Dinámica de sistemas complejos: ruptura y reorganización

La principal fuente de problemas son las soluciones.

Frase atribuida a Eric Sevareid

Un sistema complejo es aquel cuyas propiedades no pueden explicarse por la suma de las propiedades de sus partes, sino que exhibe una serie de características nuevas, llamadas propiedades emergentes. El clima, el cuerpo humano y una moderna megalópolis, son ejemplos de sistemas complejos.

Rolando García, un investigador del Centro de Investigaciones Interdisciplinarias en Ciencias y Humanidades de la UNAM, lo explica así en su libro Sistemas complejos. Conceptos, método y fundamentación epistemológica de la investigación interdisciplinaria:

El sistema, como totalidad, impone sus propias leyes a los subsistemas. Es decir, hay una acción de organización que el funcionamiento del sistema total ejerce sobre sus subsistemas. Concebido el sistema como una totalidad organizada, la acción de organización —o acción de la totalidad sobre las partes— se pone de manifiesto, tanto en los mecanismos homeostáticos que mantienen un sistema en estado estacionario, como en los procesos de reorganización que conducen a la formación de nuevas estructuras estabilizadas. (García, op. cit., pág. 127)

Para estudiar un sistema complejo es necesario construir un modelo simplificado del mismo y separarlo de su entorno "exterior". Los sistemas complejos son, por definición, sistemas abiertos.

La noción de condiciones de contorno juega un papel esencial en la teoría de sistemas complejos. Sólo podemos mencionar aquí algunos resultados:

• Los sistemas naturales (abiertos) adquieren una estructura característica, cuando las condiciones de contorno se mantienen estacionarias.
• Cambios en las condiciones de contorno inducen desequilibrios internos en el sistema, el cual se reorganiza adquiriendo una estructura que es más estable frente a las nuevas condiciones de contorno.
• Modificaciones paulatinas en las condiciones de contorno no inducen, en general, modificaciones paulatinas en la estructura del sistema. La evolución de un sistema abierto tiene lugar por desestructuraciones y reestructuraciones sucesivas. De aquí que sólo un estudio diacrónico (histórico) puede proveer elementos suficientes para comprender el funcionamiento de un sistema en un momento dado. (García, op. cit., pág. 128)

García describe los mecanismos de estructuración y desestructuración de los sistemas complejos de la siguiente forma:

Las variables, a partir de las cuales definimos el sistema con su estructura característica en un periodo de tiempo determinado, no tienen valores estáticos, sino que fluctúan permanentemente, como también fluctúan las interacciones del sistema con el medio en el cual se inserta (lo que hemos llamado condiciones de contorno). Tales fluctuaciones pueden ser de dos tipos:

1. fluctuaciones de pequeña escala que inducen pequeños cambios, los cuales no llegan a alterar las relaciones fundamentales que definen la estructura del sistema;
2. fluctuaciones mayores que, cuando exceden un cierto umbral producen una desorganización de la estructura.

En el segundo caso, la desorganización de la estructura es la consecuencia de su inestabilidad para ese tipo particular de fluctuaciones. Estabilidad e inestabilidad son, por consiguiente, propiedades de la estructura del sistema, pero relativas al tipo de fluctuaciones o perturbaciones que pueda sufrir. Otros conceptos tales como vulnerabilidad, resiliencia y elasticidad pueden ser definidos en términos de estabilidades y son también, por tanto, propiedades estructurales del sistema.

Hay aquí, claramente, dos tipos de problemas a considerar: la desorganización del sistema cuando las perturbaciones exceden cierto umbral, y la posterior reorganización bajo nuevas condiciones. A este respecto, la termodinámica de procesos irreversibles, con los trabajos de Prigogine y su escuela, ha demostrado la diferencia fundamental del comportamiento entre un sistema aislado y un sistema abierto. En el primer caso, la termodinámica clásica ya había demostrado que el sistema sólo puede evolucionar hacia un estado de uniformización en la distribución de energía, lo cual implica un progreso gradual de desorganización. Desde la perspectiva de la mecánica estadística, esto significa un incremento continuo del "desorden" interno. En el estado final de equilibrio, desaparece toda estructura interna. Extendiendo este concepto a todo el universo (considerado como "sistema aislado"), Lord Kelvin predijo "la muerte termodinámica del universo".

En un sistema abierto, los flujos de intercambio con el exterior (condiciones de contorno) pueden mantener al sistema lejos de esa situación de equilibrio, con una estructura en estado estacionario. Bajo ciertas condiciones, el sistema puede evolucionar pasando por procesos de sucesivas desorganizaciones y reorganizaciones con estructuras cada vez más complejas. Estas estructuras, que se forman lejos del estado de equilibrio del sistema, han sido llamadas por Prigogine "estructuras disipativas" (Glansdorff y Prigogine, 1971). La teoría de sistemas disipativos rompió definitivamente la barrera que separaba las ciencias físicas de la biología y las ciencias sociales, construida sobre la idea de que sólo estas últimas evolucionaban hacia la formación de organismos o de sociedades con niveles crecientes de complejidad. Todo sistema abierto (y todos los sistemas naturales son abiertos) evoluciona en continua interacción con el medio externo y se auto-organiza, adoptando formas de organización con estructuras que permiten mantenerse en un cierto equilibrio dinámico con las condiciones de contorno. (García, op. cit., págs. 130-131)

Si las sociedades humanas, con un flujo energético adecuado, tienden a aumentar su complejidad de forma natural, es de suponer, entonces, que al disminuir el flujo energético ocurra una ruptura que conduzca a un nuevo estado estacionario con un nivel de complejidad acorde a esa nueva situación.

Ahora bien, ¿de qué otra forma pueden manifestarse los procesos de ruptura de un sistema complejo?

Noah Raford, un urbanista que trabaja como investigador en el Departamento de Estudios Urbanos y Planeamiento del MIT, utiliza las tesis de Charles Perrow y algunos modelos desarrollados en NetLogo para mostrar cómo pueden ocurrir esas rupturas en un sistema tecnológico complejo (1 y 2):

La conclusión es sencilla: a medida que los sistemas tecnológicos crecen en complejidad y conectividad, la probabilidad de fallos en cascada aumenta.

Este proceso ocurre en función de varias causas pues hay muchas partes fuertemente acopladas que interactúan entre sí, provocando un escalamiento estocástico, e imposibilitando la comprensión del funcionamiento del sistema.

James Burke, un historiador de la ciencia, nos cuenta, en el capítulo inicial de su serie Connections, cómo un pequeño descuido por parte de personal de mantenimiento provocó un enorme apagón eléctrico que afectó, durante 12 horas, a más de 30 millones de personas en el noreste de Estados Unidos y la provincia de Ontario en Canadá en noviembre de 1965: