Olá a todos
Nesta unidade eu apresentarei a noção de informação
e as suas relações na caracterização ...
Nós começaremos discutindo a noção de entropia,
a qual é um tipo particular de...
Então tentaremos compreender a segunda lei da termodinâmica,
veremos o famoso paradoxo chamado o Demônio de Maxwell,
que liga entre a física com a informação,
Por fim, nós ouviremos
um físico da Universidade da Califórnia e do Santa Fe Institute
sobre seu trabalho
Vamos começar.
Na Unidade 1 nós vimos vários exemplos de sistemas complexos onde ocorrem auto-organização.
Por exemplo, nós vimos como formigas são capazes de produzir de modo coletivo,
estruturas organizadas como pontes feitas com seus próprios corpos,
como cupins se organizam para construir ninhos com estruturas intricadas,
como neurônios se organizam em unidades funcionais de cognição,
como trilhões de células do sistema imunológico se organizam para defender o corpo contra invasores,
e vimos como indivíduos organizam a si mesmos
em ecologias,
redes sociais,
cidades,
e economias complexas.
Nas Unidades 2 e 3 explanamos brevemente o sobre
dinâmicas e fractais
e como a iteração de regras simples pode levar tanto a comportamentos simples como complexos
como ela pode levar da organização ao caos.
Mas um outro conceito central para o fenômeno da auto-organização é o conceito de informação.
Para entendermos o fenômeno da auto-organização
nós precisamos entender como a informação é representada,
comunicada e processada em sistemas complexos.
como foi dito pelo físico Murray Gell-Mann,
"Embora os sistemas complexos se diferenciem bastante em termos de atributos físicos,
eles são muito parecidos com relação a maneira como lidam com informação.
Essa característica em comum é talvez o melhor ponto de partida para explorar o modo como operam."
Nesta unidade, veremos alguns dos meios pelos quais a informação pode ser quantificada.
Historicamente a estrutura matemática da informação começa com
as leis da termodinâmica. A primeira lei enuncia de modo simples que
em um sistema isolado, a energia se conserva.
Um sistema isolado é aquele onde
nenhuma energia pode ser adicionada de fora do sistema
ou sair do sistema.
Então o que queremos dizer exatamente por energia?
Energia é definida na física como o potencial de um sistema para realizar trabalho.
Trabalho aqui tem um significado técnico.
Mas você pode pensar nele de um modo bem informal
ou seja, trabalho é realizar tarefas.
Assim de modo informal,
Energia é o potencial do sistema para realizar tarefas.
A energia pode se apresentar em diferentes formas,
e pode ser transformada de uma forma para outra.
Aqui estão alguns exemplos.
A energia da luz do sol pode ser transformada em energia química nas plantas através da fotossíntese.
Energia elétrica pode ser transformada em energia térmica.
É assim que nossos fogões e aquecedores elétricos funcionam.
A energia química proveniente da comida pode ser transformada em energia mecânica ou cinética
que nós usamos para nos movimentar através dos músculos e veículos.
Repare que, de acordo com a primeira lei, em um sistema isolado,
energia pode ser transformada em vários tipos.
a quantidade total de energia do sistema permanece a mesma.
É isso que se quer dizer com "a energia se conserva."
Já a segunda lei da termodinâmica diz que
em um sistema isolado, a entropia sempre aumenta até alcançar um valor máximo.
Então o que queremos dizer por entropia?
Bem, sempre que energia é transformada de uma fonte para outra,
existe sempre uma perda de energia que não é utilizada para o trabalho.
Tal perda é muitas vezes chamadas de fuga de calor.
O termo técnico para isso é entropia.
Por exemplo, suponha que você está empurrando uma bicicleta subindo uma ladeira íngreme
A energia que você tem armazenada em forma de calorias está sendo transformada em energia mecânica
ou cinética que é o movimento da bicicleta e do seu corpo.
Mas existe um preço a pagar.
Esta transformação também resulta em perda de calor do seu corpo.
Tal energia não pode ser usada para trabalho.
Em outras palavras, energia que não contribui para você e sua bicicleta subirem a ladeira.
Isto é entropia produzida pela transferência de energia.
A entropia pode ser pensada como uma medida de desordem em um sistema.
A segunda lei da termodinâmica então afirma que
a desordem em um sistema sempre aumenta até que alcance um valor máximo.
Vamos ilustrar isso com um simples exemplo.
Eu usarei uma das bibliotecas de modelos Netlogo,
ela se chama GasLab Two Gas.
Então, vamos em Chemistry and Physics,
e em GasLab,
existe uma chamada GasLab Two Gas.
Ok, então eu a abri.
Nós vemos a configuração.
Ele ilustra o comportamento de duas salas com gases dentro delas.
E gás é apenas uma coleção de partículas que se movem.
Então cada uma desses círculos é uma partícula como uma molécula.
E simula a física do gás.
Então eu mostrarei a você este modelo
com um número de moléculas do lado direito
igual ao número de moléculas do lado esquerdo.
Cyan é esta cor azul. Magenta é esta cor roxa.
A velocidade inicial será 30 para a direita e 10 para a esquerda.
Cada uma delas com massa 8
Ok, isso vai simplificar bastante as coisas.
Clicamos em setup.
E o que acontece é que estas moléculas começam a se mover.
Eu ajustei a velocidade inicial das azuis para serem mais rápidas
que a velocidade inicial dessas avermelhadas.
E se olharmos para as velocidades delas podemos ver que
as azuladas tem maior velocidade, as vermelhas tem menor velocidade.
Este é um sistema ordenado
porque nós temos todas as partículas avermelhadas aqui e todas as azuladas aqui.
E elas não estão se misturando.
Mas e se nós permitirmos que elas se misturem clicando no botão abrir aqui em cima.
Vamos ver o que acontece
Vamos acelerar um pouco.
Quando elas colidem, elas podem perder energia e assim ficarem mais lentas.
E você pode ver que a medida que a medida em que permitimos que essas moléculas
se movam de acordo com as lei da física neste gás sem atrito,
rapidamente começam a se misturar partículas azuis com vermelhas a uma velocidade média,
a energia média delas se torna igual.
e o sistema todo se torna bastante desordenado.