Um fenômeno emergente representa o efeito de um sistema que não pode ser atribuído ao funcionamento em separado dos componentes desse sistema. Nesse caso, não está correto dizer que o todo é maior que a soma das partes, pois não falamos de quantidades…mas de qualidades…E é a soma das partes que faz emergir os fenômenos. – A questão é que não é uma soma aritmética, mas soma das funções e interações entre elas. (“Crônica da Ciência“)

Quanto mais ‘complexo’ um sistema, maior a quantidade de estruturas em feedback nele — bem como maior a possibilidade de surgirem “propriedades emergentes” totalmente novas.

O estudo de ‘sistemas complexos’ cresceu muito nos últimos anos; não obstante ser o conceito de complexidade, ainda muito vagamente definido…segundo diferentes teorias. – O termo ‘complexidade‘ vem do latim…’complexus’…cujo significado é definido por…”entrelaçado”…”retorcido”. Assim, para se ter um ‘sistema complexo’ são necessários: 2 ou mais componentes;  interligados em uma…”estrutura estável”.

Aqui, encontra-se a dualidade básica entre partes – que são, ao mesmo tempo…distintas e interconectadas. Um sistema complexo não pode ser analisado ou separado num conjunto de elementos independentes, sem ser destruído. Portanto é impossível empregar métodos reducionistas em sua interpretação. Se certo domínio for complexo, deverá…por definição  ser resistente à análise, e assim, seus fenômenos não poderão ser reduzidos às suas partes.  O holismo pode ser visto, como uma corrente de pensamento oposta ao reducionismo, propondo a observação do ‘fenômeno complexo’ como um ‘todo‘; ao invés de uma coleção de suas partes… O “holismo”, entretanto, também negligencia um importante aspecto das ‘entidades complexas’, qual seja, o fato de que elas são compostas de “partes distintas“, mesmo que estas se encontrem em… “estreito relacionamento“. — Uma forma simples de modelo que satisfaz, simultaneamente, esses 2 requisitos… aparentemente contraditórios de…”distinção“… e… “conexão” — se refere ao conceito matemático de… “rede”.

Nobel de Física 2021 vai para fenômenos complexos e modelagem climática

Uma rede consiste de nodos e conexões…ou “arcos entre os nodos”, que podem ser vistos como partes de um ‘sistema complexo’, enquanto que as conexões irão corresponder às… “relações” … que se estabelecem entre si.

Esta visão tem a propriedade de ser reversível, isto é, pode-se também ver os nodos como conexões entre arcos, que então são tomados como “elementos componentes“. – Assim, a ‘abordagem reducionista‘ pode ser vista somente como um método de tenta eliminar, tanto quanto possível as ‘conexões‘, enfatizando a individualidade dos nodos, enquanto a ‘abordagem holística‘ elimina, tanto quanto possível, as ‘distinções’ entre estes nodos.  Ambos os métodos reduzem o “fenômeno complexo“, a uma representação mais simples, quer dizer…um conjunto solto de nodos diferenciados…ou uma massa de conexões entre nodos iguais, negligenciando assim uma parte essencial das características do fenômeno.

Ordem e Caos
A principal característica de um sistema ordenado é a sua previsibilidade (espacial/temporal)… Não é necessário conhecer o sistema como um todo                          para reconstruí-lo, ou prever sua estrutura – o sistema é… “redundante”.

O termo ‘complexidade‘ é por vezes tomado como sinônimo de desordem…caos. Porém, apenas esta noção, não é suficiente para sua definição…É necessário entender também o conceito de ‘ordem‘. Exemplos simples são estruturas cristalinas… onde sua ‘simetria‘ se define matematicamente, na ‘invariância’ sob grupos de…’operações/transformações’.

Levada ao limite esta definição, na tentativa de produzir uma ordenação máxima, obtém-se um sistema caracterizado pelo fato de ser “invariante“… sob toda e qualquer possível transformação. A única estrutura possível para tal sistema, então se caracteriza pela total “homogeneidade”…deve ser possível mapear o sistema de uma parte qualquer para outra sem que nenhuma modificação ocorra. Além disso, o sistema deve possuir uma ‘extensão infinita’, porque de outro modo se poderia imaginar transformações, que mapeassem de uma parte do sistema, para algum elemento fora de seus limites. Ou seja, um sistema de ordenação máxima iria corresponder a um…’vácuo clássico‘…substância estendida ao infinito… na qual nenhuma componente… – ou ‘estrutura interna‘, pode ser distinguida.

Tal sistema é o oposto do que se considera um…’sistema complexo’,             que se caracteriza por possuir uma estrutura interna diferenciada.

A desordem, por outro lado, é caracterizada pela ausência de invariância, isto é, pela ausência de transformações (não triviais) que não teriam qualquer efeito distinguível sobre o sistema. – No limite…isto significa que qualquer parte do sistema – por mais insignificante que seja … deve ser diferente ou independente de qualquer outra parte.

O exemplo aproximado de um tal sistema, seria o do…‘gás perfeito’, onde a velocidade de 2 moléculas, não têm qualquer vínculo entre si. Porém, mais de perto o fenômeno  apresenta diversas “invariâncias”, como, por exemplo, o movimento ‘contínuo’… das moléculas do gás, no curto intervalo de tempo – em que não colidem…indicando uma ‘conservação de momentum’.                                                             Além disso, o espaço entre as moléculas pode ser considerado                                              como sendo, o de um…”vácuo clássico“…que… é ‘ordenado’.

Num sistema de ‘máxima desordem’, deve haver partículas com qualquer momento físico aparecendo e desaparecendo a qualquer instante no tempo, e qualquer posição no espaço. Um exemplo de tal sistema é o “vácuo quântico”…As flutuações quânticas do vácuo criam,  e destroem continuamente…”partículas virtuais“…que de tão instáveis… a princípio – são impossíveis de se observar. Na prática, isto faz o ‘vácuo quântico’ indistinguível do ‘vácuo clássico’ – donde se conclui que…tanto a perfeita ordem, quanto a perfeita desordem…no limite, correspondem ao ‘vazio‘…isto é…à ausência de qualquer forma de ‘complexidade’.

Auto-organização em processos dinâmicos

Outra questão fundamental é: ‘De onde vem a ordem?‘  Segundo as leis gerais termodinâmicas…os “processos dinâmicos” tendem a caminhos de menor consumo de energia…até o sistema achar um “ponto de equilíbrio”, onde permanecerá…enquanto não sofrer perturbação.   

Mas, há vários exemplos na natureza de sistemas e organismos…que além de alta energia,  apresentam alta organização interna, em aparente desafio às leis físicas. Alguns deles são:

• Partículas de limalha de ferro…que se alinham segundo as                                              linhas de força do campo magnético a que são submetidas;
• Partículas d’água… que suspensas no ar… formam nuvens;
• Formigas ou abelhas … que formam um complexo sistema                                                  de sociedade… – altamente estruturada… e, hierarquizada.

A organização surge espontaneamente a partir da desordem e não parece ser dirigida por leis físicas conhecidas. De alguma forma a ordem surge das múltiplas interações entre as unidades componentes, e as leis que podem governar esse comportamento…não são bem conhecidas. – A perspectiva comportamental de um “sistema auto-organizável“…poderia revelar, por exemplo, “padrões espaço-temporais” – ou seja… caminhos, limites, ciclos e sucessões poderiam surgir (de repente) em sistemas heterogêneos complexos…Entender estes mecanismos pode conduzir à construção de modelos mais informativos, e precisos.

Os primeiros modelos de formação de padrões usados, baseavam-se em uma abordagem “top-down”, onde os parâmetros descrevem níveis mais altos dos sistemas… De acordo com este enfoque a ‘dinâmica populacional’ é representada em seus níveis mais elevados,  e não como o resultado de uma atividade que ocorre ao nível mais baixo…dos indivíduos.  Este tipo de abordagem viola 2 princípios básicos dos fenômenos populacionais, que são: ‘individualidade‘ e ‘localidade‘…A individualidade tenta considerar as diferenças entre os indivíduos. – Tais diferenças…mesmo pequenas…podem levar a resultados radicalmente diferentes na evolução populacional ao longo do tempo. Já a ‘localidade’, significaria que cada evento além de possuir localização, exerce um tipo de influência. – Ignorá-la…inibe fatores, que talvez pudessem melhorar a visão da dinâmica espaçotemporal dos sistemas.                                            

É necessário a um sistema satisfazer diversas pré-condições e valer-se de vários mecanismos para promover a auto-organização. Tais mecanismos, são, de certa forma, redundantes…e mal definidos — contudo, permitem de certa maneira… – uma ‘avaliação  intuitiva‘… — do “potencial de auto-organização” dos sistemas. São eles:

• Abertura Termodinâmica: Em 1º lugar, o sistema (unidade reconhecível, tal como órgão, organismo ou população) deve trocar energia e/ou massa…com o seu ambiente. Em outras palavras… – deve haver um “fluxo não-nulo” de energia através do sistema.
• Comportamento Dinâmico: Se um sistema não está em equilíbrio termodinâmico, sua única opção é assumir algum tipo de ‘dinâmica‘ – significando contínua mudança.
• Interação Local: Uma vez que todos sistemas naturais apresentam interações locais,  este deve ser importante mecanismo à “auto-organização” dos modelos representados.
• Dinâmica Não-Linear: Sistemas com “laços de feedback”…positivo e negativo…são modelados por equações não-lineares. Com isso, pode ocorrer uma ‘auto-organização’ entre partes do sistema, e as estruturas emergentes em níveis hierárquicos mais altos.
• Grande Número de Componentes Independentes: Uma vez que – a origem da auto-organização recai nas conexões, interações e ‘laços de feedback‘ entre partes dos sistemas…sistemas auto-organizáveis devem possuir grande número de componentes.
• Comportamento independente…da “estrutura interna” dos componentes: Isto quer dizer que não importa do que… – ou…como os componentes do sistema são feitos, desde que façam as mesmas coisas… — Em outras palavras…isto significa, que    a mesma propriedade emergente irá surgir … em sistemas completamente diferentes.
• Emergência: A “emergência“ é, provavelmente, a noção menos conhecida dentre as que se relacionam com ‘auto-organização’…’O todo é maior do que a soma das partes’, exibindo padrões e estruturas – que surgem espontaneamente de tal comportamento.
• Comportamento organizado – e…bem definido: Desconsiderando a estrutura interna de um sistema complexo, visto apenas como mais um “fenômeno emergente”, pode-se constatar que o comportamento deste sistema … é bastante preciso e regular.
• Efeitos em Múltiplas Escalas: A ‘emergência’ também aponta para… “interações” entre múltiplas escalas nos sistemas auto-organizáveis. — Estas…em pequena escala, produzem estruturas em larga escala… — que modificam atividades na escala menor.

Estruturas de Feedback

Uma estrutura de feedback é um ‘laço causal’, uma cadeia de causas e efeitos que forma um anel. Dentre essas estruturas, a mais simples    é o “feedback de reforço” … — cuja principal característica é ser… “auto-amplificador“.

A metáfora da bola de neve que rola e cresce…ao mesmo tempo em que sua velocidade aumenta – além de bem representar o fenômeno … demonstra também 2 movimentos completamente diferentes de perceber o processo…ao se acompanhar a própria “bola”, verifica-se que ela possui um movimento circular de rotação, sobre si mesma. Mas, ao observarmos a bola rolando… vê-se que sua trajetória descreve uma linha reta. – Os 2 movimentos representam 2 formas fundamentalmente diversas de perceber o tempo.

Na tradição científica ocidental adota-se em geral a ‘visão linear’. O tempo é visto como passado, presente e futuro dispostos sobre uma linha. O presente é um ponto, sobre tal linha, movendo-se em direção ao futuro…e deixando o traço do passado atrás de si…Na visão linear as causas estão sempre por trás dos efeitos. Este entretanto não é o caso na visão circular – onde causa e efeito, se conectam por um ‘ciclo‘. – Não faz sentido falar      em “na frente de”…ou…“atrás de” uma trajetória circular…onde qualquer ponto está ao mesmo tempo na frente e atrás do outro. Na verdade, cada uma dessas visões necessita      da outra – pois correspondem a duas diferentes perspectivas, de um mesmo fenômeno.

A metáfora da “bola de neve”…mostra como 2 perspectivas podem ser                      combinadas em 2 visões complementares — através de uma estrutura                                circular de feedback rolando (uniformemente) sobre um tempo linear.  

“Metabalanceamento” e “fenômenos meta-estáveis”                                                    Um sistema…”meta-balanceado”…é um sistema que pode ser visto de 2 diferentes perspectivas. A nível de detalhe está totalmente “desbalanceado”… – mas de uma     perspectiva global, o sistema parece estável e ordenado. – O curioso aqui é que o sistema precisa estar desbalanceado internamente para produzir ‘ordem global’.

Frequentemente comportamentos muito organizados surgem em sistemas de extrema complexidade. – Nos organismos vivos…por exemplo… – bilhões de células interagem apresentando um comportamento, notavelmente organizado. – Ainda que os diversos ‘fenômenos emergentes’ que ali ocorrem sejam muito diferentes uns dos outros – eles possuem algo em comum. Um conceito muito importante que conecta a todos eles é o “meta-balanceamento“. Este é um conceito considerado “chave” ao entendimento        da “emergência“, sendo um dos aspectos menos intuitivos da…”teoria dos sistemas”.

É como afirmar que o modo de produzir ‘estabilidade emergente’ em um sistema,  é induzi-lo internamente…a um “estado desbalanceado”…Na verdade, os efeitos “bola de neve” … bem como o “dominó”, são… — “fenômenos meta-estáveis“.

No efeito dominó, há um comportamento estável e ordenado no sistema: a “onda“. Mesmo assim, todavia, o comportamento individual, observado em cada ‘dominó‘… é          de desequilíbrio. – Isso porque a composição da…’esfera invisível‘…formada pelos dominós que caem, rola exatamente no ponto em que estes tombam, desbalanceados.

Um sistema “balanceado” (ou, “em balanço“) é um sistema que não dispende energia. Portanto, um sistema está “desbalanceado”…quando gasta energia, e para provocar o surgimento de ‘fenômenos emergentes’ nos sistemas…é necessário fazê-los dispender energia…Além disso, deve-se continuamente alimentá-los com novos componentes, e energia para sustentar o meta-balanceamento…Assim, o efeito dominó somente pode       se manter, enquanto houver um novo dominó em pé… – na frente do que está caindo.

Em outras palavras, é necessário alimentar-se constantemente a esfera invisível com novos dominós para mantê-la desbalanceada. Da mesma forma como a bola de neve precisa ser alimentada com mais neve para manter-se crescendo… – Deste modo, ao contrário dos “sistemas estáveis”, sistemas ‘meta-estáveis‘ consomem muita energia.     ‘Metabalanceamento‘ é uma propriedade universal de todos fenômenos emergentes.

