Sistemas complexos e caos em Química Trabalho de Química Geral

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Dadas as propriedades funcionais perceptíveis em um sistema complexo, pode-se então considerar que este é um conjunto de partes ou subsistemas com processamentos internos singulares, conectadas entre si, de modo que formam uma unidade coletiva com uma dinâmica própria e com propriedades emergentes.

- Teoria do caos

- Teoria do Caos

A Teoria do caos tem por objetivo estudar os sistemas com as seguintes características:

- Sistemas de caráter complexo, como os já referidos e estudados neste trabalho.

- Sistemas dinâmicos irreversíveis, isto é, dependem de uma regra que relaciona seu estado com um instante de tempo, porém essa regra deve ser distinta para o caso de olharmos do presente/passado para o futuro e para o caso de olharmos do presente/futuro para o passado.

- Sistemas deterministas, as condições do sistema dependem diretamente de fatos precedentes.

- Sistemas extremamente sensíveis às condições iniciais dadas para sua formação.

Estes sistemas também devem ter como característica a formação de estruturas cada vez mais complexas e ordenadas, porém as iterações entre as unidades individuais e coletivas que o compõe devem ter caráter desordenado e aleatório. O funcionamento da atmosfera é caótico, visto que a formação de nuvens, tornados, furacões, frentes frias e etc são totalmente determinadas por condições precedentes e dependem de vários fatores iniciais, tais como pressão, temperatura e umidade do ar, além de serem fenômenos dinâmicos e irreversíveis.

A aleatoriedade e desordem das iterações dos integrantes do sistema pode levar a ideia de impossibilidade de estuda-lo e de fazer previsões a cerca deles, porém, foi observado a propriedade suplementar de recorrência probabilística de vários eventos e de propriedades emergentes, o que torna possível uma previsibilidade através de um estudo qualitativo para tais sistemas. É desse estudo que se ocupa a Teoria do caos.

- A seta do tempo e seu paradoxo

O eletromagnetismo, a mecânica clássica e a relativísticas obedecem a leis que são reversíveis, que não se distinguem se estamos andando para frente ou para trás na seta do tempo. Essas leis são baseadas em movimentos ordenados que se comportam de forma equilibrada, e a Física por muito tempo teve como atitude leva-las como se fossem as que regem a natureza em que vivemos, ignorando os efeitos desordem e desequilíbrio que por ventura atrapalhassem a situação ideal a ser estudada. Tais eventos são quase considerados como parasitários, porém o mundo real não existe sem eles. Mesmo em uma construída para ser perfeitamente ideal, a situação está sujeita erros microscópicos que a levam, com o passar do tempo, a uma desordem de caráter irreversível. Essa dicotomia entre a reversibilidade do tempo da Física clássica com a desordem irreversível da natureza se constitui em um paradoxo com relação a reversibilidade e irreversibilidade do tempo no conceito de leis da natureza.

A primeira vez que se levou em consideração uma seta do tempo de caráter irreversível foi na formulação da segunda lei da termodinâmica que diz:

“em um sistema fechado, a entropia pode apenas aumentar”. O conceito de entropia é ligado ao grau de desordem das unidades formadoras do sistema. Sendo o universo um sistema fechado, tal lei diz que ele inevitavelmente e irreversivelmente está caminhando para o caos , desordem total e para sua morte térmica, mas até mesmo essa lei se encontra em paradoxo com o que vivemos realmente. É paradoxal no ponto de vista que associa o caos e a desordem unicamente a destruição, sendo que os sistemas caóticos tendem a se constituir cada vez mais complexos e evoluídos. A própria formação da vida se deve a aleatoriedade de fatos que ocorreram ao longo da história, sem a desordem ao acaso, não existiríamos e tão pouco pensaríamos. Encontramos aqui o caos e a desordem associados à criação e nascimento. É nesse contexto que se percebe a necessidade da reformulação das leis da natureza e a necessidade do surgimento da Teoria do caos.

- Aspectos sobre a funcionalidade da Teoria

Dado um instante em um sistema que se comporta de forma caótica, se entrarmos com determinados das iniciais, podemos encontrar leis que prevejam probabilidades para a reações futuras desse sistema. Essas reações podem encontrar dois caminhos distintos: ou o sistema caminha para uma condição, dessa vez ordenada e equilibrada, em que seu futuro também ocorre dentro de uma margem de erro estatístico previsível, ou caminha para uma situação também ordenada, porém com um futuro caótico de desordem e aleatoriedade.

A Teoria do caos também prevê a formação de atratores e atratores estranhos. Os atratores são situações para as quais qualquer unidade do sistema que passe perto dele, tende a se deslocar para a mesma. Um atrator estranho é constituído por dois pontos, ou situações, para o qual a órbita da unidade tende a convergir simultaneamente. Um exemplo de atrator estranho, representado em plano tridimensional na Figura 1, é o conjunto de resultados dos estados das Equações de lorenz. Podemos observar claramente a órbita de uma unidade genérica convergindo simultaneamente para dois pontos.

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Figura 1: Atrator estranho de Lorenz

A Teoria do caos também prevê a distinção de pontos iniciais ao longo da seta crescente do tempo, ou seja, as condições finais são completamente dependentes da inicias e as modificam de forma a torna-las irreconhecíveis. Uma dada condição inicial, mesmo que pareça insignificante, tem uma influência direta não previsível, mas visível, no estado do sistema após um grande intervalo de tempo de evolução do mesmo. Tal efeito é chamado de efeito borboleta, fazendo referência a uma ilustração que diz:

“o bater de asas de uma borboleta em um extremo do globo terrestre pode provocar uma tormenta no outro extremo do globo em um intervalo de semanas”

É por conta do efeito borboleta que as previsões de sistemas caóticos não conseguem ser 100% previstas. As previsões meteorológicas constituem um grande exemplo disso, pois são dependentes do estudo de dados de todo o