La naturaleza no es homogénea. La mayor parte del universo es complejo y está compuesto por varios subsistemas:sistemas autónomos dentro de un todo mayor. Células microscópicas y su entorno, por ejemplo, se puede dividir en muchos subsistemas diferentes:el ribosoma, la pared celular, y el medio intracelular que rodea la célula.

La Segunda Ley de la Termodinámica nos dice que la entropía promedio de un sistema cerrado en contacto con un baño de calor, en términos generales, su "desorden" - siempre aumenta con el tiempo. Los charcos nunca se vuelven a congelar en la forma compacta de un cubo de hielo y los huevos nunca se rompen por sí mismos. Pero la Segunda Ley no dice nada sobre lo que sucede si el sistema cerrado está compuesto por subsistemas que interactúan.

Nueva investigación del profesor de SFI David Wolpert publicada en el Nueva Revista de Física considera cómo un conjunto de subsistemas que interactúan afecta la segunda ley para ese sistema.

"Muchos sistemas pueden verse como si fueran subsistemas. ¿Y qué? ¿Por qué analizarlos como tales? en lugar de como un solo sistema monolítico general, del que ya tenemos los resultados, "Wolpert pregunta retóricamente.

La razón, él dice, es que si consideramos que hay muchos subsistemas que interactúan, se llega a una "versión más sólida de la segunda ley, "que tiene un límite inferior distinto de cero para la producción de entropía que resulta de la forma en que los subsistemas están conectados. En otras palabras, Los sistemas compuestos por subsistemas que interactúan tienen un piso más alto para la producción de entropía que uno solo, sistema uniforme.

Toda la entropía que se produce es calor que necesita ser disipado, y también lo es la energía que debe consumirse. Entonces, una mejor comprensión de cómo las redes de subsistemas afectan la producción de entropía podría ser muy importante para comprender la energía de los sistemas complejos, como células u organismos o incluso maquinaria

El trabajo de Wolpert se basa en otro de sus artículos recientes que también investigaron la termodinámica de los subsistemas. En ambos casos, Wolpert utiliza herramientas gráficas para describir subsistemas que interactúan.

Por ejemplo, La siguiente figura muestra las conexiones probabilísticas entre tres subsistemas:el ribosoma, pared celular, y medio intracelular.

Como una pequeña fábrica el ribosoma produce proteínas que salen de la célula y entran al medio intracelular. Los receptores de la pared celular pueden detectar proteínas en el medio intracelular. El ribosoma influye directamente en el medio intracelular, pero solo indirectamente influye en los receptores de la pared celular. Algo más matemáticamente:A afecta a B y B afecta a C, pero A no afecta directamente a C.

¿Por qué una red de subsistemas de este tipo tendría consecuencias para la producción de entropía?

"Esas restricciones, en sí mismas, dan como resultado una versión reforzada de la segunda ley en la que se sabe que la entropía tiene que estar creciendo más rápido de lo que sería el caso sin esas restricciones, "Dice Wolpert.

A debe utilizar B como intermediario, por lo que está restringido de actuar directamente sobre C. Esa restricción es lo que conduce a un piso más alto en la producción de entropía.

Quedan muchas preguntas. El resultado actual no considera la fuerza de las conexiones entre A, B, y C — solo si existen. Tampoco nos dice qué sucede cuando se agregan a la red nuevos subsistemas con ciertas dependencias. Para responder a estas y más, Wolpert está trabajando con colaboradores de todo el mundo para investigar subsistemas y producción de entropía. "Estos resultados son solo preliminares, " él dice.