Minha busca pela origem da complexidade e dos sistemas complexos me levou de volta ao ensaio de Herbert Spencer de 1857, "Progresso: Sua Lei e Causa". Este ensaio posteriormente serviu de base para seu livro de 1862, " Primeiros Princípios de um Novo Sistema de Filosofia" . Nele, Spencer expôs uma teoria da evolução que postula que todas as estruturas do universo se desenvolvem a partir de uma homogeneidade simples e indiferenciada para uma heterogeneidade complexa e diferenciada, passando por uma crescente integração das partes diferenciadas. Esse processo evolutivo pode ser observado, acreditava Spencer, em todo o cosmos. É uma lei universal, aplicável a organismos biológicos, à organização social humana e à mente humana.

O Dicionário Oxford de Inglês não cita Spencer, mas uma de suas primeiras citações é a obra de Charles Darwin, Vida e Cartas , de 1859 , vol. VII, p. 219, onde ele escreve: "Uma tendência a avançar na complexidade da organização". É muito provável que o uso que Darwin fez do termo tenha seguido o de Spencer, de modo que, desde o início, a complexidade era um atributo fundamental, talvez até mesmo definidor, dos seres vivos.

No livro de Herbert Simon de 1969, "As Ciências do Artificial" , ele faz referência ao seu ensaio de 1962, "A Arquitetura da Complexidade" , onde traça a história até a ideia de uma teoria geral dos sistemas, como a de Ludwig von Bertalanffy . Simon escreve...

Nos últimos anos, foram apresentadas diversas propostas para o desenvolvimento de uma "teoria geral dos sistemas" que, abstraindo-se das propriedades peculiares aos sistemas físicos, biológicos ou sociais, seria aplicável a todos eles. Podemos considerar que, embora o objetivo seja louvável, dificilmente se poderia esperar que sistemas tão diversos tivessem em comum quaisquer propriedades não triviais. Metáforas e analogias podem ser úteis ou enganosas. Tudo depende de se as semelhanças capturadas pela metáfora são significativas ou superficiais.

Contudo, buscar propriedades comuns entre diversos tipos de sistemas complexos pode não ser totalmente inútil . As ideias conhecidas como cibernética constituem, senão uma teoria, pelo menos um ponto de vista que tem se mostrado frutífero em uma ampla gama de aplicações. Tem sido útil observar o comportamento de sistemas adaptativos em termos dos conceitos de feedback e homeostase, e analisar a adaptabilidade em termos da teoria da informação seletiva. As ideias de feedback e informação fornecem um quadro de referência para a análise de uma ampla gama de situações, assim como as ideias de evolução, relativismo, método axiomático e operacionalismo.

Neste artigo, gostaria de relatar algumas coisas que temos aprendido sobre tipos específicos de sistemas complexos encontrados nas ciências comportamentais.

Em 1977, o físico-químico belga Ilya Prigogine ganhou o Prêmio Nobel por investigar a irreversibilidade de processos em sistemas físicos complexos, longe das condições de equilíbrio.

Esses são sistemas físicos ou químicos longe das condições de equilíbrio que parecem desenvolver "ordem a partir do caos" e aparentam ser "auto-organizáveis". Assim como nos sistemas biológicos, matéria e energia (de baixa entropia) fluem através da estrutura "dissipativa". É principalmente energia livre e entropia negativa que estão sendo "dissipadas".

Essa semelhança com os sistemas biológicos (em apenas um aspecto termodinâmico muito importante) foi explorada por Prigogine para afirmar ter descoberto "novas leis da natureza" que poderiam conectar as ciências naturais às ciências humanas. A dissipação também implica irreversibilidade , uma característica muito importante da vida.

Prigogine não tinha uma explicação física para a irreversibilidade — além do fato de que suas "estruturas dissipativas" físicas e sistemas biológicos a exibiam. Ele geralmente criticava a dinâmica newtoniana clássica por ser reversível no tempo e, portanto, não fornecer nenhuma compreensão do tempo. Sua compreensão do tempo era baseada na obra de Henri Bergson e no fluxo irregular do tempo que Bergson chamou de "duração".

O comitê do Nobel escreveu...

A grande contribuição de Prigogine para a teoria termodinâmica reside na sua bem-sucedida extensão a sistemas que estão longe do equilíbrio termodinâmico. Isso é extremamente interessante, visto que grandes diferenças em comparação com as condições próximas ao equilíbrio eram esperadas. Prigogine demonstrou que uma nova forma de estruturas ordenadas pode existir sob tais condições, e ele as denominou "estruturas dissipativas" para enfatizar que elas só existem em conjunto com o seu ambiente.

