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Estructuras Disipativas

Posted by miquel lacasta on 14 de octubre de 2013 · 2 comentarios 

Estructuras Disipativas

La Teoría Termodinámica del No-equilibrio o Teoría Termodinámica de las Estructuras Disipativas de Ilya Prigogine – Premio Nobel de Química en 1977 – es una de las teorías que se enmarca bajo el paraguas de las teorías de la autoorganización y por extensión de las ciencias de la complejidad.

Publicada en 1965 en Non Equilibrium Thermo-Dynamics Variational techniques and Stability[1] a Teoría de las Estructuras Disipativas define estas como elementos o sistemas que necesitan disipar e intercambiar materia o energía con el medio para sobrevivir, porque es de esa manera como se desarrollan. Prigogine identificó la entropía, que hasta entonces tenía una connotación de equilibrio en el área de la termodinámica, como un estado caótico que puede estar en equilibrio o no.

En relación al equilibrio, Prigogine estableció una clasificación para los sistemas, en tanto que estos se encontraban en equilibrio, cerca del equilibrio o lejos del equilibrio. Los sistemas disipativos son aquellos que pueden permanecer lejos del equilibrio y evolucionar. Esta capacidad evolutiva viene dada porque en termodinámica, –rama de la física dedicada al estudio de los procesos donde se produce una transformación de la energía– cuando hay un aumento en el flujo de materia y energía que pasa a través de un sistema disipativo, puede ocurrir que se genere un nuevo estado de inestabilidad de la materia, excitaciones, turbulencias, etc, que provoque una transformación hacia estructuras y estados de gran complejidad.

En resumen, los sistemas disipativos son aquellos que lejos del equilibrio, potencialmente pueden transformarse en estructuras de gran complejidad y evolucionar de forma autoorganizada.

Prigogine da la vuelta con sus teorías a la ciencia clásica que privilegiaba el orden, el determinismo y la previsibilidad de la naturaleza. La ambición propia de la ciencia era descubrir lo inmutable y lo permanente, más allá de las apariencias de cambio. Las leyes universales de la dinámica clásica eran reversibles y deterministas y operaban a partir de la definición de un estado del sistema y el conocimiento de la ley que rige la evolución, lo que permitían deducir, con la certeza y la precisión de un razonamiento lógico, la totalidad tanto de su pasado como de su futuro. En un ámbito determinista todo el futuro está contenido en el presente.

La termodinámica del no-equilibrio representa un reto a la reversibilidad. Se hace posible la introducción de la idea de tiempo y de la historia en un universo que la física clásica había descrito como eterno e inmutable.

Durante bastante tiempo, la ciencia pensaba que las leyes fundamentales de la física sólo permitían deducir que los sistemas deben llegar al equilibrio termodinámico, y que el proceso de evolución biológica era una rara excepción. Hoy, en cambio, se sabe que los sistemas abiertos, es decir, los que intercambian materia y energía con el mundo exterior, son los más numerosos.

En palabras de Prigogine la idea de irreversibilidad se expresa de la siguiente manera:

En este fin de siglo, somos cada vez más los que estimamos que las leyes fundamentales son irreversibles y aleatorias, mientras que las leyes deterministas y reversibles, de las que no discutimos su existencia, no se aplican más que a situaciones límite: procesos ejemplares en el sentido en el que lo son los cuentos simplificados que les presentamos a los niños antes de confrontarlos con problemas reales.[2]

En el contexto de los sistemas complejos, los eventos que resultan al final de ciertos procesos autoorganizados, como la muerte, la extinción de una especie o el colapso de un sistema meteorológico, pueden ser considerados irreversibles.

La idea de irreversibilidad hace especialmente atractiva a la ciencia y deja claro el rol que juega el concepto de tiempo en las teorías inscritas en las ciencias de la complejidad, según apunta aquí Prigogine:

La dirección del tiempo, el elemento narrativo ha de jugar un papel esencial en la descripción de la naturaleza. Sentada esta premisa, el tiempo narrativo debe entonces incluirse en nuestra formulación de las leyes de la naturaleza. Estas leyes, tal y como Newton las formuló, pretendían expresar certezas. Ahora debemos hacer que expresen posibilidades que pueden llegar o no llegar a realizarse.