Sobrevivência e Uniformidade

Quando se observa uma onda no oceano (ou qualquer outra onda) tem-se a sensação que, de algum modo, de um momento para outro, ela “sobrevive“…isto é… a onda se apresenta como sendo única…e de duração prolongada no tempo. – A questão é que, quando a onda se ‘auto-reproduz’… avançando ao momento seguinte … ela o faz a partir de componentes diferentes. – Assim, se a onda emergente for observada a partir de uma “gota d’água”… já não será a mesma onda. Tal comportamento é característico de um ‘fenômeno emergente’, sendo verdadeiro — para todo tipo de ondas.

Na esfera dos “seres humanos”, por outro lado, tem-se a sensação de sobrevivência…de     um instante para outro, no entanto…o que realmente ocorre é um contínuo processo de “substituição“… Nova energia e novas moléculas fluem continuamente no organismo humano, onde o ciclo de substituição, ao nível molecular, dura cerca de sete anos…Este     é o período em que…todas as moléculas do corpo humano – são substituídas por novas.

Assim, quando se fala em “sobrevivência” e “uniformidade” deseja-se referir à estrutura do sistema. – Ainda que todos os componentes do sistema sejam substituídos por novos… sua ‘estrutura’ permanece fundamentalmente a mesma. Ficam assim evidentes as razões pelas quais tais conceitos precisam ser analisados em conjunto – segundo suas diferentes visões:

A “estrutura global” dos Sistemas Complexos                                                              “Nuvens, padrões climáticos, correntes nos oceanos, assembleias comunitárias,    economias e sociedades…de todo tipo, exibem formas complexas… – indicando                 em sua infra-estrutura elementos de uma intensa e contínua auto-organização”.

A teoria da complexidade se relaciona muito de perto com a teoria dos sistemas.          Ambas por sua vez estão relacionadas com a “teoria do caos” … e a “cibernética”.            Esse relacionamento é resumido na tabela abaixo…a diferentes tipos de teorias:

As teoria dos “sistemas” e da “complexidade” se sobrepõem — sendo baseadas em mesmos princípios; qual seria então a necessidade de duas disciplinas distintas?…A razão principal parece ser o fato de que ambas pertencem a 2 diferentes ‘tradições científicas’…entretanto, há certamente outros motivos… Nem todos os sistemas são tão simples como a galinha e o ovo… – Em um sistema, constituído por milhões de componentes – projetar sua estrutura circularmente…descrevendo todos os possíveis laços de feedback – seria quase impossível. Um esquema resumido de feedback em sistemas complexos é mostrado na Figura a seguir.

Como o diagrama sugere, há um relacionamento circular entre a estrutura global do sistema e as interações locais entre os componentes. A estrutura global pode ser definida como a rede de todos relacionamentos locais…produzida e mantida num dado momento, pelo total de interações que ocorrem neste instante… Cada um…e todos componentes do sistema interagem com seus vizinhos imediatos – modificando assim a ‘estrutura global’.

Uma vez que cada componente responde à “estrutura global”… então o comportamento de cada indivíduo é determinado pelo todo; ao mesmo tempo em que a resposta independente de todos componentes… em um      dado momento, produz o ‘todo’…correspondente ao momento seguinte.

Um exemplo de sistema complexo é uma ‘sociedade’…consistindo em muitos componentes independentes… interagindo de modo local. – O estado corrente da sociedade é a estrutura global. – Cada um, e todos os indivíduos respondem ao ‘estado corrente’…e portanto criam o novo estado da sociedade no momento seguinte, e assim por diante… — Desse modo, um “sistema complexo” pode ser definido como sendo constituído por inúmeros componentes, que interagem localmente para produzir um…”comportamento geral“… organizado e bem definido…de acordo com uma forma autônoma da estrutura interna de seus componentes.

Sistemas auto-organizáveis apresentam frequentemente, uma forma altamente complexa de organização… As colmeias – por exemplo – tem padrões óbvios…e regularidades, mas não são estruturas simples. – “Elementos estocásticos“ afetam a estrutura e dinâmica de uma colmeia…gerando variáveis não-determinísticas. – Justamente por ser vista de muitas formas, é difícil uma definição apropriada para…“complexidade“. Intuitivamente, esta encontra-se em algum lugar entre a ordem e o caos – entre a superfície espelhada de um “lago”… – o “bater de asas de uma borboleta“… – e a turbulência de um “maremoto”.

‘Estado quiescente‘ & Transição de fase (…na fronteira do caos)                    ‘Complexidade‘ tem sido medida de várias maneiras…através de entropia                              métrica, profundidade lógica, conteúdo de informação…e outras técnicas                              semelhantes…adequadas a aplicações da química e física…mas nenhuma                                delas descreve, ‘completamente’, as características da “auto-organização”.

Uma forma de abordar o estudo da complexidade…considerando a ausência de definição satisfatória, é descrever certo espaço compreendido entre a ordem e o caos, denominado    “fronteira do caos“…Em 1990, Chris Langton conduziu um experimento, empregando ‘autômatos celulares‘ (‘AC‘)…Tentava-se assim, descobrir sob que condições um simples ‘AC‘ suportaria interações do tipo transmissão, armazenamento, e troca de informações: 

Cada célula recebe todos seus “inputs” das demais células em sua região mais próxima, definida como sua ‘vizinhança’. — O estado interno das células… no momento seguinte, então é determinado … pelo ‘estado‘ de sua vizinhança…e a “função de transição”, que indica, qual o novo ‘estado‘ a ser assumido pela célula… Assim, portanto, o “estado da vizinhança” fica associado à transmissão… enquanto o “estado interno” do AC se refere ao armazenamento; já a “função de transição”, espelha a modificação da informação.

Para determinar como a ordem e o caos afetavam a computação…Langton formulou um valor lambda, definido como a probabilidade de dada vizinhança produzir numa célula determinado estado interno particular, denominado “estado quiescente“… Quando λ assumia o valor zero, todas as vizinhanças moviam uma célula para o estado quiescente,     e o sistema era imediatamente organizado. No entanto ao λ assumir o valor 1, nenhuma vizinhança se movia para o “estado quiescente”, e o sistema mantinha-se “desordenado”.

Tal experimento demonstrou a existência de um “valor crítico” para λ… correspondendo a pontos de transição de fase…em cuja proximidade, a organização computada pelo sistema é máxima. Por outro lado…ultrapassado esse valor, o caos surgia muito rapidamente… De acordo com Langton – pela associação da computação com tal ‘valor crítico‘…um sistema auto-organizado precisaria manter-se na “fronteira do caos”…para computar a si próprio.

As transições de fase nem sempre ocorrem de forma brusca como quebra entre 2 estágios. Por exemplo, a passagem de um líquido, do ponto de congelamento para o de ebulição, se dá de forma gradual, entre um estado e outro. Porém, a transformação do estado líquido para o gasoso nas vizinhanças da temperatura de ebulição, se dá num espaço muito curto entre os 2 estados. – Após um aquecimento gradual…ocorre uma mudança brusca para o estado gasoso… de forma que as 2 fases são claramente distintas, separadas por uma fina região com as condições da transição…O estudo de tais regiões é normalmente muito útil para a previsão das propriedades do sistema…ou da substância, em diferentes condições.

