Como totalidades complexas emergem a partir de elementos simples

Em toda a natureza, milhares de elementos relativamente simples podem se auto-organizar em comportamentos que parecem inesperadamente complexos. Os cientistas estão começando a entender por que e como esses fenômenos surgem sem uma entidade organizadora central.

Créditos: Lottie Kingslake.

Por John Rennie
Publicado na Quanta Magazine

Você poderia passar a vida inteira estudando uma molécula de água individual e nunca deduzir a precisa dureza ou o deslizamento do gelo. Assista a uma formiga solitária sob um microscópio durante o tempo que quiser, e você ainda não poderia prever que milhares delas podem de forma colaborativa construir pontes com seus corpos para atravessar lacunas. Você também pode examinar os pássaros em grupos ou cardumes de peixes, e você não iria encontrar um que esteja orquestrando os movimentos de todos os outros.

A natureza está cheia de exemplos de comportamentos complexos que surgem espontaneamente a partir de elementos relativamente simples. Os pesquisadores cunharam o termo “emergência” para descrever essas manifestações enigmáticas de auto-organização, o que pode parecer, à primeira vista, inexplicável. Afinal, de onde vem essa repentina injeção extra de ordem complexa?

As respostas estão começando a aparecer. Uma delas explica que esses fenômenos emergentes podem ser entendidos apenas como comportamentos coletivos – não há nenhuma maneira de entendê-los sem olhar para dezenas, centenas, milhares ou mais de elementos contribuindo em massa. Na verdade, essas totalidades são maiores do que a soma de suas partes.

Outra é que, mesmo quando os elementos continuam a seguir as mesmas regras de comportamento individual, considerações externas podem alterar o resultado coletivo de suas ações. Por exemplo, o gelo não se forma a zero graus Celsius, porque as moléculas de água tornam-se subitamente mais rígidas uma à outra. Em vez disso, a energia cinética média das moléculas se torna suficientemente baixa para que as forças repulsivas e atrativas entre elas caia em um novo equilíbrio, mais elástico. Essa transição de líquido-para-solído é uma comparação tão útil para os cientistas que estudam a emergência, que muitas vezes caracterizam fenômenos emergentes como mudanças de fase.

O nosso mais recente vídeo da série In Theory, explica um pouco mais como milhares de elementos simples podem se auto-organizar em um todo mais extraordinário:

É assustador como a emergência aparece e uma compreensão formal da mesma pode estar ao nosso alcance. Alguns pesquisadores estão à procura de regras universais que descrevem o fenômeno emergente em todo o sistema. Procedimentos estatísticos, como a renormalização, podem identificar com precisão quando e como fenômenos coletivos começam a se tornar mais significativos.

Como um conceito científico, a emergência têm seus críticos, que acreditam ser algo bastante escorregadio e pouco informativo em questão de utilidade. Mas, indo além, a emergência ajuda a ilustrar porque cientistas encontram hierarquias de leis e processos físicos que operam em diferentes escalas em toda a natureza.

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Douglas Rodrigues Aguiar de Oliveira
Sou fundador da Universo Racionalista | Graduando em Tecnologia em Redes de Computadores pela Universidade de Franca | Especialista em Fundamentals of Computing Network Security ( • Design and Analyze Secure Networked Systems • Basic Cryptography and Programming with Crypto API • Hacking and Patching • Secure Networked System with Firewall and IDS ) pela University of Colorado | Especialização em andamento em Cybersecurity ( • Computer Forensics • Network Security • Cybersecurity Fundamentals • Cybersecurity Risk Management • Cybersecurity Capstone ) pela Rochester Institute of Technology | Certificação em Information Security Specialist ( • InfoSec Foundation • Ethical Hacking Essentials • Computer Forensics Foundation ) pela ITCERTS | Certificação em Information Security Analyst ( • Information Security Policy Foundation • Vulnerability Management Foundation ) pela ITCERTS | Cursei integralmente as disciplinas teóricas em Licenciatura em Filosofia pela Universidade de Franca, mas não realizei o estágio supervisionado para a obtenção do diploma de Ensino Superior | Especialista em Journey of the Universe: A Story for Our Times pela Yale University | Colaborador do Instituto Ética, Racionalidade e Futuro da Humanidade | Colunista da Climatologia Geográfica | Membro da Rede Brasileira de Astrobiologia | Abaixo, segue o endereço do currículo na plataforma Lattes e LinkedIn.