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Urbanismo y termodinámica. Un enfoque alternativo

Urbanismo y termodinámica

¿Podemos entender el urbanismo desde la óptica de la termodinámica? Como parte de nuestra investigación sobre cómo los datos pueden contribuir a la mejora de la disciplina del diseño urbano, estamos desarrollando una aproximación termodinámica a cómo crecen y se construyen las ciudades. La razón de este enfoque propio de una ciencia experimental como la física, tiene que ver con la idea de que es muy probable que el urbanismo, como actividad que ocurre en nuestro Universo, no pueda sustraerse a las reglas que gobiernan el resto de las cosas que ocurren en él.

Si esto es así, la formación de las ciudades, como la formación de los continentes, de los planetas, o de las galaxias, debería poder describirse en función de determinadas fuerzas. Y dichas fuerzas deben poder ser medidas. Por tanto, la idea de un diseño urbano que utilice los datos como materia prima es coherente con la identificación de las fuerzas que operan en la formación de las estructuras que componen ese conjunto tan ordenado de átomos que llamamos ciudad.

Y cuando hablamos de las leyes que gobiernan el Universo, probablemente hay una que sobresale por encima de todas: la Segunda Ley de la Termodinámica, que marca la flecha del tiempo y que nos envía inexorablemente al caos. De ella, el gran cosmólogo Sir Arthur Eddington llegó a afirmar:  “No se preocupe si su teoría no está de acuerdo con las observaciones, porque probablemente estén equivocadas, pero si su teoría no está de acuerdo con la Segunda Ley de la Termodinámica, está en serios problemas.”

De lo cual se deduce que el urbanismo no se puede sustraer a la termodinámica. Veremos cómo esto, en efecto, es así.

El todo es (de momento) más que la suma de sus partes

Pensar lo grande desde lo pequeño muchas veces da sus frutos. Schrödinger, en su celebérrimo ensayo “What Is Life?”, anticipó el descubrimiento del ADN, intuyendo que los genes debían de propagarse a través de un tipo particular de estructuras moleculares de carácter cristalino. Apuntó que la vida dependía del orden, y que eso podría solo conseguirse con un gran número de átomos. También predijo que el portador de la información genética debía de ser una molécula “pequeña, permanente en el tiempo”. Para concluir, estableció que, por mucho que la biología pudiera explicar mejor que la física la vida, ésta debía seguir a rajatabla las leyes de la física. Sólo que muchas de dichas leyes, englobadas bajo la naciente disciplina de la bio-física, eran desconocidas en 1940 y, en gran medida, siguen siendo desconocidas ahora.

La aproximación de Schrödinger se engloba dentro del reduccionismo científico, que postula que el todo es la suma de las partes. El hecho de que sea evidente que esto no es así no invalida totalmente este enfoque. Cuanto más sepamos sobre las moléculas, mejor comprendemos las enzimas, y cuanto mejor comprendamos éstas, más profundo será nuestro conocimiento sobre las células. Y la biología celular es importante para el desarrollo de la neurología que, a su vez nutre a la psiquiatría.

Por tanto, de la misma forma que no tiene mucho sentido práctico tratar de desentrañar los problemas mentales de un paciente a través de las ecuaciones cuánticas que gobiernan los átomos de su cerebro, no es menos cierto que la aproximación reduccionista contribuye a perfeccionar nuestro conocimiento en multitud de campos.

La mano que mece la cuna

Observemos cómo el espacio construido es producto de los flujos que confluyen en él, y pensemos en cómo la intensidad de estos flujos y la intensidad de la arquitectura que producen están íntimamente relacionadas. Donde más capital confluye, más altos son los rascacielos. Donde más mercancías se intercambian, la ingeniería civil construye puertos o complejos logísticos más grandes. Un patrón que también se cumple en el mundo digital: los más importantes nodos de intercambio de datos o data centers ocupan enormes superficies.

Que la materia se reorganice en estructuras de tamaño proporcional al aporte energético no es algo propio de las ciudades. Ocurre en prácticamente cualquier ecosistema natural y es también una de las propiedades de la vida. La novedad es que en las ciudades la materia utilice a los seres humanos como fuente del trabajo necesario para esta gran re-estructuración a escala planetaria que llamamos urbanidad.

Los estudios que pretenden entender el urbanismo como producto de los flujos energéticos y materiales de la ciudad no son nuevos. El urbanismo hace tiempo que estudia la relación entre el espacio construido y los aportes energéticos que llegan a la ciudad. Un fenómeno que, a partir de los años 90 del pasado siglo también se ha estudiado desde la sociología urbana: a los espacios urbanos de intercambio Castells les denomina genéricamente “el espacio de los flujos”. Desde la Geografía, las teorías bajo el prisma de “Space Syntax” (sintaxis espacial) estudian qué patrones formales presentan los lugares como producto de las interacciones entre flujos, y cómo, recíprocamente, el diseño de los lugares influye en los flujos sociales y económicos de la ciudad.

