Quisiera decir antes que nada algunas palabras sobre los fenómenos macroscópicos. Todos recordamos el segundo principio de la termodinámica. Dado un sistema, es decir una porción arbitraria del espacio, el segundo principio afirma que existe una función, la entropía, que podemos descomponer en dos partes: un flujo entrópico proveniente del mundo externo, y una producción de entropía propia del sistema considerado.

Es esta producción de entropía interna la que siempre es positiva o nula, y que corresponde a los fenómenos irreversibles. Todas las reacciones químicas son irreversibles; todos los fenómenos biológicos son irreversibles.

Pero, ¿qué es la irreversibilidad? Para muchos hombres de ciencia (y para la mayor parte de los divulgadores) la irreversibilidad corresponde a la disipación, al desorden: cada estructura sería conquistada a través de una fuerte lucha contra el segundo principio; así sería para la vida como para el universo.

Quiero insistir en seguida —y volveré a ello en el contexto cosmológico— sobre el hecho de que la producción de entropía contiene siempre dos elementos «dialécticos»: un elemento creador de desorden, pero también un elemento creador de orden. Y los dos están siempre ligados.

Esto puede verse con un ejemplo sencillo. En dos cajas comunicantes ponemos una mezcla de dos constituyentes, hidrógeno y nitrógeno; si la temperatura interna del sistema es homogénea, también lo serán la distribución del hidrógeno y la del nitrógeno. Pero si sometemos los extremos del sistema a temperaturas diferentes, creamos una distribución contrastada: el hidrógeno abundará más en una parte y el nitrógeno en la otra.

Por tanto, sometiendo el sistema a una constricción térmica, se crea evidentemente una disipación, un aumento de entropía, pero también un fenómeno de ordenación. Es el conocido fenómeno de la antidifusión (véase fig. 1).

Aquí orden y desorden aparecen a la vez. Este fenómeno requiere un cambio de paradigma, porque clásicamente se asociaba el orden al equilibrio (caso de los cristales) y el desorden al no-equilibrio (caso de la turbulencia). Hoy sabemos que es inexacto: la turbulencia es un fenómeno altamente estructurado, en el cual millones y millones de partículas se insertan en un movimiento extremadamente coherente. Esto vale también para muchos otros fenómenos, como por ejemplo los relojes químicos, que son reacciones oscilantes: podemos ver cómo la solución pasa del rosa al azul, después al rosa, otra vez al azul, y así sucesivamente…

Esto es un fenómeno ordenado, que traduce la instauración de una coherencia entre las moléculas. Hoy día las experiencias de laboratorio (como las experiencias numéricas con los ordenadores) muestran que cuando se afronta el dominio del no-equilibrio, se establecen nuevas interacciones de largo alcance: el universo del no-equilibrio es un universo coherente. Y esto representa un hecho nuevo, que contradice todo lo que se pensaba hasta hace muy pocos años.

El ejemplo clásico es, aquí, el de la inestabilidad de Bénard. Si calentamos por debajo un estrato de líquido, podemos observar la formación de vórtices, fenómenos coherentes que transmiten el calor de manera más eficaz que la sola conducción térmica. Es un ejemplo de bifurcación que conduce a la aparición de nuevas estructuras, las estructuras del no-equilibrio, que hoy se ha convenido en llamar estructuras disipativas. El no-equilibrio constituye el dominio por excelencia de la multiplicidad de soluciones (véase fig. 2).

La figura 2 muestra las variaciones de la concentración de un componente de una reacción química en función de su separación del equilibrio. ¿Cuál es el mecanismo de aparición de estas nuevas estructuras? Volveremos a ello en el contexto de la cosmología: es siempre un mecanismo de amplificación de las fluctuaciones. En una reacción química, sabemos que se producen fluctuaciones sin cesar. Hay siempre, aquí o allá, un poco más o un poco menos de un compuesto dado de lo que sería su concentración media. Sin duda, para un estado próximo al equilibrio, este hecho es insignificante: las fluctuaciones mueren, y el ambiente vuelve a un estado homogéneo. Pero en una situación alejada del equilibrio puede producirse lo contrario: en vez de comprobar un retorno al estado inicial, vemos una amplificación de las fluctuaciones, y esta amplificación lleva a una situación nueva, que da lugar a una serie de posibilidades variadas que hoy día la física sólo ha empezado a explorar. No hay un campo más «explosivo», hoy, que el del estudio de los fenómenos de no-equilibrio.

¿Por qué este interés por el no-equilibrio? ¿Por qué tal interés por estas nuevas estructuras? Porque hoy sabemos que muchos de los fenómenos interesantes observados en laboratorio y que tienen un papel fundamental en el mundo que nos rodea, no son comprensibles si no es teniendo en cuenta el no-equilibrio.

Un ejemplo que impacta es la historia del clima, con sus numerosos períodos de glaciación desde el inicio del cuaternario. De esta manera es cómo podemos hablar de una historia del clima. Investigaciones recientes han podido demostrar que esta sola expresión ya implica que la biosfera es un sistema alejado del equilibrio. Un sistema en equilibrio no tiene y no puede haber tenido historia: no puede más que persistir en su estado, en el cual las fluctuaciones son nulas.