Síntese - Teoria Geral dos Sistemas

Por Lucas Negri
Síntese - Teoria Geral dos Sistemas – Ludwig Von Bertalanff
Lucas Hermann Negri - Ciência da Computação - Udesc

1 – Introdução

Os Sistemas estão em toda parte

Por consequência do avanço tecnológico, o termo “sistemas” vem se difundindo na sociedade
moderna. A necessidade de se encontrar novos meios para realizar tarefas faz surgir novas profissões voltadas ao “enfoque sistêmico”, com o objetivo de não somente realizar a tarefa pretendia, mas a realizar com o máximo de eficiência e menor custo possíveis.
Todos essas mudanças levam o período atual a se caracterizar como uma “Segunda Revolução Industrial”, pois os sistemas estão presentes em todos os campos da ciência. Essa transformação ocorre na maneira do homem pensar, que passa a encarar tudo como se fossem grandes complexos (sistemas), reorientando o pensamento científico.
As novas descobertas nos campos da biologia molecular, genética, medicina, entre outros, já se tornaram conhecimento comum, porém falta uma visão voltada mais ao nível da organização
da matéria viva, e não somente uma visão mais aprofundada dos complexos da matéria.
A teoria sobre sistemas pode servir para diversos campos, até mesmo nas ciências sociais, onde se deve tratar os fenômenos sociais contemporâneos como sendo “sistemas”, mesmo sabendo a complexidade das definições sócio-culturais dos povos atuais.
Os grandes acontecimentos da história foram tidos como atos de indivíduos, que foram tomados como seres fora dos padrões humanos (tratados como gênios, pessoas com capacidades sobre-humanas), mas que na verdade não são os grandes encarregados pelos acontecimentos, somente uma pequena peça de um grande “sistema”, que pode ser representado por ideologias e tendências sócio-culturais.
Mesmo sabendo das deficiências das teorias como das de Spengler e Toynbee, as leis dos sistemas sócio-culturais são dotadas de sentido, mas não formam algo inevitável.
Apesar da história e a sociologia tratarem de organizações informais, foi desenvolvido a “teoria das organizações formais”, que podem ter como exemplos empresas comerciais que seguem algum tipo de “padrão/regras”. O estudo dessas organizações, no ponto de vista
sistêmico, as trata como um sistema de variáveis mutuamente dependentes (se interagem). Por consequência se equipara a teoria por trás das organizações com a teoria geral dos sistemas, que procura tratar os sistemas como sendo uma grande entidade, e não um aglomerado de partes.
Tudo o que já foi comentado pode ilustrar o conceito de “sistemas”. Uma consequência do
conhecimento sobre sistemas é que o “novo mundo” não se refere mais a pessoas, mas sim a “sistemas”. O ser humano, “o objeto falível”, se torna um item de consumo que pode ser facilmente substituído, e deve ser eliminado e substituído por máquinas que ele mesmo criou ou
se tornar um ser idiota treinado para uma única coisa (um ser “super especializado”). O indivíduo não passar a ser nada mais do que uma “roda dentada” do grande sistema, regido por alguns
“líderes” que só se preocupam com o próprio sistema.
Não importa se considerarmos essa expansão do conhecimento como sendo algo benéfico ou
uma extensão do pensamento de “linhas de produção”, devemos saber que esses fatos são dignos
de um intenso estudo.