Towards infinite-capacity wireless networks, with twisted vortex radio waves

O mistério dos Vórtices

Redemoinhos, tornados, são exemplos perfeitos de ‘vórtices‘. O curioso sobre eles… é que parece haver alguma força em seus centros, sugando… a partir de um ‘certo ponto’, tudo o que estiver ao seu alcance. Isto, entretanto, é apenas uma ‘ilusão’ devida ao movimento das massas em círculo. – Removidas estas massas do vórtice… — não sobra nada.

Entretanto, observando-se os vórtices, fica claro que existe uma força em                      algum lugar…A resposta para… – onde ela está?… é talvez uma das mais                  importantes da ‘ciência da complexidade’…Ela vem de dentro do sistema.

Ainda que na aparência uma força externa esteja organizando o vórtice…quem anima o fenômeno – são as próprias massas…em “movimento circular”. – Uma das razões deste conhecimento ser tão importante, é que encerrou a longa disputa entre o ‘vitalismo‘ e o ‘materialismo‘. – Enquanto os ‘vitalistas’ defendiam a ideia da existência da uma “força vital”; aos ‘materialistas’ não seria necessária qualquer força externa para o surgimento    da vida… O estudo dos vórtices mostra que ambas colocações estão corretas.  Os vitalistas, muito acertadamente, identificaram uma força vital, correspondente à força de sucção ilusória – existente no centro do vórtice. A visão materialista é também correta – porque tal ‘força vital‘ emerge do interior do sistema. – Nada do exterior está organizando o vórtice. – A força vital é real, mas não ‘existe’, possuindo o que se chama ‘hiper-existência‘… que, para ocorrer — as seguintes condições devem ser satisfeitas:

1. O ‘fenômeno emergente’ estaria “incorporado”;
2. Seus componentes estariam “desbalanceados”;
3. Processos de “feedback” operando no sistema.

Todas essas 3 condições…são satisfeitas pelos vórtices… (a) Um vórtice não pode emergir no vácuo…ele necessita estar incorporado em um ‘meio físico‘… – O que corresponde à 1ª definição de “sistema complexo” (…conter vários componentes ‘independentes’)…(b) Um vórtice não pode emergir – a menos que as massas de ar ou água que o compõem estejam em movimento (‘desbalanceadas’)…(c) o vórtice é uma…”estrutura circular“, permitindo feedbacks. Satisfeitas todas condições, a força virtual de sucção central emerge no vórtice.

A evolução por “seleção natural”                                                                                          Para estar em “meta-balanceamento”, um sistema complexo precisa estar desbalanceado ao nível de seus componentes…E, para isso, estes precisam de independência e liberdade.  

Tendo em vista que as estruturas de feedback podem atuar como filtros emergentes… ficam então tipificados tais… “processos de redução de informação” como uma forma de ‘seleção‘.  Há cerca de 150 anos atrás … Charles Darwin chegou à conclusão…que…o “mecanismo” da evolução biológica, correspondia justamente,  a um processo de “seleção natural”, definido como a “sobrevivência” do melhor adaptado.

Darwin via os organismos como um tipo de “máquina perpétua” … atravessando um processo de filtragem natural. No contexto da complexidade, tal conceito corresponde a mecanismos capazes de perpetuar sua execução…e se reproduzir. Portanto, organismos vivos entram nesta categoria, e para se manterem em funcionamento necessitam de um contínuo fluxo de energia e matéria através de si próprios, isto é…necessitam alimentos. Contudo, a seleção natural não é somente um filtro, ela é também uma ressonância que amplifica os organismos adequados, enquanto que os inadequados vão sendo retirados    de cena. E, para ser realmente criativa, precisa estar ‘desbalanceada‘…Mas, como fazer isso no sistema biológico? (Fazendo os organismos competirem por recursos limitados).

Quando organismos competem…eles tornam a própria adequação instável…O que hoje é adequado, pode não o ser amanhã…Um cenário de adequação dinâmica é fonte de novos fenômenos emergentes…que tornam a seleção natural mais do que um mero processo de filtragem passiva. Esta adequação produz criatividade e inteligência…sendo o fenômeno emergente mais importante de todos … por abrir caminho para a “evolução da evolução”. Isto pode ser constatado…na seleção natural, na evolução da mente…e evolução cultural dos povos. – Sistemas complexos são todos, constituídos de “outros todos”, mas não são criticamente dependente de seus componentes … que são os outros todos. Se uma célula morre – ou uma formiga se perde… – isto pouco importa ao sistema ao qual pertencem.

Sistemas complexos são ‘meta-estáveis’ porque são constituídos de ‘todos’ independentes que interagem…Quanto mais liberdade possuem os componentes, mais desbalanceado se torna o sistema … e isto é fonte de mais…”meta-estabilidade global”…evidenciando que a natureza, de certa forma, oscila entre o caos e a ordem. (texto base) Luiz Antônio Palazzo  ***********************************************************************************

O fenômeno emergente, e suas propriedades coletivas                                                    Associado às teorias dos Sistemas Complexos, o fenômeno da emergência é um processo de formação de padrões complexos a partir de uma multiplicidade de interações simples. 

Uma “catedral” produzida por uma colônia de cupins é um exemplo clássico de emergência na natureza.

O comportamento…ou ‘propriedade emergente’ pode surgir … quando um grande nº de agentes (“entidades simples”) operam em um ambiente, produzindo…“comportamentos complexos”…a níveis coletivos. Normalmente – a propriedade em si é ‘imprevisível‘…representando um novo estágio … dentro da evolução dos sistemas. Tal comportamento complexo, não se trata de uma propriedade particular de qualquer entidade; e também não pode ser previsto ou deduzido dos comportamentos das entidades, a nível inferior.

Uma razão para sua ocorrência – é o número de interações entre os componentes de um sistema, que cresce ‘combinatoriamente‘, com o número destes componentes. – Permite-se, desta forma, potencialmente… o surgimento de uma série de novos e variados…“tipos comportamentais“.

Por exemplo — possíveis interações entre grupos de moléculas crescem enormemente, com o número de moléculas…de modo que é impossível calcular o número de arranjos possíveis, mesmo para um sistema com apenas 20 moléculas. Por outro lado – apenas        a existência de um grande “número de interações“ – não é o suficiente para garantir o “comportamento emergente” – muitas destas interações podem ser previsíveis ou irrelevantes, e muitas podem cancelar as outras…Em certos casos, um grande número      de interações pode – inclusive … “trabalhar contra” a emergência de comportamentos interessantes, criando uma grande quantidade de “ruído” que elimina qualquer “sinal” emergindo…O comportamento emergente pode precisar ser temporariamente isolado      de outras interações antes de ter massa crítica suficiente para poder se ‘auto-suportar’.

Portanto não é apenas o número de conexões que encoraja a emergência; também deve      ser considerado o modo como estas conexões estão organizadas. – Uma ‘organização hierárquica’ é um exemplo que pode gerar o comportamento emergente…mas, talvez mais intrigante…é que o comportamento emergente pode também surgir de estruturas organizacionais mais descentralizadas, como num mercado. Em muito casos, o sistema precisa alcançar um nível de ‘diversidade’ — ‘organização’ e ‘conectividade’ tal…que, de alguma forma, induza a possibilidade da ocorrência de seu ‘comportamento emergente’.

Estruturas emergentes podem ser encontradas em muitos ‘fenômenos naturais‘,                  do domínio físico ou biológico. A estrutura espacial e o formato das galáxias são propriedades emergentes…que caracterizam a distribuição de energia e matéria                em larga escala no universo. Fenômenos climáticos…do tipo ‘furacões’, também                  são produto de propriedades emergentes. Muito se especula que a “consciência”,                    e a própria “vida“…sejam resultado de propriedades emergentes – da interação                  de uma vasta rede de muitos neurônios e moléculas complexas; respetivamente.

