quarta-feira, 19 de novembro de 2008

3 TEORIA DAS ESTRUTURAS DISSIPATIVAS

O objetivo do capítulo consiste em apresentar as evoluções feitas no campo da Biologia a partir da década de 1920, que culminaram com a elaboração da Teoria das Estruturas Dissipativas pelo Físico-Químico, prêmio Nobel em Química em 1977, Ilya Prigogine. Apresenta também a referida teoria como própria para descrever sistemas abertos e afastados do equilíbrio, e, ainda, características do capitalismo como passível de ser descrito pela teoria das estruturas dissipativas, por se tratar de um sistema econômico aberto a fluxos de matéria e energia, ou seja, por estar relacionado ao meio-ambiente, aberto à entrada de recursos naturais como forma de manter seu padrão de organização de crescimento econômico ou maximizador de consumo, bem como eliminando externalidades.
De acordo com Capra (1996), surgiu em Viena, na década de 1920, um grupo de biólogos denominado internacionalmente de círculo de Viena que possuiam em comum o fato de acreditarem que os fenômenos biológicos exigiam novas maneiras de pensar, transcendendo os métodos tradicionais das ciências físicas. Dentre estes biólogos, Ludwig von Bertalanffy dedicou-se a substituir os fundamentos mecanicistas da ciência por uma visão sistêmica.
Segundo Capra (1996), Ludwig von Bertalanffy deu um passo fundamental ao reconhecer que os organismos vivos são sistemas abertos que não podem ser descritos pela termodinâmica clássica. Ele chamou esses sistemas de "abertos", porque eles precisam se alimentar de um contínuo fluxo de matéria e energia extraídas do seu meio ambiente para permanecerem vivos.

O organismo não é um sistema estático fechado ao mundo exterior e contendo sempre os componentes idênticos; é um sistema aberto num estado (quase) estacionário ... onde materiais ingressam continuamente vindos do meio ambiente exterior, e neste são deixados materiais provenientes do organismo. Diferentemente dos sistemas fechados, que se estabelecem num estado de equilíbrio térmico, os sistemas abertos se mantêm afastados do equilíbrio, nesse "estado estacionário" caracterizado por fluxo e mudança contínuos. (CAPRA 1996, p. 55)


Segundo Capra (1996), um tratamento mais completo que incorporasse as descobertas de Bertalanffy só seria desenvolvido com o conceito de Estruturas Dissipativas. Trata-se de um modelo da Teoria Geral dos Sistemas Vivos (TGSV), desenvolvido pelo físico-químico Ilya Prigogine, com o objetivo de observar padrões de estabilidade longe do equilíbrio. Quer dizer, diferentes daqueles descritos pela termodinâmica clássica. A teoria das estruturas dissipativas serve para sublinhar a íntima interação que existe entre a estrutura, de um lado, e o fluxo e a mudança ou dissipação, de outro.
Porém Ilya Prigogine se interessou primeiramente pelos fenômenos biológicos. De acordo com Prigogine ( apud Capra, 1996) “eu estava muito interessado no problema da vida. Sempre pensei que a existência da vida está nos dizendo alguma coisa muito importante a respeito da natureza” E ainda segundo Prigogine (1977, p.226) “pareceu-me, então, que aquelas coisas vivas nos proporcionariam notáveis exemplos de sistemas, que eram altamente organizados, em que fenômenos irreversíveis desempenhavam papel essencial.”
De acordo com Prigogine (1977, p.226)

Nossa colaboração era dar à luz um critério de evolução geral que pudesse ser utilizado longe de equilíbrio em ramificações não lineares, fora do domínio de validade do teorema de produção de entropia mínima. Os critérios de estabilidade daí resultantes conduziram à descoberta de estados críticos, de inesperados desdobramentos e no possível aparecimento de novas estruturas. Essa manifestação inesperada dos processos de desordem/ordem, longe do equilíbrio que valida a segunda lei da termodinâmica, constituía a oportunidade de transformar profundamente a interpretação tradicional. Além da estrutura de equilíbrio clássica, para condições longe de equilíbrio suficientes, enfrentávamos agora estruturas dissipativas coerentes.

De acordo com Capra (1996), Estruturas Dissipativas são sistemas comumente encontrados na natureza, que se caracterizam por estarem abertos a fluxos de matéria e energia, quer dizer, apresentam uma entrada (input) e uma saída (output). Por estarem afastados do equilíbrio entende-se que são sistemas fluentes, dinâmicos. De acordo com Maturana e Garcia (1997), se caracterizam desta forma por uma derivação estrutural, significando que, por estarem em constante interação com seu ambiente, ou abertos a fluxos de matéria e energia, os sistemas possuem laços de retro-alimentação. Ou seja, mudanças estruturais no sistema causam mudanças estruturais em seu ambiente, que, por sua vez, afetará o sistema. Sendo assim, o conceito de derivação estrutural pressupõe que exista uma interdependência dinâmica entre sistema e ambiente, de tal forma que, para o sistema manter seu padrão de organização estável, dependerá do fluxo de matéria e energia oriundas de seu ambiente a percorrer todo o sistema, de forma que, interrompido esse fluxo, o sistema tende a desintegrar-se.