História da Teoria dos Sistemas

O conceito de “Sistema” possui uma longa história, apesar de que o termo “Sistema” não era mencionado. Vários pensadores importantes fizeram parte dessa história, como Leibniz, Nicolau de Cusa, Marx e Hegel.
Outro precursor dos “Sistemas” foram as “Gestalten físicas”, escritas por Kohler, que seguiam
um pensamento parecido, porém se limitava à física, e não tratava de toda a generalidade do problema. Em uma publicação posterior, Kohler deu mais um avanço, criando um postulado de
uma teoria dos sistemas, que era destinada a sistemas orgânicos e inorgânicos. A obra clássica de Lotka se aproximou mais do objetivo, ao tratar a sociedade como um sistema e se preocupar mais com problemas da sociedade do que problemas biológicos de um indivíduo.
A necessidade da abordagem dos sistemas só se tornou visível recentemente, quando se
percebeu que não era viável tratar as ciências por partes isoladas. Com essa nova abordagem, novas criações se tornaram viáveis em todos os ramos da ciência.
Ludwig ficou intrigado com peças que faltavam na biologia. A abordagem atual não tratava
do organismo como um sistema, que interagia para criar condições de vida, mas sim tratava
com um enfoque mecanicista.
Idéias semelhantes começaram a surgir em outros lugares, mostrando que esse era o início de uma nova tendência, que necessitava de tempo para ser aceita.
Juntamente com o trabalho sobre o metabolismo e as novas teorias sobre o organismo, a teoria dos sistemas abertos foi proposta, baseando-se no fato que o organismo é um sistema aberto, apesar de que na época não existia nenhuma teoria desse tipo. Assim, a biofísica passou a exigir
uma melhora da física convencional, o que mais tarde acabou ficando conhecida como termodinâmica irreversível.
A biologia até então era tida igual ao trabalho em laboratório, o que fez o autor passar por
rejeições ao publicar “Theoretische Biologie”, que tratava de um outro campo da biologia, que
só passou a ser aceito e divulgado mais tarde. Por causa da última guerra, parte das publicações
foram destruídas. Após a guerra, a teoria geral dos sistemas foi amplamente discutida entre físicos e em conferências.
Um grande obstáculo para a aceitação da teoria dos sistemas foi o fato que ela era tida como trivial e falsa, por causa de suas analogias superficiais que mudavam as diferenças reais, conduzindo a conclusões erradas.
Os ataques à teoria dos sistemas não atingiam o verdadeiro objetivo dela, que era ter uma interpretação generalista e uma teoria sobre assuntos que até então não existiam.
Outra linha de desenvolvimento estava surgindo, com a publicação do livro “Cybernetics” de Norbert Wiener, que foi o resultado dos recentes estudos da tecnologia de computadores, teoria
da informação e das máquinas auto-reguladoras. Wiener levou os conceitos cibernéticos de retroação além dos campos da tecnologia, generalizando-os nos campos biológicos e sociais.
A teoria dos sistemas não surgiu por causa dos esforços feitos para a guerra, mas sim pelos
esforços que já haviam sido feitos antes.