Estruturas emergentes na Natureza                                                                                      A vida é a maior fonte de complexidade, e a evolução…o princípio ou força motora da vida. A evolução – portanto, é a razão principal para o crescimento da complexidade no mundo  natural. Todavia – há quem afirme que o começo, e o desenvolvimento da evolução, pode estar relacionado a uma “propriedade emergente” das “leis da física”…em nosso Universo.

“Reducionismo” versus “complexidade”

De acordo com a “perspectiva emergente”,  a inteligência surge das conexões entre os neurônios … e, conforme esta perspectiva, não é necessário propor uma “alma”, para sustentar o fato de que — cérebros podem ser inteligentes, mesmo levando em conta que os ‘neurônios individuais’ – não o são. 

‘Estruturas emergentes‘ são padrões, que não são criados por um único evento…ou regras. — Não existe nada comandando o sistema, para que este forme um ‘padrão‘. Ao invés disso … interações de cada parte  do sistema com o ambiente externo criam um processo complexo…que leva à ordem.

Pode-se então concluir que…as estruturas emergentes são mais que a soma de suas partes, pois a ordem emergente não irá surgir se as várias partes são simplesmente coexistentes; a interação destas partes é fundamental – ajudando assim a explicar a “falácia reducionista”.

Um exemplo biológico é uma colônia de formigas: a rainha não dá as ordens diretas e não diz às formigas o que fazer. — Ao invés disso, cada formiga reage a… “estímulos químicos” deixados para trás por outras larvas, ou formigas, numa trilha química – que, por sua vez, gera estímulo para outras formigas. – Neste caso, cada formiga é uma unidade autônoma, que reage de acordo com seus arredores … e regras genéticas codificadas para sua espécie. Tirando o fato da tomada de decisões ‘centralizada‘ — as colônias de formigas exibem um comportamento complexo…mostrando-se até capazes de resolver problemas geométricos.

‘Estruturas emergentes’ são uma estratégia encontrada em muitos grupos de animais: colônias de formigas, colmeia de abelhas, bandos de pássaros, rebanho de mamíferos, cardume de peixes, alcateia de lobos, etc. com base em feromônios e rastros químicos.

O “fenômeno emergente” pode ser um processo diacrônico (através do tempo), como a evolução do cérebro humano através de milhares de gerações sucessivas; ou sincrônico (simultaneamente…em escalas de tamanhos diversos), como interações microscópicas entre neurônios, produzindo um cérebro humano capaz de pensar (mesmo sabendo-se    que neurônios individuais não tem consciência própria). Geralmente…a nível imediato    de interações simples, o fenômeno emergente não existe – ou só existem alguns traços.

A emergência na física                                                                                                          Quando as explicações teológicas e teleológicas foram deixadas de lado; a explicação dos fenômenos pela ‘emergência’ caracterizou o advento do ‘pensamento científico moderno’. Porém, não há consenso sobre quando a ‘emergência’ deve ser utilizada como explicação.  

No estudo da física, a emergência é usada para descrever uma propriedade, lei ou fenômeno que ocorre em escala macroscópica (em tempo ou espaço) mas não em        escalas microscópicas, devido ao fato de um sistema microscópico poder ser visto        como um grande conjunto de sistemas microscópicos…Alguns exemplos incluem:

Cor. Partículas elementares como prótons ou elétrons não possuem cor, que só ocorre quando são arranjadas sob a forma de átomos…que absorvem ou emitem uma faixa de frequência específica de luz; a qual representa uma cor. (Note que enquanto os quarks      têm uma característica chamada pelos físicos de ‘mudança de cor‘, esta terminologia é meramente figurativa, não tendo qualquer relação real com o conceito empírico de cor)

Fricção. Partículas elementares não possuem fricção – ou mais precisamente…as          forças entre estas partículas são ‘conservativas’. Entretanto…a fricção emerge para estruturas mais complexas de matérias…cujas superfícies podem absorver energia      quando esfregadas uma contra a outra…Considerações similares são aplicadas aos conceitos emergentes na mecânica contínua tais como a viscosidade e elasticidade.

Mecânica clássica. As leis da mecânica clássica podem ser vistas como emergindo de um caso limite das leis da ‘mecânica quântica’…aplicadas a massas grandes o suficiente.      Entretanto, isto pode gerar controvérsias…pois a mecânica quântica é imaginada como mais complicada do que e mecânica clássica; assim como as regras de nível inferior são geralmente menos complicadas (menos complexas) do que “propriedades emergentes”.

Mecânica estatística. A mecânica estatística foi inicialmente criada usando o conceito de um conjunto grande o suficiente…de modo que suas flutuações pudessem ser de todo tipo, e portanto ignoradas; como consequência, alguns conceitos devem ser modificados ou abandonados complemente…no caso de ‘sistemas microscópicos’, onde flutuações se tornam relativamente grandes e importantes para uma verdadeira descrição do sistema. Assim…com quantidades limitadas…não exibindo transições de fase de primeira ordem, não é possível categorizar completamente um conjunto como líquido ou sólido, pois tais conceitos (sem definições complementares) só são aplicáveis a ‘sistemas macroscópicos‘.

A temperatura é muitas vezes usada como exemplo de um “comportamento emergente” macroscópico. Na “dinâmica clássica”…a imagem instantânea do momento de um grande número de partículas em equilíbrio é o suficiente para encontrar a energia cinética média por grau de liberdade — que é proporcional à temperatura…Para um pequeno número de partículas, todavia, o instantâneo de um certo momento não é estatisticamente suficiente para determinar a temperatura do sistema. Entretanto, usando a ‘hipótese de Ergoden‘, a temperatura pode ainda ser obtida com precisão arbitrária, por uma contínua verificação do momento num período de tempo longo o suficiente. Ademais, a ‘distribuição canônica’ de (temperatura constante) é perfeitamente definida — mesmo para uma única partícula.

Em algumas teorias da “física de partículas” – mesmo estruturas básicas: como massa, espaço e tempo são fenômenos emergentes, surgindo de conceitos mais fundamentais.  Em certas interpretações da… “mecânica quântica” – a percepção de uma… “realidade determinística”, onde todos os objetos possuem uma posição e momento definidos…é, atualmente, um “fenômeno emergente”…com o verdadeiro ‘estado da matéria‘…sendo descrito como ondas, que não precisam necessariamente de uma posição ou momento.

Sistemas Emergentes                                                                                                          Sistemas com propriedades emergentes podem parecer não seguir os princípios                    da ‘entropia’ e a segunda lei da termodinâmica — pois eles se formam e crescem independentemente da falta de um comando ou controle central. Isto é possível      somente porque ‘sistemas abertos‘ podem extrair informações do seu ambiente.

Processos ou ‘comportamentos emergentes’, podem ser vistos em um grande número de lugares, desde qualquer organismo biológico multicelular, até as imagens de tráfico…ou, ‘fenômenos organizacionais’…simulados por computadores. O “mercado de ações” é um exemplo de…“emergência em larga escala“…pois regula preços relativos de companhias,    ao redor do mundo…apesar de não haver um líder; não há uma entidade controlando os trabalhos do mercado inteiro. – Os agentes (‘investidores’) só conhecem um nº limitado    de companhias em seu portfólio…e devem seguir as regras reguladoras do mercado. Das interações de investidores individuais a complexidade do mercado emerge com um todo.

