Complexidade 6 seta do tempo

1. A Seta do Tempo

2. O Fluxo do Tempo
Cria Conserva Destrói
Brahma Vishnu Shiva

3. Irreversibilidade

4. As leis físicas são reversíveis...
Elas não determinam um sentido para a passagem
do tempo,
tratam igualmente passado e futuro, isto é,
funcionam da mesma forma, com o tempo fluindo do
passado para o futuro
ou do futuro para o passado.

5. Já tínhamos visto que as leis da física clássica
eram reversíveis no tempo
Mas que a teoria do caos teria colocados
algumas...
Possibilidades...

6. No nível microscópico,
também há simetria temporal,
não existe estado final a escolher,
todo o potencial de mudança já está esgotado,
quaisquer instantes de tempo,
são equivalentes.

7. Contudo,
há fenômenos à nossa volta
que são irreversíveis
mas...
As leis fundamentais
da física
não distinguem
passado de futuro!

8. O Equilíbrio é a Morte
No equilíbrio as moléculas só “veêm”
as mais próximas, a matéria é míope,
longe do equilíbrio ela começam a “ver”
a estrutura toda.
(ex. Cristais)

9. Um sistema em equilíbrio,
não tem, nem pode ter, história,
pode apenas permanecer no seu estado, em
que as flutuações se anulam.

10. O caos nos obriga a introduzir os conceitos de
probabilidade e irreversibilidade e a
reconsiderar a noção de lei da natureza
Estruturas
fora do
equilíbrio
A matéria se comporta de maneira
radicalmente diferente em condições
fora do equilíbrio.
Estruturas
dissipativas⇒

11. Sistemas dissipativos

12. Estruturas fora do equilíbrio permanecem em
interação com o ambiente.
Sistemas dissipativos, são sistemas
em que a energia é transformada em outra
modalidade, diferente da mecânica, são o
resultado da troca entre matéria e energia,
entre sistema e ambiente
com produção de entropia pelo sistema.
Os sistemas dinâmicos nunca são estáveis.
O equilíbrio é móvel.

13. Quando os sistemas estacionários
são levados para longe do equilíbrio,
podem ficar instáveis,
e pode surgir um ponto de bifurcação
(ponto de crise).
Passado este ponto, surge um comportamento
altamente organizado no espaço e no tempo.
Transição entre regimes:
de turbulento
a estacionário

14. Se o sistema for mantido fora do equilíbrio o
sistema fica em estado estacionário.
ex. Uma casa:
desde que ocorram
manutenção,
ela não desaba,
e permanece em
estado estacionário

15. Se um sistema em interação com o ambiente
(que troca energia e/ou matéria),
for afastado bastante do equilíbrio,
até chegar ao ponto de bifurcação (crise),
é possível que apareça a organização.

16. Exemplo de uma
Estrutura
Dissipativa

17. Instabilidade de Bénard
O gradiente de temperatura fornece
o impulso para que o sistema saia do
equilíbrio, funciona como uma força.

18. Convecção de Bénard
Ao iniciar o aquecimento,
as moléculas que estavam em movimento
aleatório, conduzem o calor,
após um limiar de temperatura,
estabelece-se a convecção.

19. Células hexagonais de
Bénard
Essas células são
devidas a combinação
do poder de flutuação,
com o calor de difusão e
as forças de viscosidade.
São formas mais
organizadas,
que o líquido antes do
aquecimento.

20. Nas células hexagonais de Bénard a distância
abrangida pelo hexágono é 100⋅106
vezes maior que
a distância entre as moléculas individuais.
Isto se refere a “zilhões”
de moléculas cooperando no movimento,
tanto no espaço como no tempo.v
No gelo, por ex., as forças entre as
moléculas se estendem por uma
distância de 10-5
mm,
o que corresponde, aproximadamente,
a 40 vezes o tamanho da molécula.

21. Filme sobre
Convecção de Bénard

23. A situação fora do equilíbrio
cria correlações de longo prazo.
Fora do equilíbrio a
matéria cria coerência.
Situações fora do equilíbrio mostram o papel
criador dos fenômenos irreversíveis,
portanto, a seta do tempo.

