Un universo de unos y ceros - Redes para la Ciencia

f í s i c a y u n i v e r s o30UNUNIVERSODE UNOS YCEROSProcesar información no es algo exclusivo de cerebros yordenadores: vivimos en una gran computadora llamadauniverso que almacena bits a todas las escalasPor octavi planellsVivimos en la era de lainformación, dicen. Ciertoes que, ante los avancestecnológicos sin precedentes delas últimas décadas, quién noestá informado, es porque noquiere. Nos encontramos hoy enpleno subidón comunicativo yel fenómeno suma y sigue, perosi nos ceñimos a la informacióncomo concepto científico,ésta no es algo exclusivo denuestra era, ni tan sólo de lahumanidad o de los seres vivos.La información existe en todoslos rincones del universo conalgún atisbo de organizacióndesde el mismo momento delBig Bang pero sólo ahora noshemos dado cuenta de ello yhemos aprendido a medirla.La revolución de las tecnologíasde la información y lacomunicación (TIC) no se puedeconcebir sin la teoría de lainformación, publicada en 1949por Claude Shannon, ingeniero ymatemático de los LaboratoriosBell, en Nueva York, y WarrenWeaver, también matemático y,por aquel entonces, director dela División de Ciencias Naturalesde la Fundación Rockefeller, en

U N U N I V E R S O D E U N O S Y C E R O Sla misma ciudad. La teoría surgede la necesidad de transmitirdatos de un modo eficaz, rápido yseguro, en un momento en el quelos avances de disciplinas como lacibernética, la informática o lastelecomunicaciones iban a la par.Shannon y Weaver desarrollaronuna metodología que permitemedir la cantidad de informacióncontenida en cualquier mensaje.La información se convirtióen ese momento en magnitudfísica y, como tal, gozaría deuna unidad fundamental paramedirla, el bit, que ofrece dosalternativas contrapuestas:uno-cero, sí-no, verdadero-falso,presencia-ausencia, lleno-vacío,on-off (ver cuadro p. 33).PERO ¿QUÉ ES LAINFORMACIÓN?La idea de información se basaen analizar cuán probable esun mensaje de entre un ciertonúmero de alternativas. Veamosun ejemplo de cómo se puedemedir la información de estaforma. Imaginemos una partidadel juego del ahorcado. El jugadormenos aventajado es quiencanta la primera letra. Esto esdebido a que, al comienzo, eltérmino que hay que desvelar sebaraja entre un amplio abanicode posibilidades, que incluyentodas las palabras del diccionariocon el mismo número de letrasque la que se ha de adivinar.Pero tras cada carácter quese acierta, los jugadores vandisponiendo de algo más deinformación a la que aferrarse;existe una mayor certeza de darcon ese término puesto que elnúmero de opciones posibles vamenguando. Así, la informaciónayuda a reducir la incertidumbrey a tomar decisiones; proporcionaconocimientos del presentepara actuar en el futuro.Científicos de diferentesdisciplinas, como lasneurociencias, la lógica, lalingüística o la biología molecular,han trasladado la teoría a su áreade estudio. Una de las claves deléxito del método reside en su31