Tal como a internet, ou wikipédia, todos projetos descentralizados e distribuídos não são possíveis sem um grande número de participantes ou voluntários…Nenhum participante individual conhece a estrutura inteira, todos conhecem e editam só uma parte, apesar de todos os participantes terem a sensação de estarem participando de “algo maior que eles mesmos”. O retorno de cima para baixo aumenta a motivação/união…o retorno de baixo para cima…variedade e diversidade; agentes da complexidade em estruturas emergentes.

Estruturas emergentes aparecem em diferentes níveis de organização. Auto-organização emergente aparece frequentemente nas cidades sem planejamento adequado ao modelo.    O estudo interdisciplinar de comportamentos emergentes geralmente não é considerado um campo homogêneo, mas, dividido entre suas aplicações, ou domínios dos problemas.    Em distinção às ciências comportamentais; uma propriedade emergente não precisa ser mais “complicada” do que as propriedades não emergentes que a geraram. Por exemplo,    as ‘leis termodinâmicas‘ são relativamente simples; mesmo que as leis que governam as interações entres as partículas sejam complexas. Portanto, o termo emergência na física,    é usado não com o significado geral de complexidade, mas para distinguir quais as leis e conceitos que se aplicam a escalas macroscópicas, das aplicadas a escalas microscópicas.

Deve ser enfatizado que, em cada um desses casos, embora um fenômeno emergente na escala macroscópica não existe diretamente na escala microscópica, sua existência ‘real’ ainda pode ser explicada (geralmente após uma análise matemática rigorosa), pelas leis      da física, em escalas microscópicas – considerando as interações entre todos elementos deste objeto macroscópico. Além disso…fenômenos emergentes podem demonstrar por que uma teoria física ‘reducionista’ – tratando toda a matéria em termos de suas partes componentes…as quais obedecem a uma quantia relativamente pequena de leis – pode  ser capaz de produzir modelos de…”objetos complexos” — tais como formas de… “vida”.

Entretanto, por outro lado, fenômenos emergentes servem para nos prevenir contra um tipo de ‘reducionismo radical’, quando a explicação microscópica de um fenômeno pode ser muito complicada para assumir qualquer uso prático. — Por exemplo… se a química pode ser explicada com a emergência de interações na “física de partículas”…a “biologia celular” como emergindo das interações em química – nós, humanos…como sendo uma emergência de interações na biologia celular; as ‘civilizações‘, como uma emergência na interação entre humanos – e a ‘história humana’ – como uma emergência de interações entre civilizações…isto tudo não implica que pode ser particularmente fácil ou desejável tentar explicar a história humana em termos das leis da física de partículas. (texto base)  **********************************************************************************

Sistemas Auto-organizados pela Gravidade  (Lee Smolin…”A Vida do Cosmos”)      Há muitas coisas na natureza que não têm tamanho definido…mas, cuja formação não parece estar associada a transições de fase. Parecem formar-se espontaneamente, sem     que a temperatura precise ser sintonizada com um valor preciso… Podemos perguntar então, como sistemas críticos como esses conseguem se formar… E, uma coisa é certa,  isso não pode acontecer a qualquer sistema em ‘equilíbrio termodinâmico’…pois nada acontece de interessante em sistemas desse tipo… — a não ser… ‘transições de fase‘.

Scientists discover fractal patterns in a quantum material

A formação de estruturas – numa vasta gama de escalas…só pode acontecer em “sistemas críticos”…longe do equilíbrio termodinâmico; e são fundamentais ao entendimento da ‘auto-organização‘,  e da própria vida. Apesar de estudados há muito tempo, só a pouco, através do físico teórico…Per Bak… do “Imperial College” de Londres, que se percebeu a importância destas ‘estruturas geradas’ não possuírem um tamanho específico.

Em contraste com as transições de fase que não podem acontecer a menos que certas condições sejam precisamente observadas…um sistema crítico auto-organizado pode ocorrer espontaneamente. – Tudo o que é necessário é um sistema que não esteja em equilíbrio, para que haja um “fluxo de energia“…ou de materiais… que o atravesse.  Uma razão para que tais sistemas auto-organizados sejam frequentemente “sistemas críticos”, é que o processo de auto-organização é hierárquico. Isso acontece porque o processo pelo qual os componentes de um sistema se tornam inter-relacionados…na formação de ciclos…uma vez iniciado, pode repetir-se em uma escala cada vez maior.

Neste caso — existem mecanismos gerais que formam                         ‘estruturas‘ ao longo de uma vasta gama de escalas.

Num sistema suficientemente complexo, encontramos muitas camadas de organização, cada uma das quais, unida por ciclos e inter-relações… que caracterizam sistemas auto-organizados estáveis. – Considerando sua aplicabilidade universal…(biosfera, sistemas sociais, etc.) é muito tentador considerar que a auto-organização de um sistema crítico seja a ‘chave’ na formação de estruturas no universo. A razão é que, sistemas mantidos pela gravidade têm tendência a se autorganizar com o tempo (como ‘sistemas críticos’).

Padrões fractais                                                                                                                “Fractais são definidos como padrões, que repetem suas características gerais…em uma gama muito ampla de escalas. Costumam ser produzidos por sistemas críticos, exibindo transição de fase por um rearranjo da posição e movimento de seus componentes, mais suscetíveis às variações de certos parâmetros — tais como: pressão, temperatura… etc.”

A forma desta nebulosa planetária, na constelação de Cassiopeia, lembrando uma borboleta ou ampulheta, foi moldada quando uma estrela como o Sol se aproximou do final da sua vida e soprou ao espaço circundante suas camadas exteriores – transformando-se em uma “nebulosa planetária”. [NASA/ESA]

Nosso Universo, na verdade, é um ‘sistema crítico’, com uma estrutura distribuída…em várias escalas. Nesse sentido, alguns físicos questionam – se isso poderia ser o resultado de uma “transição de fase”.

Poderiam… por exemplo, os padrões galáticos (espiralados) terem se formado através de um    longo processo (‘fractal’), justamente análogo,  àquele onde se formam os… “flocos de neve”?

Com efeito, acredita-se que o universo esfriou… a partir de temperaturas extraordinariamente altas,      à medida que se expandiu. — Nesse caso… parece então possível, que esse nosso — “sistema crítico”, realmente tenha passado por uma — ou, algumas “mudanças de fase”… — que, como consequência, levaram à formação de ‘estruturas’ — sem escalas muito bem definidas, distribuídas em um padrão,    de certa maneira — bem semelhante ao…”fractal”.

“Entropia gravitacional”                                              A tendência dos sistemas mantidos pela gravidade de se ‘autorganizarem’ pode ser entendida diretamente do contexto dos ‘sistemas autorganizados em desequilíbrio’.        Todos sistemas mantidos pela gravidade são – até certo ponto, desse tipo… Isso se            dá — porque há enorme quantidade de energia ‘potencial gravitacional’ disponível.

Um fato de primordial importância para a questão da existência de estrutura no universo, é que, em geral…’sistemas mantidos pela gravidade’…não têm a tendência, ditada pela lei da entropia crescente — de evoluir com o tempo … rumo a configurações uniformes, e desorganizadas…Essa é uma consequência de ser a força gravitacional ‘universalmente atrativa‘ e ter alcance infinito. Assim, ao contrário de sistemas que chegam ao equilíbrio, um sistema mantido pela gravidade, no tempo, tende a ficar cada vez mais “heterogêneo”.