Estruturas dissipativas são ilhas de ordem num mar de desordem, mantendo e até mesmo aumentando sua ordem às expensas da desordem maior em seus ambientes. Por exemplo, organismos vivos extraem estruturas ordenadas (alimentos) de seu meio ambiente, usam-nas como recursos para o seu metabolismo, e dissipam estruturas de ordem mais baixa (resíduos). Dessa maneira, a ordem "flutua na desordem", (...) embora a entropia global continue aumentando (PRIGOGINE apud CAPRA, 1996, p.151 )


Enfim, a teoria das estruturas dissipativas serve para descrever sistemas que: a) estão abertos a fluxos de matéria e energia, portanto utilizando-se de fontes de sintropias positivas e, por outro lado, gerando elevada entropia. Em outros termos, captam recursos do ambiente e eliminam externalidades, resíduos; b) apresentam um padrão de organização emergente a partir de um ponto crítico. Para Prigogine (1977), é também estável; a mesma estrutura global se conserva, apesar do fluxo e da mudança constantes dos seus componentes. Uma estrutura dissipativa é caracterizada por Paiva (2001, p.7) como “um processo de auto-organização que se desenvolve no não-equilíbrio que freqüentemente resulta em uma estrutura que apresenta uma forma muito mais complexa de comportamento. Sua característica distintiva é que ela requer uma entrada contínua de energia para ser sustentada”. Este processo é demonstrado por Capra (2002, p.88) através de um caso clássico de auto-organização, a instabilidade de Bénard.

Prigogine (...) se voltou para o fenômeno (...) da convecção, do calor, conhecido como "instabilidade de Bénard", que é hoje considerado como um caso clássico de auto-organização. No começo do século, o físico francês Henri Bénard descobriu que o aquecimento de uma fina camada de líquido pode resultar em estruturas estranhamente ordenadas. Quando o líquido é uniformemente aquecido a partir de baixo, é estabelecido um fluxo térmico constante que se move do fundo para o topo. O próprio líquido permanece em repouso, e o calor é transferido apenas por condução. No entanto, quando a diferença de temperatura entre as superfícies do topo e do fundo atinge um certo valor crítico, o fluxo térmico é substituído pela convecção térmica, na qual o calor é transferido pelo movimento coerente de um grande número de moléculas. A essa altura, emerge um extraordinário padrão ordenado de células hexagonais ("favo de mel"), no qual o líquido aquecido sobe através dos centros das células, enquanto o líquido mais frio desce para o fundo ao longo das paredes das células.

De acordo com Capra (1996) a análise dessas "célul

as de Bénard" mostrou que, “à medida que o sistema se afasta do equilíbrio (isto é, a partir de um estado com temperatura uniforme ao longo de todo o líquido), ele atinge um ponto crítico de instabilidade, no qual emerge o padrão hexagonal ordenado”.
De acordo com Capra (1996, p.89), “Prigogine e seus colaboradores descobriram que, como no caso da convecção de Bénard, esse comportamento coerente emerge de maneira espontânea em pontos críticos de instabilidade afastados do equilíbrio”.
Não apenas o caso da instabilidade de Bénard, mas, de acordo com Paiva (2001, p.1), a maioria dos fenômenos encontrados na natureza e até mesmo no comportamento humano podem ser descritos pela teoria das estruturas dissipativas, por apresentarem, de um lado, ordem e estabilidade e, de outro, a desordem e a irregularidade. Exemplos de tais fenômenos seriam as mudanças no clima, redemoinhos de vento ou redemoinhos em geral, movimentos irregulares em taxas de lucros, em preços de ações e no dólar.
Ademais, Paiva (2001) cita uma empresa como exemplo de uma estrutura dissipativa, pois, resumidamente, uma empresa é um sistema que recebe entradas, tais como matérias-primas, mão-de-obra, pedidos e transforma estas entradas em saídas, que são o produto acabado, os lucros, salários, serviços. Uma empresa está em constante interação com seu ambiente, de forma que o resultado de um período alimenta o período posterior.
Um outro exemplo citado por Capra (1996) de uma estrutura dissipativa seria a célula, pois se encontra aberta a fluxos de materiais do ambiente e elimina resíduos. Ademais, uma célula apresenta um padrão emergente que é sua própria organização, ou seja, uma célula está aberta a fluxos de materiais através de interações recorrentes com o ambiente a fim de manter seu padrão emergente, que é sua organização. Outros casos poderiam ser citados como exemplos de estruturas dissipativas, que são os organismos vivos, sub-sistemas e outros sistemas sociais.

As estruturas dissipativas formadas por redemoinhos de água ou por furacões só poderão manter sua estabilidade enquanto houver um fluxo estacionário de matéria, vindo do meio ambiente, através da estrutura. De maneira semelhante, uma estrutura dissipativa viva, como, por exemplo, um organismo, necessita de um fluxo contínuo de ar, de água e de alimento vindo do meio ambiente através do sistema para permanecer vivo e manter sua ordem. (CAPRA, 1996, p.134).