Rumos da Teoria dos Sistemas

A sociedade estava em uma época que encarava qualquer nova descoberta ou mudança como uma revolução, por mais trivial que ela fosse. O início da implementação da teoria dos sistemas não fugiu muito disso.
Kuhn define uma revolução científica como o aparecimento de novos paradigmas conceituais que mostram aspectos que estavam escondidos anteriormente na ciência convencional. De acordo com essa definição, a implantação da teoria dos sistemas ocasionou uma mudança nos métodos na prática científica.
Mas esse novo conhecimento leva ao aumento da importância de se fazer uma análise filosófica, que normalmente é deixada de lado. Com grande frequência, as versões primitivas de um novo “paradigma” são voltadas somente à resolução de problemas específicos, falhando quando se tenta aplicar em outros problemas. O novo paradigma engloba novos problemas, inclusive os que antes foram deixados de lado como “metafísicos”.
O grande problema do sistema são as limitações existentes na forma em que a ciência analisa os fatos e dados.
A ciência clássica faz uso do “procedimento analítico”, que estuda uma entidade a separando em partes e estudando separadamente cada uma. Ela procura por unidades “atômicas”.
Para aplicar o “procedimento analítico”, deve-se atender a dois pré-requisitos: Não devem haver interações entre as “partes” ou as interações devem ser desprezíveis. Esses requisitos garantem que a entidade possa ser estudada matematicamente.
Teoria dos compartimentos: É um aspecto dos sistemas complicado o suficiente para ser tratado separadamente. É uma teoria segundo o qual os sistemas podem ser divididos em “sistemas menores”, que interagem com outros “sistemas menores”. Existem dificuldades matemáticas ao se analisar um número razoável de “compartimentos”, somente sendo possível o cálculo utilizando as Transformações de Laplace, a introdução das redes e dos gráficos.
Teoria dos conjuntos: As propriedades formais dos sistemas podem ser axiomatizadas. Este enfoque se mostra superior às formulações mais primitivas da teoria dos sistemas.
Teoria dos gráficos: Muitos problemas não tratam de relações quantitativas, mas sim à relações topológicas dos sistemas. Uma boa abordagem à esse tipo de problema é utilizando a teoria dos gráficos. Em termos matemáticos, essa teoria se liga à álgebra das matrizes e forma modelos seguindo a teoria dos compartimentos.
Teoria das redes: A teoria das redes tem ligação com as teorias já descritas. É aplicada em sistemas como as “redes nervosas”.
Cibernética: Trata da “transferência de informação” e da “retroação”. Tem grande aplicação, porém não caracteriza a “teoria dos sistemas” em geral. É utilizada para descrever os mecanismos reguladores, e serve até mesmo para sistemas do tipo “caixa preta” (quando não se conhece o mecanismo real, e só é definido pelos resultados da entrada de dados).
Computação e simulação: Para resolver conjuntos de equações que seriam muito cansativas ou praticamente impossíveis, usa-se os computadores para realizar o cálculo.
Teoria da informação: Baseia-se no conceito de que a informação pode ser usada como medida de organização. Não possui muitas aplicações, excluindo no campo de engenharia da comunicação.
Teoria dos autômatos: Autômatos são “máquinas algorítmicas”, capazes de calcular qualquer processo de qualquer complexidade, se o número de operações lógicas puder ser expresso e for finito.
Teoria dos jogos: Apesar de ser diferente das outras teorias, ela se enquadra como sistema pois trata do comportamento do “jogador”, que procura ter o maior ganho e menor perda possíveis.
Teoria da decisão: “É uma teoria matemática que trata de escolhas entre alternativas”.
Teoria da fila: Trata da otimização de arranjos. Mostra que existem diferentes enfoques para se investigar sistemas, incluindo grandes métodos matemáticos. Existe incompatibilidades entre os modelos e a realidade, pois mesmo tendo um modelo complicado e bem elaborado, pode ser difícil encontrar uma aplicação prática para ele. Grande parte das teorias causaram muita expectativa, mas não tiveram resultados do nível esperado, como por exemplo o caso da teoria da informação, que tem um alto desenvolvimento matemático, mas não serviu em nada para campos como psicologia e sociologia.
As vantagens de modelos matemáticos são bem conhecidas e exploradas, como a ausência de ambiguidade e a possibilidade de se verificar resultados observando os dados que são utilizados. Esses modelos, porém, não substituem os modelos formulados em linguagem ordinária.
A matemática representa algoritmos que são muito mais precisos do que a linguagem ordinária. Expressões em linguagem ordinária precederam os algoritmos, e algumas teorias, como a de Darwin, só ganharam seus modelos matemáticos mais tarde.
Não é necessário possuir um modelo matemático para algo ser caracterizado como um “sistema”, como por exemplo sistemas no campo da sociologia.
Existem um grande problema ao se tratar de sistemas com muitas equações/números imensos, pois, apesar de teoricamente algum autômato poder calcular qualquer cois que possa ser expressa em números e ser finita, é praticamente impossível e ruim de se calcular um sistema com um enorme número de etapas.
De acordo com Hart, as invenções humanas são combinações de elementos conhecidos. Seguindo o pensamento de Hart, conclue-se que quando se aumentar o número de permutações e combinações dos elementos existentes, vai se aumentar a o número de novas invenções. Hart também apresentou curvas mostrando a velocidade de crescimento cultural e outras áreas humanas. Essas curvas constituem uma superaceleração à maneira da curva “log-log”.
A concepção mecanicista, mesmo tomada na forma moderna e generalizada de um autômato de Turing, falha ao tratar de regulações subsequentes a perturbações arbitrárias, como também ao tratar de números imensos.
As considerações acima referem-se a conceitos fundamentais da teoria dos sistemas, como o de ordem hierárquica. Podemos ver o universo como uma grande hierarquia, das partículas elementares até os grandes complexos. As leias de organização atuais são insuficientes para o mundo sub atômico.
Os princípios da ordem hierárquica podem ser descritos pela linguagem verbal, e possui idéias “semimatemáticas” relacionadas com a teoria das matrizes em termos da lógica matemática.