f í s i c a y u n i v e r s o32simplicidad, puesto que el cálculode la información se reduce aun problema de probabilidadesno muy complicado. Lainformación promedio de unmensaje se determina a partirde la probabilidad de que cadaelemento que lo compone, seaelegido de entre un conjunto dealternativas. Siguiendo con elejemplo del ahorcado, el mensajesería la palabra que queremosdesvelar, las letras, los elementosque componen dicho mensaje, y elconjunto de alternativas posible,el abecedario. Pero lo que hafavorecido el uso de este modeloen otros ámbitos ha sido, sobretodo, que permite estimar los bitsde información de un mensaje conindependencia de su significado,una libertad semántica con laque se ha dado rienda suelta alconcepto de información paraextrapolarlo a otros terrenos.TODO LO QUE CONTIENEORDEN, CONTIENEINFORMACIÓNCuantificar los bits quecontiene cualquier cosa esfactible. Tras su definicióncientífica, la información ha sidointerpretada como una medidade la complejidad de los sistemasfísicos. Para el biólogo TomStonier, autor de La informacióny la estructura interna del universo(Hacer, 1996), esta magnitud “estáintrínsicamente relacionada con laorganización de un determinadosistema y se puede describircomo la causa eficiente del estadode organización de éste”. Así,algo compuesto de elementosvariopintos con relacionesenrevesadas entre ellos guardamás información que un conjuntode cosas monótonas y simples.Por ejemplo, en la década de los60, el ecólogo Ramon Margalefusó el índice de Shannon-Weaverpara estudiar la biodiversidadde los ecosistemas. Aquellosmás diversos, con numerosasespecies representadasequitativamente, son los queregistran mayor información.Para el ecólogo “la informaciónse expresa por un mecanismo yalmacenar información, significaincrementar la complejidad deeste”. Dicho de otro modo, losseres vivos y sus relaciones hanganado y almacenado informacióna medida que se han ido volviendomás y más complejos a lo largo delos millones de años de evolución.La informaciónayuda a reducirla incertidumbrey a tomardecisionesEL LARGO CAMINO HACIALO SOFISTICADOEl desarrollo de la computacióntras la teoría de la informaciónha posibilitado a los ordenadoresalmacenar y procesar más ymás bits en menos y menosespacio. Seth Lloyd, investigadordel Massachussets Institute ofTechnology (MIT) señala que“cada año y medio, el tamaño delos componentes informáticos sereduce a la mitad”. El científicoasegura que como resultado deeste fenómeno, los ordenadoresactuales pueden procesar cientosde miles de millones de bits porsegundo, cantidad equiparablea la de nuestro cerebro.Sin embargo, a pesar del ritmofrenético con que avanzan lainformática, la computacióno las telecomunicaciones, losingenieros todavía no han logradohacer que las máquinas gestionenlos bits de un modo tan eficientecomo lo hace la materia gris.Lloyd señala que “un ordenadorse vuelve más rápido en cuanto acapacidad de procesamiento, peroeso no se traduce necesariamenteen una mayor sofisticación”. Unanimal sencillo como puede seruna babosa marina, equipadacon un cerebro de unos pocosmiles de neuronas, es capaz dedesempeñar todas las funcionescomplejas propias de su biología:se nutre, se reproduce, sedesplaza, se defiende... Ésta esla sofisticación a la que se refiereel experto del MIT. En estesentido, apuesta que todavíafaltan miles —¡o millones!— deaños para que los ordenadoresprocesen información de unmodo tan sofisticado como lohacen las neuronas. En cambio,el cerebro animal es el frutode un proceso evolutivo queha durado un par de eones,durante los cuales, el sistemanervioso se ha ido depurando,mientras que el cerebro denuestras máquinas apenascumple 60 años de mejoras.LA VIDA ES INFORMACIÓNY no sólo el sistema nerviosoprocesa información en lanaturaleza; todas las célulascuentan también con susmicroprocesadores. El ADNalmacena información que lamaquinaria celular se encargade procesar e interpretarpara fabricar proteínas, loscomponentes funcionales y

U N U N I V E R S O D E U N O S Y C E R O SLa información de un bitEl bit es la unidad más pequeña con que se puede medir la información. Algo que proporciona un bit de información, como uninterruptor, se puede encontrar en dos estados complementarios: encendido o apagado.1 bit = 2 estados (2 1 )Dos interruptores proporcionan dos bits y cuatro estados posibles.2 bits = 4 estados (2 2 )Un tercer bit duplica las alternativas posibles a ocho.3 bits =8 estados (2 3 )El byte empleado en informática contiene 8 bits y contempla 256 estados. Para el almacenamiento, procesado y transmisión dedatos en informática, a cada uno de estos estados se le asigna un carácter (una letra, un número, un símbolo).1 byte= 8 bits = 256 estados (2 8 )estructurales de la célula. La vidase fundamenta en el ADN y, por lotanto, en el procesado de los bitsalmacenados en dicha molécula.Por tanto, la evolución de losseres vivos encuentra su raíz enel hecho de que la informaciónva cambiando, mutando, conel paso de las generaciones.Asimismo, las células compartendatos con el resto del organismoal cual pertenecen, los procesany actúan según el tipo deestímulo que reciban del otrolado de su membrana.El ADN, como cualquier otramolécula, se compone de átomosque guardan una relación y unorden. Es por este motivo por elque contienen información. Peroes que incluso la historia se repiteen los niveles de organizacióninferiores, puesto que losátomos están formados porpiezas aun menores agrupadastambién de acuerdo con unorden. En el mundo no vivo,moléculas, átomos y partículassubatómicas también almacenany procesan información.En realidad, hace unos 13.700millones de años, tras aquella granexplosión, el primer rudimentode universo empezó ya a procesarinformación. La enorme densidadde las partículas y la colosaltemperatura a la que éstasestaban sometidas en el momentodel Big Bang provocaron unnúmero infinito de colisiones,cada una de las cuales registrababits de información en constantecrecimiento, al mismo ritmoque la materia se fue creando yel orden se fue imponiendo. Eluniverso donde vivimos no es másque una gran computadora queregistra y procesa información.“Billones de billones de billonesde billones de billones de billonesde billones de billones de bits deinformación”, apunta Lloyd.PARA SABER MÁS:La información y la estructura internadel universo. Tom Stonier (Hacer, 1996).Descodificando el universo: cómo la nuevaciencia de la información nos explicatodo el cosmos, desde nuestro cerebrohasta los agujeros negros. CharlesSeife (Ellago Ediciones, 2009).33