A vida deve ser um “caso especial”…quase extremo de um processo autorganizacional,    que pode surgir espontaneamente, quando há fluxo constante de energia pelo sistema.       A luz vinda do Sol é um excelente exemplo de ‘energia renovável‘…aproveitada por “processos autorganizados” … considerando que a frequência com que chega até  nós… — passando através da atmosfera… — é exatamente a adequada para estimular  reações químico-orgânicas… — as quais são indispensáveis à proliferação da… “vida”.

“teoria geral da autorganização”                                                                                                  É assim que as galáxias funcionam, e é o que está acontecendo…em maior                          ou menor grau…em todos sistemas gravitacionalmente “autorganizados”.

Qualquer processo que resista à tendência natural de desordenação aleatória requer energia. Essa é a razão pela qual, nenhum ‘sistema isolado’, tendendo ao ‘equilíbrio’,          pode ser “auto-organizado“… Apenas em sistemas abertos, através dos quais flui energia a uma taxa constante…é que existe a chance de…”processos autorganizados”  surgirem espontaneamente — e assim… se manterem ordenados ao longo do tempo.

Dessa forma, uma ‘teoria geral de autorganização‘, baseada na termodinâmica de sistemas distantes do equilíbrio, poderia nos afirmar que – nessas condições, o nível de organização, e não a entropia, cresce uniformemente com o tempo. Ou seja, em geral, sistemas atravessados por um fluxo constante de energia…podem alcançar “estados estacionários” muito distantes do equilíbrio…nos quais, as distribuições dos elementos, em termos espaciais – ou em suas composições químicas – estão longe de ser “aleatórias”.  Portanto…não surpreende que a atmosfera da Terra – não tenha chegado a um ‘estado de equilíbrio‘, visto que, para tanto devem existir agentes externos que, permanentemente, a mantém num estado instável. E, de fato, esses agentes existem…são os ‘seres vivos‘, que por meio de seus “processos metabólicos”…induzem, e são induzidos pelos grandes ciclos, a repor continuamente oxigênio, carbono…e todos outros elementos da biosfera terrestre. *******************************(texto complementar)*******************************

Relógio mecânico com engrenagens, uma interação tecnológica de engenharia de sistemas complexos.

Engenharia de Sistemas Complexos    A proposta é fomentar no Brasil a criação  de um programa de pós-graduação…para assim…diminuir o atraso do país na área.

O Brasil está ficando para trás…numa área de fronteira do conhecimento denominada sistemas complexos…que é tão importante, quanto “nanotecnologia”…ou, estudos com células-tronco…alerta Sérgio Mascarenhas, coordenador do IEA (‘Instituto de Estudos Avançados’) da USP…e no início da década de 70… idealizador do curso de engenharia de materiais – pioneiro na América Latina.  Segundo ele… o país deve investir agora na criação da…”engenharia de sistemas”…que interagem entre si (de ‘alta complexidade’).

O que é a engenharia de sistemas complexos?

Mascarenhas – É uma engenharia de sistemas de sistemas…O que já existe é a engenharia de sistemas, que é aplicada em logística, transporte, construção, entre outras áreas. O que não existe é uma ‘engenharia de sistemas complexos’… – que interagem entre si…e, assim reunindo… – física, química, biologia, educação e economia… entre outras especialidades.

Em quais áreas a engenharia de sistemas complexos pode ser aplicada?

Mascarenhas – Ela se aplica…não só a materiais…mas em operações financeiras; e no agronegócio, por exemplo, onde há uma série de problemas influenciando a produção agrícola…o problema do solo, defensivos e insumos agrícolas, estocagem e transporte,  para exportar toda a produção da região Centro-Oeste do Brasil – é um bom exemplo.

São sistemas que envolvem muitas variáveis?

Mascarenhas – Exatamente. Todo sistema que apresenta muitas variáveis é um sistema complexo. E isso pode se agravar se a interação entre essas variáveis for não linear…Por exemplo, no agronegócio – se dobrar a produção de milho … se quadruplicar o preço do transporte do sistema logístico frente às dificuldades das estradas brasileiras, aí surgem      as chamadas ‘não linearidades‘. Então, quando se tem sistemas complexos, as variáveis podem interagir não linearmente… – Elas podem se multiplicar até ‘exponencialmente’.

O que o motivou a encampar a criação no Brasil dessa nova área?

Mascarenhas – Neste ano se comemoram 40 anos da criação do curso de graduação em engenharia de materiais na UFSCar que idealizei quando reitor da universidade, e que é um sucesso…Agora, achei que deveria propor algo mais moderno, voltado para o século 21. A engenharia de sistemas complexos é uma área nova, bem interessante, e para qual não está sendo dada a devida atenção no Brasil. – Se fala muito no país em pesquisa em áreas como a nanotecnologia e células-tronco…mas não sobre a engenharia de sistemas complexos…que se aplica a todas essas áreas…e na qual não estamos formando pessoal.

Como essa nova engenharia poderia ser implementada no país?

Mascarenhas – A ideia seria criar um programa de pós-graduação em ‘engenharia de sistemas’ para formar professores e pesquisadores nessa área. Não existe engenharia          de sistemas complexos no Brasil, e mesmo em faculdades tradicionais como a Escola Politécnica da USP, e Faculdades de Engenharia da USP de São Carlos, e da UFSCar,      não há pesquisadores no país nessas áreas. O que já existe no Brasil é engenharia de sistemas, mas não de sistemas de alta complexidade, aqueles que interagem entre si.

Engenharia de Sistemas

E…por que ela ainda não existe no Brasil?

Mascarenhas — Porque é uma área muito nova, e no Brasil há uma preocupação em “tapar o buraco” de uma porção de outras engenharias… – como a de materiais… de sistemas elétricos, e até meio ambiente; e assim se troca futuro por passado… É um atraso enorme da “engenharia brasileira” ainda não atuar em ‘sistemas complexos’. Além disso… – o ‘problema‘ dessas áreas novas – é que é preciso ter bons contatos internacionais…e, políticas de Estado… e      não de governo…para assim ser capaz de enfrentar algo…que signifique um ‘risco’.

De que modo as pesquisas nessa área no Brasil poderiam ser articuladas?

Mascarenhas – Teríamos que ter uma rede. Hoje não se faz nada, se se quer ter impacto, sem falar em rede de pesquisa. Mesmo porque ainda somos tão poucos no Brasil, que se não nos juntarmos, por falta de massa crítica, pouca coisa conseguiremos. Um centro de pesquisa nessa área, com outras universidades interessadas…deve ir além de São Carlos. 

Há algum grupo de pesquisa nessa área no Brasil?

Mascarenhas – No Instituto de Estudos Avançados da USP, em São Carlos, temos um grupo de trabalho sobre sistemas complexos. Essa é uma história interessante porque quem ganhou o prêmio Nobel de Química em 2007 foi um cientista alemão, chamado Gerhard Ertl, por suas pesquisas em ‘sistemas complexos’…E no IEA, nos associamos     com ele, e com um aluno dele sul-coreano. Então, agora temos uma rede de pesquisa sobre… “sistemas complexos“… – integrando Berlim… São Carlos… e a Coreia do Sul.

Quais os países que lideram as pesquisas em sistemas complexos?

Mascarenhas – O país na vanguarda nessa área são os EUA com o Massachusetts Institute of Technology (MIT) … um centro que lida muito com questões bélicas… Se olharmos para o passado, veremos que muitas das aplicações em engenharia foram motivadas pelo poder bélico, como computação, robótica, pontes e rodovias, numa série de sistemas interagindo.