Uma estrutura dissipativa se constitui em dois momentos. O primeiro momento é linear e corresponde à segunda lei da termodinâmica, onde os escoamentos são mínimos. O segundo é não-linear; o processo se torna irreversível e só pode ser descrito pela termodinâmica de sistemas irreversíveis.
O primeiro momento, segundo Capra (1996), se caracteriza por estar próximo ao equilíbrio. Neste estágio há processos de fluxos, de escoamentos, porém fracos. Neste caso o sistema será conduzido a um estado de entropia mínima, minimizando seus escoamentos, permanecendo tão perto quanto possível do equilíbrio.
A figura 01 trata da representação de uma estrutura dissipativa. Num primeiro momento, apresenta um padrão linear. No entanto, a partir de um ponto crítico, apresenta um padrão caótico, não-linear, e passa a um novo estado de ordem.

Figura 01 – Representação Gráfica – Estrutura Dissipativa




Fonte: Adaptado de CERQUEIRA (2000, p.17)

O sistema se afasta do equilíbrio ao aumentarem gradativamente os fluxos de matéria e energia. Neste estágio, os escoamentos são mais fortes, a entropia se eleva e o sistema não tende mais ao equilíbrio. Encontra instabilidades que o levam a novas formas de ordem e afastam o sistema cada vez mais do equilíbrio. A complexidade é crescente e o conduz ao segundo momento.
Segundo Capra (2006), o segundo momento, é caracterizado como não-linear, de modo que, à partir de um ponto crítico, o sistema passa a se comportar como um todo, tornando impossível integrar o sistema a partir de suas partes. Neste ponto de passagem de equilíbrio para o não-equilíbrio emerge espontaneamente um padrão ordenado.
De acordo com Capra (2002, p.22),

Quando o fluxo de energia aumenta, o sistema pode chegar a um ponto de instabilidade, chamado de “ponto de bifurcação”, no qual tem a possibilidade de derivar para um estado totalmente novo, em que podem surgir novas estruturas e novas formas de ordem. Esse surgimento espontâneo da ordem nos pontos críticos de instabilidade é um dos conceitos mais importantes da nova compreensão da vida. Tecnicamente, denomina-se “auto-organização”, e, em língua inglesa, é muitas vezes chamado simplesmente de emmergence, (...) ou surgimento.
Segundo Capra (1996), a principal característica observada é a ocorrência do fenômeno emmergence, que é definido como o surgimento de comportamentos coerentes e espontâneos, afastados do equilíbrio, sendo esta uma idéia auto-organizativa caracterizada, pelo surgimento espontâneo de novas formas de ordem.
Sendo assim, de acordo com Capra (1996), as estruturas dissipativas, além de se manterem longe do equilíbrio, podem até mesmo apresentar saltos de inovação. A criatividade, a inovação, o surgimento aparece quando é aumentado o fluxo de energia e matéria através da estrutura, podendo passar por novas instabilidades e se transformar em novas estruturas de complexidade crescente.
De acordo com Capra (2002), a partir do ponto crítico, cumpre um papel importante o conceito de laços catalíticos, laços de retro-alimentação e ainda laços de amplificação. São estes laços que farão o sistema se comportar como um todo e emergir para uma nova forma de organização. Embora as estruturas dissipativas recebam sua energia do exterior, as instabilidades e os saltos para novas formas de organização são os resultados de flutuações amplificadas por laços de retro alimentação positivos. Desse modo, a amplificação da realimentação que gera um "aumento disparado", aparece como uma fonte de nova ordem e complexidade na teoria das estruturas dissipativas.
De acordo com Capra (1996), conclui-se que uma perturbação não estará limitada a um único efeito, mas tem possibilidade de se transformar em formas cada vez mais amplas. Ela pode até mesmo ser amplificada por laços de realimentação interdependentes, capazes de obscurecer a fonte original da perturbação. Sendo assim, a partir do ponto crítico, o sistema perde sua previsibilidade, sua reversibilidade e apresenta vários caminhos. A trajetória que o sistema seguirá a partir do ponto crítico dependerá das condições iniciais, de sua história.
Segundo Capra (1996), a partir do ponto crítico surge um elemento de indeterminação na teoria. Não há possibilidade de previsão a não ser em espaços muito curtos de tempo. Torna-se impossível saber qual trajetória o sistema seguirá a partir do ponto crítico, pois, a partir deste, se torna altamente não linear devido a laços de retro-alimentação, onde são gerados vários caminhos que dependem das condições iniciais, da história do sistema. Torna-se, então, imprevisível, ou seja, oscilações mínimas no ambiente determinarão qual trajetória seguir.

Um comentário:

KENJI disse...

Poxa...

Nunca havia lido sobre a teoria das estruturas dissipativas...

Ficou bem explicado, e entendi tudo...

Obrigado