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

As equações da física que descrevem os movimentos dinâmicos clássicos são reversíveis no tempo. Pode-se substituir a variável tempo t por tempo negativo -t nas equações (invertendo o tempo) e elas permanecem igualmente válidas. Por exemplo, se o tempo fosse invertido, a Terra giraria em torno do Sol na direção oposta, o que parece bastante aceitável.

No entanto, muitos processos cotidianos não podem ser revertidos. Se o tempo fosse revertido, o vapor (visível como vapor de água) que sai de uma chaleira fervendo água no fogão voltaria para dentro da chaleira. Seria como um filme sendo reproduzido ao contrário. Com o tempo revertido, um copo quebrando no chão se remontaria milagrosamente, seus fragmentos voando em todas as direções e voltando a subir sobre a mesa. Tais processos jamais são observados na natureza.

A principal linha de pesquisa de Prigogine consistia em estudar a irreversibilidade desses processos.

Atualmente, é amplamente reconhecido que, em muitos campos importantes da pesquisa, um estado de verdadeiro equilíbrio termodinâmico só é alcançado em condições excepcionais. Experimentos com traçadores radioativos, por exemplo, demonstraram que os ácidos nucleicos contidos nas células vivas trocam matéria continuamente com o meio circundante. Também é sabido que o fluxo constante de energia proveniente do Sol e das estrelas impede que a atmosfera da Terra ou das estrelas atinja um estado de equilíbrio termodinâmico.

Obviamente, a maioria dos fenômenos estudados em biologia, meteorologia, astrofísica e outras disciplinas são processos irreversíveis que ocorrem fora do estado de equilíbrio.

Esses poucos exemplos podem servir para ilustrar a necessidade urgente de uma extensão dos métodos da termodinâmica, de modo a incluir processos irreversíveis.

( Introdução à Termodinâmica dos Processos Irreversíveis, 1955, pv )

Prigogine estava insatisfeito com o trabalho de Ludwig Boltzmann, que demonstrava como a irreversibilidade macroscópica poderia surgir da reversibilidade microscópica como resultado de considerações estatísticas. De fato, o paradoxo da reversibilidade de Joseph Loschmidt e o paradoxo da recorrência de Ernst Zermelo impediram que a irreversibilidade de Boltzmann fosse algo além de estatística.

Ele também estava insatisfeito com a dinâmica clássica, porque as equações de Newton são "reversíveis no tempo". Ele sustentava que a função de onda determinística de Erwin Schrödinger implicava que até mesmo a mecânica quântica é reversível no tempo, o que não é verdade. Os eventos quânticos levam ao " colapso da função de onda ", que é irreversível.

Prigogine recebeu o Prêmio Nobel por suas contribuições à termodinâmica de não equilíbrio, particularmente pela teoria do que ele chamou de "estruturas dissipativas". Trata-se de sistemas físicos ou químicos em condições "longe do 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". São principalmente a energia e a entropia negativa que são "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".

Prigogine acreditava que, antes dele, não havia "direção do tempo, nenhuma distinção entre passado e futuro", porque nem mesmo a mecânica quântica, na forma da equação de onda determinística de Schrödinger , conseguia fazê-lo (sem invocar um colapso da função de onda ). Prigogine introduziu o que chamou de "terceiro tempo" na física — o tempo como irreversibilidade. Ele via sistemas dissipativos fora do equilíbrio como uma nova fonte de ordem, conferindo ao sistema "novas propriedades espaço-temporais" mal definidas. ("O Significado da Entropia", em Epistemologia Evolutiva , p. 63)

O comitê do Nobel destacou a importância da irreversibilidade nos sistemas vivos e mencionou o trabalho de Lars Onsager sobre termodinâmica não linear, anos antes de Prigogine.

A termodinâmica clássica desempenhou um papel dominante no desenvolvimento da ciência e da tecnologia modernas. No entanto, apresenta certas limitações, pois não pode ser usada para o estudo de processos irreversíveis, mas apenas para processos reversíveis e transições entre diferentes estados de equilíbrio.

Muitos dos processos mais importantes e interessantes da natureza são irreversíveis. Um bom exemplo disso são os organismos vivos que consomem energia química na forma de nutrientes, realizam trabalho e excretam resíduos, além de liberarem calor para o ambiente, sem sofrerem alterações; eles representam o que chamamos de estado estacionário ou estável. O cozimento de um ovo é outro exemplo, assim como um termopar com uma junção fria e uma quente conectada a um instrumento de medição elétrica.

As "relações de reciprocidade" de Onsager e a produção de entropia mínima

O primeiro pesquisador a desenvolver um método para o tratamento preciso de tais problemas, como o do termopar, foi Onsager, que recebeu o Prêmio Nobel de 1968 por essa contribuição. Sua abordagem, no entanto, baseava-se em pressupostos que, em princípio, a tornam aplicável apenas a sistemas próximos do equilíbrio.

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.

A estrutura dissipativa mais conhecida é talvez a chamada instabilidade de Benárd. Ela se forma quando uma camada de líquido é aquecida por baixo. A uma dada temperatura, a condução de calor passa a ocorrer predominantemente por convecção, e observa-se a formação de células de convecção hexagonais, regularmente espaçadas, na camada de líquido. Essa estrutura é totalmente dependente do fornecimento de calor e desaparece quando este cessa.

De maneira geral, é possível, em princípio, distinguir dois tipos de estruturas: estruturas de equilíbrio, que podem existir como sistemas isolados (por exemplo, cristais), e estruturas dissipativas, que só podem existir em simbiose com o meio circundante. As estruturas dissipativas exibem dois tipos de comportamento: perto do equilíbrio, sua ordem tende a ser destruída, mas longe do equilíbrio, a ordem pode ser mantida e novas estruturas podem ser formadas.

A probabilidade de a ordem surgir da desordem é infinitesimal, de acordo com as leis do acaso. A formação de sistemas dissipativos ordenados demonstra, no entanto, que é possível criar ordem a partir da desordem. A descrição dessas estruturas levou a muitas descobertas fundamentais e aplicações em diversos campos da atividade humana, não apenas na química. Nos últimos anos, as aplicações na biologia têm predominado, mas a teoria das estruturas dissipativas também tem sido usada para descrever fenômenos em sistemas sociais.

( Comunicado de imprensa sobre o Prêmio Nobel de 1977 )

A termodinâmica clássica, em contraste com a termodinâmica não linear, só pode ser usada para o estudo de processos reversíveis e sistemas em equilíbrio térmico ou próximos a ele. Os sistemas "dissipativos" de Prigogine, hoje mais comumente conhecidos como sistemas complexos, poderiam ser descritos como "auto-organizáveis", uma propriedade que os " emergentistas " afirmavam ser uma propriedade básica da vida, que não poderia ser explicada pela " ciência reducionista ".

A Prigogina tornou-se muito popular entre os "holistas" e "vitalistas" que buscavam novas leis da natureza.

Prigogine foi um membro importante da Escola de Termodinâmica de Bruxelas.

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.