Los sistemas dinámicos que maximizan sus posibilidades futuras se comportan de maneras sorprendentemente «inteligentes».

A. Wissner-Gross/Harvard Univ. y el MIT. Inversión. Una versión modificada de la termodinámica provoca el balanceo de un péndulo (verde) sobre un pivote deslizante (rojo) para estabilizarse en una invertida, y normalmente inestable, configuración, desde la que tiene una mayor variedad de opciones para su movimiento futuro.

La segunda ley de la termodinámica, la que dice que la entropía sólo puede aumentar, dicta que un sistema complejo siempre evoluciona hacia un mayor desorden en la forma en que sus componentes internos se organizan. EnPhysical Review Letters, dos investigadores exploran una extensión matemática de este principio que no se centra en la disposición que el sistema alcance en este momento, pero en la que alcanzará en el futuro. Ellos argumentan que los simples sistemas mecánicos que se postulan para seguir esta regla muestran características de «inteligencia», haciendo alusión a una conexión entre este atributo tan humano y las leyes fundamentales de la física.

La entropía mide el número de disposiciones internas de un sistema que dan como resultado el mismo aspecto exterior. La entropía aumenta debido a que, por razones estadísticas, un sistema evoluciona hacia estados que tienen muchas disposiciones internas. Una variable de una investigación previa, ha proporcionado «un muchas pistas sobre que hay algún tipo de asociación entre la inteligencia y la maximización de la entropía», señala Alex Wissner-Gross, de la Universidad de Harvard y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). A una escala más grande, por ejemplo, los teóricos sostienen que la elección de posibles universos que crean la mayor entropía favorable a los modelos cosmológicos son los que permiten el surgimiento de observadores inteligentes [ref. 1].

Con la esperanza de concretar tales ideas, Wissner-Gross formó equipo con Cameron Freer, de la Universidad de Hawaii, en Manoa, para proponer una «entropía de ruta causal.» Esta entropía no se basa en las disposiciones internas accesibles de un sistema en cualquier momento, sino en el número disposiciones que podría atravesar en su camino hacia posibles estados futuros. Ellos calculan entonces, una «fuerza entrópica causal» que empuja al sistema a evolucionar con el fin de aumentar esta entropía modificada. Esta hipotética fuerza es análoga a la presión que ejerce un compartimiento lleno de gas, sobre el pistón que lo separa de un compartimiento casi vacío. En este ejemplo, la fuerza aumenta porque el movimiento del pistón incrementa la entropía del compartimiento lleno más de lo que reduce la del que está casi vacío.

En contraste con la usual entropía, no hay ninguna ley fundamental conocida que estipule que esta apariencia futura de la fuerza entrópica rija como va a evolucionar un sistema. Pero, como en un experimento mental, los investigadores simularon el comportamiento de unos simples sistemas mecánicos que incluían la fuerza, y los efectos fueron profundos. Por ejemplo, una partícula errante en una caja no explora el volumen al azar, sino que encuentra su camino hacia el centro, donde va a estar mejor posicionada para moverse hacia cualquier parte de la caja. Otra simulación hizo el seguimiento del movimiento de un péndulo rígido que cuelga de un pivote y se balanceaba horizontalmente. El péndulo eventualmente se movía hacia una configuración invertida, la cual es inestable sin la fuerza entrópica modificada. Desde esta posición invertida, argumentan los investigadores, el péndulo puede explorar con mayor facilidad todas las demás posiciones posibles.

Los investigadores interpretaron este y otros comportamientos como indicadores de una inteligencia adaptativa rudimentaria, donde los sistemas se movían hacia configuraciones que maximizaban su capacidad de responder a los cambios. Wissner-Gross reconoce que «no hay un acuerdo general sobre la definición de lo que realmente es la inteligencia», pero apunta que los científicos sociales han especulado sobre ciertas habilidades que prosperaron durante la evolución, ya que éstas permitieron a los humanos explotar las oportunidades ecológicas. En ese sentido, los investigadores conectan la invertida «versatilidad» mecánica del péndulo con las habilidades que los bípedos, como nosotros, requieren a fin de crear numerosos ajustes sobre la marcha, necesarios para mantener el equilibrio mientras se camina.

Wissner-Gross y Freer simularon otras tareas ideadas para imitar las pruebas de inteligencia estándar con animales. Emularon «el uso de herramientas» con un modelo en el que un gran disco podía tener acceso a otro disco atrapado, golpeándolo con un tercer disco. Otra de las tareas, la «cooperación social», requería dos discos para coordinar sus movimientos. En ambos casos, la respuesta simulada a la fuerza entrópica modificada conseguía estos objetivos sin ninguna orientación adicional. Estos dos comportamientos, junto con el lenguaje gramatical dirigido, que dice Wissner-Gross que también ha replicado, han sido invocados por Stephen Pinker, de la Universidad de Harvard, como característica del «nicho cognitivo» humano. «Nos quedamos muy sorprendidos por todo esto», comentó Wissner- Gross.

Anteriormente, los científicos informáticos han utilizado una versión de la entropía causal para guiar los algoritmos que se adaptan a una información continuamente actualizada. La nueva formulación no está destinada a ser un modelo literal del desarrollo de la inteligencia, sino que apunta hacia un «panorama general termodinámico de lo que es el comportamiento inteligente», señala Wissner-Gross. El documento ofrece una «intrigante nueva visión sobre la física de la inteligencia», coincide Max Tegmark, del MIT, que no participó en el trabajo. «Es impresionante ver que un comportamiento sofisticado surge espontáneamente de un proceso físico tan simple.»

– Ref. [1]: R. Bousso, R. Harnik, GD Kribs y G. Pérez, «Predicción de la constante cosmológica desde el principio entrópico causal», Phys.. Rev. D 76, 043513 (2007) .
– Publicación: «Causal Entropic Forces«. A. D. Wissner-Gross and C. E. Freer.Phys. Rev. Lett. 110, 168702 (2013). Published April 19, 2013