O grande problema da humanidade hoje é criar instituições motivadoras de inovação que não sejam estimuladas apenas pela guerra militar…porque temos outras guerras a vencer. Guerra na saúde, educação, violência urbana, e muitas outras, e a engenharia de sistemas complexos pode ser aplicada para acabar com essas guerras sociais. Se o Brasil agora, não aproveitar a chance para ingressar nessa área promissora – vamos parar no fim da fila do desenvolvimento. (texto base) set/2011 p/consulta: “Engenharia de Sistemas Complexos”   ***********************************************************************************

Funções cerebrais emergem em uma rede de nanofios (jan/2020)                              Uma equipe de pesquisa internacional, liderada pelo Instituto Nacional de                          Ciência dos Materiais, Japão, conseguiu fabricar uma “rede neuromórfica”                            composta por um emaranhado de nanofios metálicos. Usando essa rede, a                      equipe foi capaz de gerar características elétricas similares às associadas a                            funções cerebrais de ordem superior … típicas dos seres humanos … como        ‘memorização’, ‘aprendizado’, ‘esquecimento’, ‘alerta’…e ‘retorno à calma’.

Um cérebro humano e uma de suas redes neuronais, que funcionam por meio da propagação do sinal elétrico através da rede. [NIMS]

Funções semelhantes a um cérebro simuladas pela rede neuromórfica ocorrem              porque o grande número de memoristores trabalha coletivamente — buscando                  otimizar o transporte da ‘corrente elétrica’. É resultado, portanto, de processos        dinâmicos — auto-organizados e emergentes — não programáveis. (texto base)                texto p/consulta: “Simetrias emergentes” (“Quantamagazine“, abr/2023) ************************************************************************

Reducionismo vs. Emergência  (Abril de 2021)                                                                        “Sociólogos submetem-se aos psicólogos. Psicólogos, submetem-se a neurologistas. Neurologistas submetem-se aos biólogos. Biólogos submetem-se aos químicos…Os      químicos – por sua vez – submetem-se aos físicos. – Já os físicos submetem-se aos matemáticos; enquanto estes, sem mais ninguém a recorrer, submetem-se a Deus.”

Os Limites do Reducionismo

A ‘visão reducionista‘ é tão predominante em nossa cultura, que na cabeça das pessoas – se torna um padrão…uma filosofia ‘implícita‘ da ciência, mesmo que nunca explicitamente, se pense sobre isto. — O fato mesmo, é que uma precisa…‘perspectiva científica‘…pode trazer implicações fundamentais para tudo – desde    filosofia … até a economia, incluindo política. 

O “reducionismo“, onde tudo sobre o mundo pode se explicar em átomos e suas interações, oferece uma ‘percepção estreita’ do Universo, falhando em explicar a realidade… Por outro lado, a “emergência”, afirma a ‘incompletude’ do ‘reducionismo’ … sugerindo que o mundo desenvolveria novas possibilidades…e novas leis…imprevisíveis – partindo só de ‘átomos’.

Hoje muitos consideram que o reducionismo não pode representar o modo como o mundo funciona; além de ser esta… “visão de mundo” – mais do que uma mera questão filosófica; carregando opções que podem ser perigosas ao próprio futuro da humanidade…como, por exemplo – o uso indiscriminado dos recursos terrestres, desprezando suas consequências; ou uma ‘inteligência artificial’, tendo a nossa como nada além de um arranjo de neurônios.

Segundo a perspectiva reducionista do filósofo Paul Humphreys: “O mundo nada mais é do que arranjos espaço-temporais de objetos e propriedades físicas fundamentais…Você, eu, rochas, galáxias, sapos e ovos mexidos … somos apenas processos … cujos sucessivos estados configuram … ‘arranjos espaciais’ de objetos físicos elementares — dispostos em diferentes representações, explicando toda a variedade surpreendente que encontramos em nosso dia-a-dia.” Esses “objetos fundamentais”…na descrição de Humphreys, são as partículas elementares da física – elétrons, quarks, etc. – A ideia… é que depois de fazer uma lista de todas estas partículas elementares e entender como elas podem interagir (a quais forças respondem), a princípio, tudo o que pode acontecer, estaria nela codificado. 

Lógico que, instruídos defensores desse tipo de método têm uma compreensão filosófica sofisticada de como a cadeia de causas evolui, permitindo ir de quarks a moluscos…e daí,    a governos. Mas assim…é demonstrada uma das piores consequências do ‘reducionismo’,    qual seja…a descrição de um mundo sem novidade fundamental; sem inovação essencial.    Esta é uma questão de previsibilidade “de baixo para cima”. Se conhecemos as entidades fundamentais e suas leis, podemos, a princípio, prever tudo o que acontecerá, ou poderá acontecer. – Toda história futura, toda evolução…é só um rearranjo de elétrons e quarks. 

Cristais de água demonstrando um processo fractal emergente. (wikipedia)

Um desafio emergente  (a chave… é a evolução)    “Um fenômeno é emergente…quando não pode ser reduzido, explicado ou previsto, a partir de de suas partes constituintes”. B. Falkenburg & M. Morrison

“Emergência” é a alternativa à ‘visão reducionista’.    De uma ‘visão emergente‘, ao longo da história do universo, novas entidades, e até mesmo novas leis    que regem tais entidades surgem constantemente.

Definitivamente o universo tem a capacidade de inovar e criar novidades.                            Para isso, o processo empregado é a evolução – um processo mais do que                              apenas físico. Desse ponto de vista, embora obviamente sejamos feitos de                              átomos, somos também mais do que apenas poderia ser previsto, mesmo                          com o “conhecimento perfeito” de todas aquelas “partículas elementares”.

Como filosofia, a emergência foi introduzida pela 1ª vez por um grupo de filósofos britânicos no início do século 20. Eles argumentaram que fenômenos como vida e consciência eram tão diferentes dos ‘sistemas físicos’ estudados… – que deveriam      incluir novas entidades. Mas, à medida que a base bioquímica da vida (DNA, p.ex)              foi descoberta…nas décadas de 1950 e 60, o interesse pela “emergência” diminuiu.            No entanto, desde então, desenvolvimentos críticos em vários campos, trouxeram                a ‘emergência‘ de volta, tanto para o convívio dos cientistas, quanto para filósofos.

Uma das razões mais importantes para o seu…“reaparecimento“…é que a ciência                  precisa dela…Na fronteira das pesquisas, existe um novo campo notável chamado  ‘sistemas complexos’: (‘O todo é maior do que a soma de suas partes’). Abarcando percepções da física, biologia, e sistemas sociais, a ‘teoria dos sistemas complexos’                tem ofertado aos cientistas uma ampla gama de exemplos…onde novas entidades,                e novas regras parecem emergir da interação em rede de suas partes mais simples.          Tais estudos têm levado uma nova geração de filósofos a novamente se engajar às      ‘ideias emergentes’…usando os avanços da ciência como estímulo para desvendar              os ‘ciclos de causalidade’…fechados ou abertos…e se movendo de baixo para cima,            ou de cima para baixo. Daí surgiram distinções como emergência “fraca” e “forte”.

O certo é que, quando se trata de “reducionismo” e “emergência” existem muitas questões  espinhosas que requerem um exame minucioso. E assim, a simples ‘imagem reducionista’,  que oferece um mundo feito apenas de átomos, não pode mais ser tida como a única visão “sóbria” da ciência – em sua perspectiva sobre a vida, o Universo e tudo mais. (texto base)