24. Estrutura dissipativa
Oscilador Químico
Reação química

25. O conceito básico de reação química nos
diz que esta consiste em uma série de
substâncias químicas,
chamadas reagentes,
que postas em contato reagem entre si
dando lugar aos produtos.
NaCl + AgNO3 → NaNO3 + AgCl
sal de cozinha + nitrato de prata
↓
nitrato de sódio + cloreto de prata

26. Esperando um tempo
necessário,
reagentes e produtos
alcançam equilíbrio, onde
as concentrações de
reagentes e produtos
permanecem constante,
de maneira que no
equilíbrio temos uma
mescla de reagentes e
produtos.

27. Reação química
oscilante

28. No caso da reação oscilante existe uma
situação fora do equilíbrio
e a mistura oscila entre,
ter praticamente só reagentes
ou só produtos.
Se as oscilações são periódicas
nos encontramos no regime regular,
do contrário,
nos encontramos em regime caótico.

29. Oscilador Químico
Reações tipo Belouzov-
Zhabotinski
1

31. Nesse regime de bifurcação a reação química
oscilante chega a um ponto em que o nº de
opções não aumenta infinitamente, mas
ocorrem regularidades dentro do caos, e
dentro dessas regularidades mais caos, então
a reação perde a regularidade,
e passa aleatoriamente,
de uma cor para outra,
não podendo-se mais prever quando
a cor vai mudar.
A série temporal, não é mais previsível.
(atratores estranhos - fractais)

32. Nessas reações participam muitas espécies
químicas diferentes, incluindo intermediários
de vida curta,
que funcionam como degraus
entre diversos ciclos de reações químicas
interligadas.
Em alguns casos ocorre a auto-catálise.
Não esquecer que
essas reações químicas são inorgânicas.

33. Oscilador Químico
Reações tipo Belouzov-
Zhabotinski
2

34. A. Winfree afirma:
“Embora falte algo, como um sistema genético
para entrar em mutação e evoluir, as
reações oscilantes, compartilham muitos
aspectos que tornam os sistemas vivos
interessantes, como:
metabolismo químico (auto-catálise), estrutura
auto-organizada,
atividade rítmica,
estabilidade dinâmica no espaço
e no tempo.”

35. Oscilador Químico
Reação Briggs-Rauscher

37. I. Prigogine e I. Stengers afirmam:
“As moléculas que constituem os sistemas
biológicos, são o resultados de uma evolução,
foram selecionadas para tomar parte nos
mecanismos de auto-catálise, a fim de gerar
formas muito específicas de auto-organização”
É química com uma finalidade → gerar vida

38. Estrutura dissipativa
Exemplo de
auto-organização química

40. Oscilador Químico
Reações tipo Belouzov-
Zhabotinski
3

42. Quiralidade

43. Quiral do grego = mão
É uma propriedade de assimetria,
um objeto ou um sistema é quiral
se não pode ser sobreposto à sua imagem
especular.

44. Cristais existem em
duas formas:
Dextrógiros
e
Levógiros

46. Moléculas de clorato de sódio (NaClO3)
são oticamente inativas,
mas os cristais são ativos
e rodam o plano de polarização da luz.
Resfriando uma solução de Na ClO3, se
formarão quantidades aproximadamente iguais
de cristais levógiros e dextrógiros.

47. Se colocarmos a solução em um agitador
durante durante o resfriamento (cristalização),
obtém-se um só tipo de quiralidade.
A escolha do 1º cristal
levógiro ou dextrógiro,
pode ser uma opção de bifurcação.
Em repouso não há opção,
mas com a agitação,
os primeiros cristais que se formam,
comandarão a formação dos restantes.

48. Ele achava que a vida era uma
conseqüência da assimetria do
universo.
Para Pasteur a diferença
entre os cristais levógiros e
os dextrógiros era essencial
para se entender o
fenômeno da vida.

