Sistemas complexos e caos em Química Trabalho de Química Geral

Sistemas complexos e caos em Química

Trabalho de Química Geral

Física Licenciatura - USP

2016, segundo semestre

 Rafael Moreno dos Santos Medrano      Nº USP: 8945408

Sumário

1. Introdução
2. Sistemas Complexos

1. O conceito de sistema linear e sistema complexo
2. Características e propriedades funcionais de um sistema complexo

1. Teoria do caos

1.   A Teoria do caos
2. A seta do tempo e seu paradoxo
3. Aspectos sobre a funcionalidade da teoria

1. Exemplo de sistema complexo caótico na Química

1. Referências

1. Introdução

Este trabalho visa expor o conceito de sistemas complexos e seu estudo pela Teoria do Caos, levando em conta suas características de imprevisibilidade, irreversibilidade e aleatoriedade. Vemos também o contexto pautado no paradoxo na forma de tratar a seta do tempo pelas leis da natureza, que influenciou o surgimento da Teoria. Também é contextualizado com um exemplo no âmbito da Química, na formação de diferentes tipos de cristais de  no resfriamento de sua solução[pic 1]

1. Sistemas complexos

1. O conceito de sistema linear e sistema complexo

Dado um fenômeno natural, é normal separa-lo e estuda-lo em etapas as mais individuais quanto possível, para assim chegar a alguma conclusão em relação ao todo. Sistemas desse tipo, os quais o comportamento geral é a sobreposição, ou simples soma do dos individuais, possuem bom comportamento e soluções lineares, sendo chamados de sistemas lineares. Damos o nome de sistemas complexos a conjuntos que não seguem essa propriedade, ou seja, aqueles nos quais o comportamento de todo o conjunto é distinto do de cada indivíduo que o compõe. Através da interação entre as diversas partes formadoras do conjunto, um sistema complexo é capaz de criar e modificar qualidades na “dimensão do visível” em seu conjunto e não é possível prever essas modificações a partir das condições iniciais dadas, ou seja, não são determinísticos.

Um bom exemplo de sistema complexo é constituído pelo código genético, na transformação do genótipo em fenótipo. No DNA, as bases nitrogenadas se combinam de inúmeras formas diferentes, e cada combinação, e consequentemente cada combinação dessas combinações, geram características visíveis nas características físicas e psicológicas do indivíduo.

1. Características e propriedades funcionais de um sistema complexo

As unidades individuais de um sistema complexo tem a tendência de interagirem entre si, se auto organizar segundo suas características e disso gerar comportamentos específicos em grupo, as chamadas propriedades emergentes. Dessas propriedades formam-se novos sistemas, subsistemas do complexo geral, aos quais podemos dar o nome de unidades coletivas. Tais unidades apresentam comportamentos funcionais bem definidas, gerindo-se de acordo com suas próprias leis, sendo que todo indivíduo que não pertence à unidade e entre no conjunto estará sujeito a essas leis. Como exemplo, podemos citar uma célula do corpo humano. Quando um dado corpo estranho adentra uma célula, sofre todas as consequências que a dinâmica de funcionamento característico da célula impõe a ele.

As unidades coletivas tendem a interagir entre si de acordo com suas características individuais funcionais e assim formarem novas unidades em uma escala a cima da anterior. Dizemos que os sistemas complexos são formados por unidades coletivas em multi-escalas, que se relacionam através de uma organicidade funcional.

Em meio as interações entre as várias unidades, a recorrência de alguns fenômenos é perceptível, tal como o de frustração, que é caracterizado pela transferência de informação de uma unidade para outra, sendo que essa informação é contraditória com as leis que regem a unidade receptiva. Outro fenômeno recorrente é o acoplamento espaço-temporal, onde as propriedades emergentes apresentam correlações de longo alcance temporal ou espacial. Como exemplo desse fenômeno, temos a formação das estruturas fractais.

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.

1. Teoria do caos

1. 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.