Podemos tener la certeza de que el carácter temporal y evolutivo del mundo ocupará de ahora en adelante un lugar central en su descripción física, como así ha sucedido en las ciencias biológicas desde los tiempos de Darwin. Estamos redescubriendo el tiempo, pero es un tiempo que, en lugar de enfrentar al hombre con la naturaleza, puede explicar el lugar que el hombre ocupa en un universo inventivo y creativo.[3]

Una manera de considerar la idea de tiempo es incorporando a las leyes físicas, la dimensión evolutiva, asociada a la entropía. La entropía es el elemento esencial que aporta la termodinámica, ciencia de los procesos irreversibles, es decir orientados en el tiempo. Estos procesos poseen una dirección privilegiada en el tiempo, en contraste con los procesos reversibles, tal como hemos visto antes, es decir, la entropía describe lo irreversible de los sistemas termodinámicos, es la magnitud física que mide la parte de la energía que no se puede utilizar para producir trabajo.

La entropía puede interpretarse como una medida de la distribución aleatoria de un sistema. Se dice que un sistema altamente distribuido al azar tiene alta entropía. Puesto que un sistema en una condición improbable tendrá una tendencia natural a reorganizarse a una condición más probable, similar a una distribución al azar, esta reorganización resultará en un aumento de la entropía. La entropía alcanzará un máximo cuando el sistema se acerque al equilibrio, alcanzándose la configuración de mayor probabilidad.

En definitiva a partir de la noción de entropía podemos afirmar que la naturaleza nos presenta procesos irreversibles y reversibles, pero los primeros son la regla y los segundos la excepción. Igualmente podemos concluir a partir de lo anterior lo que Prigogine desvela: La vida sólo es posible en un universo alejado del equilibrio.[4]

Gracias a estos conceptos la ciencia hoy busca en los procesos irreversibles otra clave distinta para comprender la naturaleza, y tal como constataba ya en 1917 D’Arcy Thompson, entiende el mundo como un sistema poblado por seres capaces de evolucionar e innovar, por seres cuyo comportamiento no puede considerarse absolutamente previsible y controlable.

Prigogine sostiene que las leyes de la naturaleza, no están todas dadas desde el principio, sino que evolucionan como lo hacen las especies. A medida que las cosas se complican, aparecen bifurcaciones, amplificaciones, fluctuaciones y emergen nuevas leyes. Las raíces de lo biológico se hunden en la materia mucho antes de lo que hubiera podido imaginarse. [5]

El papel activo de la irreversibilidad, la creación de un orden por fluctuaciones, el carácter aleatorio de éstas, la historicidad, es decir el papel del pasado, introducido por el orden de sucesión de las bifurcaciones que conducen a una estructura, constituyen un conjunto de notables propiedades de la evolución, características de los sistemas alejados del equilibrio.

Las ideas que están detrás del urbanismo contemporáneo, entienden que una ciudad es un sistema que necesita disipar e intercambiar materia o energía con el medio para sobrevivir, y por tanto que en esencia un entorno urbano es una realidad compleja que se desenvuelve lejos del equilibrio, con un alto grado de entropía, en movimiento dinámico constante. Otra consideración esencial en la analogía de lo urbano con las estructuras disipativas es la introducción del vector tiempo como algo esencial. Como antes mencionaba, los procesos urbanos poseen una dirección privilegiada en el tiempo.

El urbanismo se abre a lo complejo y disciplinarmente se emparenta por defecto con el paisajismo, en tanto que herramienta proyectual basada en el tiempo y como no, con la arquitectura, en tanto que unidad espacial de lo urbano que responde a las lógicas de la complejidad.

Leer la ciudad como una estructura disipativa es construir un relato termodinámico.

*Imagen del post, Pao for the Tokyo nomad girl, de Toyo Ito, 1985-1986 en http://ofilab.ofita.com/2011/09/15/pao-for-the-tokyo-nomad-girl-toyo-ito/