2 – O significado da teoria geral dos sistemas

A procura de uma teoria geral dos sistemas

A principal característica da ciência moderna é a especialização, que acaba dividindo a ciência em vários ramos e sub-ramos, prendendo o cientista em um universo privado, com pouca comunicação com outras áreas à sua volta.
Esse fato se opõe a outro aspecto. Concepções (e problemas) semelhantes surgiram em áreas bem diferentes.
A física clássica tinha como meta resolver os fenômenos naturais, o que foi expresso no ideal do “espírito laplaciano”, que diz que pode-se predizer o estado do universo partindo da posição e do momento das partículas. Quando as leis da física foram substituídas por leis estatísticas, essa concepção, apesar de mecanicista, não foi alterada, mas sim reforçada. Contrastando com essa concepção mecanicista, criou-se problemas de totalidade, interação dinâmica e organização em vários ramos da física.
Na concepção organimística da biologia, é necessário estudar todo o sistema, e não somente as partes isoladas, sistema esse resultante da interação dinâmica das partes. Se as partes fossem estudadas separadamente, iam se obter outros resultados. Este conceito também serve para outras áreas, como por exemplo na psicologia.
Pouco tempo atrás, a ciência exata identificava-se quase por completo com a física teórica. Não se tentava enunciar leis exatas em campos diferentes da física (poucos obtiveram reconhecimento). Porém, com o progresso nessas áreas, torna-se necessário uma expansão dos conceitos, com o objetivo de permitir o estabelecimento de sistemas de leis onde a física não pode estar presente.
Organismos vivos são tomados como sistemas abertos, pois interagem com o ambiente, enquanto a física e outros campos exatos tratam de sistemas fechados. Somente mais tarde a física passou a englobar também sistemas abertos e estados de desequilíbrio.
O significado dessa disciplina é que nada obriga a por um um termo aos sistemas tratados em física, pois pode-se aspirar a princípios aplicáveis aos sistemas em geral, independente da sua natureza. Pode se verificar que existem modelos, princípios e leis que se aplicam aos sistemas, independente do seu tipo particular.
Por consequência ao que foi dito acima, começam a aparecer semelhanças nas estruturas em diferentes áreas. Uma mesma lei pode servir ao mesmo tempo para o campo da biologia quanto ao campo da matemática.
A formulação de uma teoria geral dos sistemas poderia fornecer modelos a serem usados em vários campos, economizando tempo e trabalho, aumentando o progresso nos campos.
O método clássico era adequado para resolução de problemas que podiam ser isolados e calculados separadamente, porém não serve para processos que incluem interações, exigindo um novo pensamento matemático.
Não se deve pensar que, por exemplo, pela teoria geral dos sistemas os países são organismos superiores, e as pessoas são apenas células insignificantes. Esse pensamento está errado e leva a
analogias sem significação.
Existem áreas, como a genética e a economia, que são de alta complexidade, e formular uma teoria completa é uma tarefa muito difícil, e devemos nos contentar com uma “explicação em princípio”.

Propósitos da teoria geral dos sistemas

Pontos de vistas semelhantes surgiram em várias disciplinas da ciência, como também problemas que não são entendíveis se analisar apenas as partes isoladas. Essa correspondência é muito importante e indica uma mudança na atitude da física, que passa a tentar achar uma teoria geral que sirva para todas as áreas da ciência, tentando encontrar uma teoria exata nos campos não físicos da ciência.
Estas considerações levam ao postulado de uma nova disciplina, chamada de “Teoria Geral dos Sistemas”, que deixa menos vago o conceito de “totalidade”.

Sistemas fechados e abertos: limitações da física convencional

A física convencional só trata de sistemas fechados, que são aqueles que estão isolados do seu ambiente. Porém, normalmente esses sistemas que só são estudados em casos isolados nunca aparecem separados do meio, mas sim interagindo com outros sistemas. Somente nos últimos anos que a física passou a englobar alguns casos de sistemas abertos.
Existe um grande contraste entre a natureza animada e a natureza inanimada, no ponto de vista da física convencional. O próprio metabolismo humano é um grande paradoxo, como também o princípio da eqüifinalidade.
Ao pegar o ponto de vista dos sistemas generalizados, muitas das supostas violações, paradoxos e contradições da física convencional desaparecem, e o conceito de sistema aberto pode ser aplicado à níveis não físicos.