( Comunicado de imprensa sobre o Prêmio Nobel de 1977 )

Prigogine é talvez o nome mais famoso na teoria do caos e na teoria da complexidade . Embora tenha feito poucas contribuições originais para esses campos, ele é, mesmo assim, famoso por elas. Seu trabalho (especialmente seu livro de 1984 escrito com Isabel Stengers , Ordem a partir do Caos ) é uma importante referência hoje para conceitos populares como "autoorganização", "sistemas complexos", "pontos de bifurcação", "não-linearidade", "atratores", "quebra de simetria", "morfogênese", "autocatalítico", "restrição" e, claro, "irreversibilidade", embora nenhum desses termos seja originalmente de Prigogine. O nome "estruturas dissipativas" e talvez a frase "longe do equilíbrio" pertençam a Prigogine, mas os conceitos termodinâmicos já estavam presentes em Boltzmann , Bertalanffy e Schrödinger , e talvez em muitos outros.

Em 1984, o Instituto Santa Fé foi fundado pelos cientistas de Los Alamos George A. Cowan , Murray Gell-Mann e outros. Veja este histórico.

Cowan também relata a história em seu livro de 2010, "Manhattan Project to the Santa Fe Institute" , e nesta entrevista em vídeo de uma hora de duração.

O Instituto Santa Fé tornou-se famoso por seus estudos sobre complexidade e sistemas complexos . Sua missão é "Buscar Ordem na Complexidade de Mundos em Evolução" e eles escrevem...

O que é a Ciência dos Sistemas Complexos?

A complexidade surge em qualquer sistema no qual muitos agentes interagem e se adaptam uns aos outros e aos seus ambientes. Exemplos desses sistemas complexos incluem o sistema nervoso, a internet, ecossistemas, economias, cidades e civilizações. À medida que os agentes individuais interagem e se adaptam dentro desses sistemas, processos evolutivos e comportamentos "emergentes" frequentemente surpreendentes surgem em nível macroscópico. A ciência da complexidade busca encontrar mecanismos comuns que levam à complexidade em sistemas físicos, biológicos, sociais e tecnológicos nominalmente distintos.

Em 1989, um workshop de cinco dias sobre Complexidade, Entropia e a Física da Informação contou com a presença de mais de 40 dos maiores cientistas do mundo nessas áreas (com a notável exceção de Prigogine). Eles publicaram um manifesto em 1990...

COMPLEXIDADE, ENTROPIA E A FÍSICA DA INFORMAÇÃO - UM MANIFESTO

O espectro da informação assombra as ciências. A termodinâmica, grande parte dos fundamentos da mecânica estatística, a teoria quântica da medição, a física da computação e muitas das questões da teoria dos sistemas dinâmicos, biologia molecular, genética e ciência da computação compartilham a informação como tema comum. Entre os indícios mais bem estabelecidos, porém ainda misteriosos, sobre o papel da informação, estão:

■ Uma profunda analogia entre a entropia termodinâmica e a entropia da teoria da informação de Shannon. Desde a introdução do Demônio de Maxwell e, particularmente, desde o célebre artigo de Szilard e até mesmo discussões anteriores de Smoluchowski, a equivalência operacional entre o ganho de informação e a diminuição da entropia tem sido amplamente reconhecida. Contudo, a noção de que uma grandeza subjetiva como a entropia possa influenciar propriedades termodinâmicas "objetivas" do sistema permanece altamente controversa.

É difícil, no entanto, negar que o processo de informalização possa ser diretamente ligado à capacidade de extrair trabalho útil. Assim, questões relativas à termodinâmica, à segunda lei da termodinâmica e à flecha do tempo se entrelaçaram com um enigma de meio século: o problema das medições na física quântica.

■ Os fenômenos quânticos são geralmente analisados em termos abstratos de funções de onda e hamiltonianos. Poucas discussões sobre o problema da medição na teoria quântica se esforçam explicitamente para considerar a questão crucial: a transferência de informação. No entanto, obter conhecimento é a própria razão para se realizar uma medição. Formular medições quânticas e, de maneira mais geral, fenômenos quânticos em termos de informação deve lançar uma nova luz sobre o problema da medição, que se tornou difícil de ignorar à luz de novos experimentos sobre o comportamento quântico em sistemas macroscópicos.

A distinção entre o que é e o que se sabe ser , tão clara na física clássica, torna-se tênue, e talvez nem exista, no nível quântico. Por exemplo, interações energeticamente insignificantes de um objeto com seu ambiente quântico são suficientes para destruir sua natureza quântica. É como se o "olho vigilante" do ambiente, "monitorando" o estado do sistema quântico, o obrigasse a se comportar de maneira efetivamente clássica. Contudo, até mesmo fenômenos envolvendo a gravidade, que ocorrem na escala mais macroscópica de todas, carregam a marca da mecânica quântica.

De fato, foi sugerido recentemente que todo o Universo — incluindo as configurações de seu campo gravitacional — pode e deve ser descrito por meio da teoria quântica. Interpretar os resultados dos cálculos realizados em tal "Função de Onda do Universo" é difícil, pois as regras práticas geralmente envolvidas em discussões de experimentos com átomos, fótons e elétrons pressupõem que o "aparelho de medição", bem como o "observador", sejam muito maiores do que o sistema quântico. Isso claramente não ocorre quando o sistema quântico é o Universo inteiro. Além disso, a transição do quântico para o clássico nas primeiras épocas da existência do Universo provavelmente influenciou sua aparência atual.