49. Dois lados
direitos
Dois lados
esquerdos

50. O açúcar produzido artificialmente produz partes iguais
de moléculas dextrógiras e levógiras.
Bactérias só comem açúcar dextrógiro
A glicose é dextrógira e
a frutose é levógira
As proteínas são
dextrógiras

51. A evolução do universo
não se deu na direção
da degradação,
mas do aumento de
complexidade,
com estruturas que
aparecem
progressivamente
em todos os níveis,
desde as estrelas e as
galáxias aos sistemas
biológicos.

52. A vida só é possível em um universo
longe do equilíbrio.
A vida é o reino do não linear,
da autonomia do tempo,
da multiplicidade de estruturas.

53. A quebra de simetria, está ligada
ao fora do equilíbrio e a irreversibilidade,
e a instabilidade inerente as leis da dinâmica
da matéria.
O futuro permanece aberto, ligado a processos
de transformação
e de aumento de complexidade.

54. Talvez seja necessário um novo conceito de
tempo, que transcenda as categorias de devir
e eternidade.
Não seria o tempo uma propriedade
emergente?
O tempo não é,
nem ilusão,
nem dissipação,
é criação.

55. No equilíbrio e perto dele,
as leis da natureza são universais,
longe do equilíbrio elas se tornam específicas,
dependem do tipo de processos irreversíveis.
Longe do equilíbrio os sistemas ficam
instáveis.
Muito longe do equilíbrio gera-se
estruturas dissipativas,
que adquirem novas propriedades.

56. Perto do equilíbrio as flutuações são
irrelevantes,
longe desempenham um papel central.
As bifurcações são uma fonte
de quebra de simetria.
As flutuações
são essenciais
nos pontos
de bifurcação,
são elas
que decidem
qual será escolhida.

57. Não esquecer que tudo isso só
ocorrerá,
se houver um fluxo contínuo
de energia.

58. As estruturas dissipativas exigem a introdução
da seta do tempo.
O Universo pode ter começado como uma
instabilidade
e não como uma singularidade.
Artigo: “A eternidade é instável”
Barrow, J. D. & Tipler, F. J - Nature - 1978

59. Um universo que em vez de acabar na
morte térmica,
se tornaria instável.
E máxima desordem pode gerar ordem,
um novo universo?
A evaporação dos buracos
negros
causaria uma vorticidade
instável (flutuações do vácuo),
com o aumento da
entropia.

60. A 2ª lei da termodinâmica afirma que tudo
caminha para o equilíbrio,
onde a variação de entropia aumenta sempre.
Mas isso só vale para sistemas fechados e
isolados.
Não sabemos se o universo é fechado e
isolado...

61. Viagem da monarcas
A Física argumenta que tudo tende a
desordem o equilíbrio.
A vida é ordem por excelência.

62. Um milagre...

64. Resumo
Ordem, desordem e entropia.
Sistemas complexos adaptativos.
Auto-organização.
Emergência.
Retro-alimentação.
Criticalidade Auto-Organizada.
Caos e Fractais.
Reversibilidade, irreversibilidade.
Estruturas dissipativas.

65. Na complexidade existe uma
diversidade de caminhos, que as vezes divergem
e as vezes tornam-se a se encontrar

66. Hipercomplexo é a complexidade da
matéria acrescida da inteligência
humana e suas relações.

67. Espírito
Fluxo contínuo de energia,
que mantém a vida.
A ausência de movimento constante,
é a morte.
Vida
Metabolismo
(Alimentação e excreção)

68. Inteligência – Fluxo do espírito.
Espírito – Energia em movimento.

69. Renormalização
Transição de fase
Mudança de escala

70. Sistema Isolado
Caminho para a máxima entropia
Entra em equilíbrio dinâmico (provém da desordem)
Que gera simetria
E esta geram leis de conservação (estabilidade)
Que por sua vez gera desequilíbrio (opção equilíbrio-interação)
E este gera assimetria
Que gera desordem
E desequilíbrio

71. UmaUma
gota degota de
informação numinformação num
marmar
dede

72. FimFim