Informação e entropia

Outro ramo da física, a teoria da comunicação, é estreitamente ligado à teoria dos sistemas. Em muitos casos, o fluxo de informações se parece com um fluxo de energia, em outros, não. Porém, existem formas de “medir” a informação, em termos de “decisões”.
O segundo conceito geral da teoria da comunicação é o conceito da retroação. Este conceito é muito usado nos sistemas auto-reguladores, pois garantem uma “direção” da ação. Um bom exemplo são os mísseis que possuem um sistema próprio de radar e que procuram pelo alvo. Porém, não é somente em aparatos tecnológicos que existe retroação. Vários fenômenos biológicos correspondem ao modelo da retroação, como por exemplo o fenômeno da homeostase.

Causalidade e Teologia

Na concepção mecanicista da física, o mundo dos organismos era visto como um “produto do acaso”, onde não se entendia o movimento dos átomos, nem as leis da causalidade.
Os conceitos de teologia e finalidade pareciam estar fora do âmbito da ciência, e eram tratados como algo estranho pela ciência . Porém, não se pode conceber um organismo vivo sem tratar dos conceitos da adaptação, finalidade e etc. A concepção atual considera esses aspectos como “partes” da ciência, e já trata de modelos como a eqüifinalidade, retroação e o modelo do “comportamento” adaptativo.

Que é a organização?

A organização era estranha ao mundo mecanicista. Os organismos são exemplos de "coisas organizadas", assim como as os átomos e as moléculas. Uma organização tem como características, tanto para organismos vivos quanto para outros tipos de “sistemas organizados”, noções de crescimento, diferenciação, ordem hierárquica, controle, entre outras. Pela lei do oligopólio, se existirem organizações competindo, os conflitos entre elas aumentam a medida em que o número de organizações vão diminuindo. Quando sobram apenas um par, o atrito é tão grande que pode levar a destruição das duas organizações restantes.

A teoria geral dos sistemas e a unidade da ciência

A teoria geral dos sistemas tem como função integrar a ciência. Essa integração não tem como objetivo de reduzir tudo ao nível da física, mas sim na elaboração de leis que sirvam para todas as áreas.
A concepção humana de “desenvolvimento” está muito ligada ao desenvolvimento de novas tecnologias e inventos, que inclusive levaram a grandes catástrofes do nosso tempo. É possível que se tratarmos o mundo como uma grande organização, daremos mais importância aos seres vivos. Importância esta que quase perdemos nas últimas décadas.

A teoria geral dos sistemas na educação: a produção de generalistas científicos

A educação convencional trata os campos como domínios separados, e constrói especialistas, pois não acredita que é possível uma “educação integrada”, onde o que se aprende possa ser usado mais genericamente, e não só para problemas específicos.
Os benefícios do domínio humano sobre as leis da física são claros, como por exemplo a nossa tecnologia. Nos campos biológicos, apesar de não serem tão evoluídos, conseguimos melhoras na qualidade de vida e espectativa de vida. Mas, todo o controle do ser humano sobre a tecnologia também traz um grande perigo: o da destruição. Muitas vidas foram tiradas por inventos que nós mesmo criamos. O homem não é somente um pequeno “animal político”, mas sim um indivíduo que merece sua importância.

3 – Alguns conceitos dos sistemas considerados em termos matemáticos elementares

O conceito de sistema

Podemos distinguir complexos de acordo com o seu número, espécie ou de acordo com suas relações. Existem as características somativas e as características constitutivas. As somativas representam, por exemplo, a massa molecular e o calor, enquanto as constitutivas não são explicáveis a partir de características de alguma parte isolada, seguindo o pensamento de que “o todo é mais do que a soma das partes”.
Um sistema pode ser representado por um complexo de elementos em interação, e pode ser definido de várias várias maneiras, como por exemplo um sistemas de equações diferenciais simultâneas.

Crescimento

Equações desse tipo podem ser encontradas em vários campos, portanto pode demonstrar a existência de uma teoria geral dos sistemas.
A lei exponencial, também chamada de “lei do crescimento natural”, é válida para muitos campos, e pode ser usada para descrever o crescimento de populações (no caso de recursos ilimitados), crescimento de capital a juros compostos. A Lei de Malthus significa que o nascimento é maior do que a taxa de mortalidade, o que cria um crescimento infinito.
Outra “curva” que tem grande aplicação é a “curva logística”, que descreve, por exemplo, o crescimento de populações com recursos limitados e reações autocráticas. Esses exemplos mostram que existe uma uniformidade na natureza.

Obs.: Recomendo a leitura desse livro.