Emergència vs elementalitat

S’ha parlat i s’ha escrit molt sobre fenòmens emergents (segons el diccionari de l’IEC, que “emergeix”, que surt de l’obscuritat, de darrere de quelcom que en tapava la vista) quan algun sistema relativament complex presenta algun comportament col·lectiu, moltes vegades contraposant les visions reduccionistes de la interpretació dels fenòmens amb les visions en què apareixen o emergeixen nous fenòmens en augmentar la complexitat. Per exemple, es contraposa la física de les “partícules” elementals que intenten descriure els components últims de la matèria, pensant o no en una “teoria de tot”, a la descripció de les “quasipartícules”, excitacions en sistemes col·lectius, com ara les parelles de Cooper que descriuen el fenomen de la superconductivitat i tantes altres excitacions que ens ajuden a comprendre el món que ens envolta i que tenen les característiques de les partícules elementals, com ara la càrrega elèctrica, la massa i l’spin.

En aquesta contraposició sovint s’oblida que la visió reduccionista de les partícules elementals, ja siguin els quarks i els leptons de l’anomenat “model estàndard” o els elements de les teories de cordes, es fa referència als components últims, més petits, de la matèria. Encara que els que cultiven aquests punts de vista solen estar oberts al fet que un dia es trobin elements encara més elementals. Mentre que les, diguem-ne, “quasipartícules” són entitats o excitacions que ajuden a descriure comportaments que afecten enormes nombres d’àtoms i molècules. Però aquestes quasipartícules que es fan servir per explicar els fenòmens que estudia la matèria condensada o els sistemes biològics són entitats compostes de les partícules més elementals com ara electrons, protons i neutrons o els seus quarks constituents.

Pel que sabem, les partícules elementals interaccionen mitjançant quatre forces fonamentals, la força electromagnètica, la gravitacional, i les forces nuclears forta i dèbil. O si es vol, mitjançant la força electrofeble, la cromodinàmica i la força gravitacional. Aquestes són les úniques forces fonamentals. Una altra cosa és que amb aquestes forces sapiguem descriure els fenòmens de sistemes més complexos, quan ja sabem que el sistema format només per tres partícules puntuals sotmeses només a la força de la gravetat no té una solució analítica. Segurament ni amb els grans ordinadors, ni els actuals ni els futurs ordinadors quàntics, podrem tractar sistemes formats per enormes quantitats d’àtoms com els que descriu la ciència de materials o els sistemes biològics a partir dels seus constituents elementals.

Per tractar aquests sistemes, especialment els més complexos, s’han d’utilitzar moltes altres classes de metodologies i moltes vegades el seu comportament indica certs comportaments col·lectius que permeten la seva descripció. Però aquests comportaments col·lectius, que de vegades fan servir les anomenades quasipartícules, no són fruit de noves forces “emergents”, que existien però que estaven ocultes a la vista, sinó el resultat que no som capaços de reduir la seva descripció a l’estudi de totes les seves parts. A l’esmentat cas de les parelles de Cooper que ens expliquen la superconductivitat a baixa temperatura, entre els dos electrons i els seus entorns no hi ha cap força emergent, nova, sinó només la força electromagnètica.

Algunes vegades s’ha fet servir aquesta contraposició entre la física de les partícules elementals, diguem-ne reduccionista, i la física dels sistemes complexos que fan servir aquestes quasipartícules com un camp de batalla per reivindicar una certa supremacia d’una sobre l’altra. I fins i tot per combatre projectes experimentals de cost elevat, sobretot els del primer punt de vista, com els que fan servir grans i costoses infraestructures. Quan la veritat és que el progrés científic necessita els dos punts de vista sense que un tingui cap superioritat sobre l’altre i els dos són imprescindibles per entendre el món que ens envolta.