■ A termodinâmica dos buracos negros estabeleceu uma conexão profunda e ainda em grande parte misteriosa entre a relatividade geral, a mecânica quântica e a mecânica estatística. Questões relacionadas à capacidade de informação dos sistemas físicos, aos limites fundamentais da capacidade dos canais de comunicação, à origem da entropia no Universo, etc., são objeto de muitas pesquisas recentes.

Os três temas acima se situam, em grande parte, no domínio da física. As questões seguintes estabelecem conexões entre as ciências naturais e a ciência da computação, ou melhor, o tema do processamento de informações considerado no sentido mais amplo do termo.

■ A física da computação explora as limitações impostas pelas leis da física ao processamento da informação. Atualmente, está estabelecido que tanto sistemas clássicos quanto quânticos podem ser usados para realizar computações de forma reversível. Ou seja, a computação pode ser "desfeita" executando o computador ao contrário. Parece também concebível que "chips" de computador aproximadamente reversíveis possam ser implementados na prática. Esses resultados são de fundamental importância, pois demonstram que, pelo menos em princípio, o processamento da informação pode ser realizado sem custo termodinâmico. Além disso, tais considerações levam a reconhecer que é justamente o apagamento da informação que resulta no aumento da entropia.

A informação que está sendo processada pelo computador é um "registro" concreto, uma sequência definida de símbolos. Seu conteúdo informacional não pode ser adequadamente representado em termos da definição probabilística de informação de Shannon. Em vez disso, é preciso quantificar o conteúdo informacional do "registro" específico e bem conhecido na memória do computador — e não sua probabilidade ou frequência de ocorrência, como exigiria o formalismo de Shannon. Felizmente, um desenvolvimento relativamente recente — uma nova formulação da teoria da informação — já foi proposto.

■ Aleatoriedade algorítmica — uma definição alternativa do conteúdo de informação de um objeto, baseada na teoria da computação em vez de probabilidades, foi introduzida há mais de duas décadas por Solomonof, Kolmogorov e Chaitin. Ela é igual ao tamanho da mensagem mais curta que descreve esse objeto. Por exemplo, uma sequência de 105 ^zeros e 1s:

01010101010101 ...

Pode ser concisamente descrito como "5 • 10 ⁴ 01 pares". Em contraste, não se encontra uma descrição concisa para uma sequência típica, de igual comprimento, de 0s e 1s gerada pelo lançamento de uma moeda. Para tornar essa definição mais rigorosa, a Máquina de Turing universal — um computador universal "genérico" — é geralmente considerada o "destinatário" da mensagem. O tamanho da mensagem é então igual ao comprimento — em número de bits — do programa mais curto que pode gerar uma descrição suficientemente detalhada (por exemplo, um gráfico) do objeto em questão.

É tentador sugerir que a entropia física — a grandeza que determina a quantidade de trabalho que pode ser extraída de um sistema físico — deva levar em conta sua aleatoriedade algorítmica. Essa sugestão pode ser fundamentada por discussões detalhadas de exemplos de motores operados por computador, bem como por resultados referentes à evolução da entropia e da aleatoriedade algorítmica durante medições. Ela fornece uma ligação direta entre termodinâmica, medições e a teoria da computação. Além disso, é relevante para a definição de complexidade.

■ A completude, seu significado, suas medidas, sua relação com a entropia e a informação, e seu papel em contextos físicos, biológicos, computacionais e outros tornaram-se objeto de pesquisa ativa nos últimos anos.

Complexidade, Entropia... , pp.vii-ix

O Instituto Santa Fé deu uma guinada em direção à teologia (e à teleologia ) em uma conferência realizada em Santa Fé em 1999, organizada por Paul Davies , que apenas quatro anos antes havia ganhado o Prêmio Templeton de um milhão de dólares . Significativamente, Sir John Templeton compareceu pessoalmente à conferência de 1999.

As apresentações da conferência foram relatadas no livro de 2003, " From Complexity to Life" (Da Complexidade à Vida) , editado pelo teólogo Niels Hendrick Gregersen . O livro incluía artigos de Davies, Charles Bennett , Gregory Chaitin , Stuart Kauffman , Werner Loewenstein e Harold Morowitz . Um dos artigos era de William Dembski, o principal defensor do Design Inteligente .

Em 2010, Davies e Gregersen editaram em conjunto o livro Information and the Nature of Reality (Informação e a Natureza da Realidade) , que era um relatório de uma conferência realizada em Copenhague em 2006, que contou com a presença de vários autores importantes sobre sistemas complexos , incluindo Terrence Deacon , Jesper Hoffmeyer , Seth Lloyd e Henry Stapp , bem como vários teólogos cristãos proeminentes.

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