En esta serie de artículos sobre cómo explicar el urbanismo desde principios termodinámicos vamos a adoptar una perspectiva complementaria a las anteriores: podemos tratar de entender la ciudad como un ejemplo más de un fenómeno, el de la re-organización de la materia como respuesta a los flujos energéticos, que parece ser consustancial con la naturaleza de nuestro universo.

Adaptación disipativa (dissipative adaptation)

El Premio Nobel de Química Ilya Prigogine acuñó el término de estructura disipativa para describir las estructuras coherentes y autoorganizadas en sistemas alejados del equilibrio termodinámico, un tipo de sistema físico que implica intercambio de energía y que, por tanto, sólo puede entenderse desde la relación con su entorno.

En este tipo de estructuras, el camino irreversible hacia el desorden que marca la segunda Ley de la Termodinámica se detiene, e incluso se invierte. Y eso ocurre debido precisamente al intercambio energético, el cual, en determinadas condiciones, es capaz de contribuir al ordenamiento del sistema.

Este tipo de estructuras no se forman de manera espontánea, sino que depende de cómo la materia del sistema y la energía que en ella incide interaccionan entre sí. El aporte cíciclo de energía puede, en determinadas situaciones crear este tipo de configuraciones estables que concluyen en un equilibrio estacionario. A este proceso dese le conoce como adaptación disipativa. Desde este punto de vista, pensamos que el urbanismo y la termodinámica se relacionan también a través de este tipo de proceso de adaptación disipativa, como veremos más adelante.

De dunas, girasoles y acequias

Cuando hablamos de adaptación, rápidamente pensamos en organismos vivos, pero no sólo la materia viva se adapta a la energía del entorno. Las dunas, por ejemplo, son el resultado de la adaptación de la materia inerte al aporte cíclico de energía del viento. En ellas descubrimos un tipo de configuración organizada de la materia. También las plantas representan un estado de alta organización material que es resultado del aporte energético cíclico del sol y de la energía circundante almacenada en el suelo en forma de nutrientes. A nivel todavía más macroscópico, las civilizaciones de la cuenca del Nilo se organizaron a nivel social y territorial para adaptarse al ciclo de crecidas del río, dando lugar a una intrincada red de estructuras de riego y de cultivos.

Las dunas, los girasoles y los asentamientos agrarios de la antigüedad son ejemplos de auto-organización de abajo a arriba (bottom-up), todos ellos como respuesta a un flujo cíclico de energía. En ellos, la estructura y configuración de la materia se adapta a dicho flujo energético y es función tanto de su frecuencia como de su intensidad. Así, la  posición, orientación y distancia entre dunas depende de la fuerza, dirección e intervalos con que soplan los vientos dominantes. Los girasoles se orientan en la dirección del sol. Y las poblaciones del Nilo organizan sus cultivos y canales en función de la magnitud y frecuencia pasadas y esperadas de las crecidas.

La búsqueda del equilibrio estacionario

De manera que, bajo ciertas condiciones, la materia se puede adaptar a los flujos de energía del entorno en estructuras cambiantes (vivas o no) pero estables. Para ello, el aporte de energía debe ser cíclico y de una intensidad moderada. Si una espiga de trigo recibe toda la energía solar de la primavera concentrada en un minuto el resultado será una hierba chamuscada y no una “espiga de oro dispuesta para el pan.” Y si el sol no se pusiera cada noche para volver a salir al día siguiente, la planta no tardaría en morir estresada. De la misma manera, un flujo cíciclo y moderado de personas migrantes puede ser aprovechado por una sociedad para reconstituirse y prosperar, mientras que una avalancha migratoria provocará grandes tensiones y fracturas, debilitando sus estructuras políticas.

Si, como hemos visto, la estructura de los ecosistemas naturales, de los organismos, y de las organizaciones sociales, se forma y crece gracias a los flujos (moderados y cíclicos) energéticos que sobre ellas inciden, no parece descabellado pensar que en las ciudades, ecosistemas sociales formados por todo tipo de organismos (entre los que se incluyen las personas), el urbanismo y la termodinámica estén relacionados a través de parecidos fenómenos.

Seguimos tratando el asunto de la termodinámica y el urbanismo, esta vez deteniéndonos en la entropía, en el siguiente post.

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Foto de Kenrick Baksh vía Unsplash

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Last modified: 18/04/2022
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