideas acerca de la inmunología teórica. Adivinen de quién se hablaba en estas charlas…

Dado que muchas de las veces el propio Parisi estaba presente, era común que los oradores, físicos teóricos muy famosos y premiados, voltearan a verlo entre la audiencia, como si le pidieran su aprobación o le dijeran directamente: “¡Hey, Giorgio! ¿Qué opinas de esto?”. Hacer esto era al mismo tiempo una muestra de respeto y un mecanismo de defensa. Durante las charlas, Giorgio suele estar callado y pregunta casi al final de la ronda de discusión. Dado su enorme conocimiento teórico e intuición, es completamente capaz de hacer “la pregunta incómoda” que rompe la discusión y devuelve al orador a la casilla de inicio. Más valía estar prevenido. Curiosamente, quien suele hablar menos de su trabajo es el propio Parisi. Esto no se debe a un sentido de modestia o timidez —en eso de expresarse, Giorgio es bastante “italiano”—, sino a que prefiere escuchar, lo que, pensándolo bien, quizá es parte del secreto de su genio.

La parte menos secreta del éxito del trabajo de Parisi y su impacto en tantas y tan diversas áreas de la ciencia es una combinación muy afortunada de curiosidad, imaginación y cierto espíritu de rebeldía. Esto se ilustra bien en su aportación al concepto de rompimiento de simetría de las réplicas en el estudio de sistemas complejos. Para explicarlo, vale la pena pensar en cómo estudiamos los sistemas en física estadística. Supongamos que queremos caracterizar el estado físico de un sistema “simple”, digamos un gas. Sabemos que cada molécula obedece las leyes de la física (ya sea la física clásica o la mecánica cuántica) en su comportamiento. Pero si en el gas tenemos trillones de moléculas (o muchas, muchísimas más), no podemos resolver los trillones (o más) de ecuaciones de movimiento asociadas y, aun si pudiéramos, poco nos dirían sobre el tipo de cosas que pueden observarse o medirse cotidianamente en un laboratorio, como la temperatura, la presión o la densidad del gas. Por lo tanto, los físicos estadísticos resolvemos estos problemas usando un enfoque probabilístico conocido como la “teoría de ensambles”. En vez de solucionar todas las ecuaciones de movimiento de un sistema de muchísimas partículas, imaginamos que tenemos muchas copias del sistema (formalmente un número infinito de ellas), cada una con las moléculas en diferente configuración; nos fijamos en sus propiedades “en promedio” para todas las copias —que llamamos ensambles—, y así podemos conocer las variables que nos interesan.

En un sistema “más complejo” que un gas —digamos uno en el que las partículas constituyentes son muy distintas unas de otras— las configuraciones que pueden tener son bastante más complicadas. Entonces, en vez de tener un solo sistema, se propuso la idea de tener múltiples copias del sistema que se llaman réplicas (de nuevo, formalmente un número infinito de ellas), en las que el grado de “desorden” o “complejidad” (definido matemáticamente en términos de una cantidad llamada entropía) sean estadísticamente equivalentes. De esta forma, pueden generarse “ensambles de réplicas” para estudiar al sistema de manera parecida a como hacemos con los sistemas más simples. El problema es que, al calcular los promedios de números muy grandes de ensambles con un número muy grande de réplicas, se obtenían resultados incorrectos. La teoría predecía mal unas cantidades muy importantes que se llaman parámetros de orden. Durante casi dos décadas, muchos de los expertos en el área, incluyendo varios ganadores del Premio Nobel, intentaron sin éxito solucionar el problema.

Este problema llamó la atención de Parisi, quien en un par de años lo resolvió utilizando un truco matemático elegantemente llamado rompimiento de simetría de las réplicas. Este truco, por ponerlo de una manera simple, divide los grupos de partículas en cada réplica en subgrupos y estos, a su vez, en sub-subgrupos y así sucesivamente. Si uno suma sobre los grupos y subgrupos, el problema no se resuelve correctamente. Pero si, en lugar de sumar los números (enteros) de grupos, uno permite índices fraccionarios —lo que el propio Parisi llamó “medios-objetos” o half-objects— cuya interpretación es muy poco intuitiva y cuyas matemáticas formales fueron desarrolladas varios años después, el problema se resuelve.

Para resolver este problema Parisi utilizó un recurso poco intuitivo desde el punto de vista físico y que en su momento era poco formal matemáticamente. Años después, los matemáticos investigaron estos métodos y los encontraron correctos, lo que incluso significó un avance para las matemáticas. Dejar de lado la intuición y el rigor matemático, quizá las dos herramientas más poderosas para los físicos teóricos, orilló a Parisi a utilizar su imaginación, un recurso mucho más escaso y que requiere mayor valor, pues frecuentemente implica enfrentar los problemas (y las críticas) armado únicamente con un “se me ocurrió”.

Ahora bien, según recuerdo, de lo que Parisi suele hablar más —o, más bien, “vociferar”— es de política italiana, de fútbol y de comida (hasta hace poco, la foto de su perfil en Facebook era él, vestido con un traje típico de Cerdeña y cocinando paella algherese, una versión italiana de la paella). Esto destaca una cualidad adicional de Giorgio. Pese a ser un polímata con trabajo muy relevante en áreas muy disímiles del conocimiento, y a pesar de tener muchos cientos de artículos científicos y varios libros publicados, no parece adaptarse a la imagen del genio adicto al trabajo. Parisi es un hombre de familia, con una vida social e incluso política muy activa. Publica frecuentemente artículos de opinión (sobre ciencia, política o fútbol) en los diarios, e incluso escribe fábulas e historias infantiles. En su círculo más cercano habla mucho de su esposa Daniella y de sus dos hijos Lorenza y Leonardo, ahora ellos mismos convertidos en académicos: ella una socióloga de la comunicación y estudiosa de los medios digitales; él, científico de la computación experto en visualización y animación 3D. Así que no, no está enclaustrado en una ermita generando modelos de la física teórica todo el día.

“Siempre trabajo en varias cosas a la vez, porque los problemas interesantes hay que pensarlos con tiempo y si trabajo sólo en uno me ofusco”, suele decir. Estas cualidades y su filosofía de trabajo han hecho de Giorgio Parisi un investigador cuya trayectoria ha impactado de manera muy significativa el desarrollo de las ciencias de la complejidad como las conocemos ahora. Un área de investigación cuya aplicación va desde la física de las partículas elementales, hasta la cosmología, pasando por la biología molecular, la ecología y el comportamiento animal, llegando hasta la sociología, la economía y el estudio del cambio climático, por el cuál se otorgó la otra mitad del premio Nobel de Física este año.

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