Indice1. Introducción 2. Cibernética 3. Los sistemas económicos 4. El Medio Ambiente 5. La gestión ambiental
Hoy notamos que ocurren transformaciones radicales en las sociedades humanas y se generan desequilibrios ecológicos, sociales y económicos cada vez más graves y profundos. También nos sorprendemos ante la evidencia que las soluciones aportadas por la "ciencia" se revelan ineficaces para resolver los problemas que aparecen. Tenemos la sensación que las nuevas situaciones de conflicto escapan al campo de aplicación de la ciencia; y sucede que ante una acción humana tendiente a resolver un desequilibrio puntual, la Naturaleza reacciona con otro desequilibrio imprevisto y más grave que aquel que se quiso remediar.
La "Cibernética" es una ciencia del tipo axiomático – deductivo, que estudia la comunicación y el control de los sistemas. Quien estudie cualesquiera partes del universo bajo el enfoque de la Cibernética, verá que la realidad se presenta simple y accesible, y al comprender la verdadera naturaleza de los procesos materiales podrá encontrar soluciones para resolver los conflictos que ocurren en todo sistema material (sea viviente o inerte, natural o artificial).
Así; mediante el control del sistema socioeconómico de una región, un país o el mundo, podrá establecerse condiciones de mayor orden y promover su desarrollo y evolución. Además, comprendiendo los procesos ambientales, podrán promoverse acciones para mejorar la calidad del medio ambiente y atenuar los impactos provocados por causas naturales y actividades humanas. También legislar en forma efectiva y resolver los conflictos relacionados con la contaminación ambiental.
Estados de crisis y convulsiones sociales como el actual, en general anuncian y propician las revoluciones científicas y tecnológicas. La Cibernética se presenta como un nuevo paradigma científico, y como tal capaz de abordar y brindar solución global a la compleja problemática actual. Los protagonistas de los cambios serán aquellos pioneros que, aun perteneciendo al viejo paradigma, adopten el nuevo. Ellos necesariamente deberán tener fe en el juicio propio, y la valentía para promover y realizar las acciones que conduzcan por un nuevo rumbo, el cual ya se manifiesta como imprescindible e impostergable.
Historia La palabra "cibernética" tiene su raíz de origen en la voz griega que significa "timonel": aquél que controla y dirige una nave. En el siglo XIX, el sabio francés Andrés M. Ampère la utilizó para referirse al "arte de gobernar los pueblos". Luego, durante la década de 1940, Norbert Weiner, entonces investigador del Instituto Tecnológico de Massachusetts, definió a la Cibernética como "el estudio de la comunicación y el control en máquinas y animales". Desde los tiempos de su origen -en la Grecia Clásica de hace 2500 años- hasta el siglo XIX, no existieron referencias populares conocidas que relacionaran el vocablo "cibernética" con el concepto divulgado por Ampère. El "arte de gobernar los pueblos" había sido reservado durante milenios.
Con las "Nuevas ideas", divulgadas en Europa en el siglo XVIII, la Naturaleza vuelve a ser el paradigma de todo ordenamiento. Montesquieu, Rousseau y Quesnay proponen armonizar "utilidad" y "justicia", emulando en las organizaciones sociales el "orden" y el "funcionamiento" de la Naturaleza. La Cibernética – como ciencia material – nació con los trabajos de Norbert Wiener, quien durante la década de 1940 desarrolló estudios en campos diversos como el social (Cibernética y Sociedad), y el bélico (control de tiro antiaéreo). Y en el área lógico-matemática Norbert Wiener contribuyó con John Von Neumann al desarrollo de la primera computadora moderna, concebida bajo los cánones aun vigentes (hardware y software).
Hoy la Cibernética se presenta como un nuevo paradigma científico capaz de esclarecer los conceptos básicos de las ciencias materiales, y cuyo campo de estudio se extiende a todo aquello que pueda considerarse un sistema… y eso es "todo". Podría estudiarse el Universo en su totalidad o en parte; desde los más grandes conjuntos de sistemas macro-cósmicos estelares y galácticos hasta las más pequeñas partículas subatómicas… y también estudiar la "nada" (que es el sistema que existe más allá del universo material). Por ello, resulta por demás llamativo que la Cibernética no integre los programas de estudio de carrera alguna, dado las bondades y versatilidad de esta ciencia
La cibernética como sistema axiomático deductivo. La Cibernética es una ciencia del tipo "axiomático deductivo". Un "sistema axiomático deductivo" (SAD), es una estructura de conocimientos lógico-formal, integrada por "axiomas" y "principios" aceptados como verdaderos sin demostración, y "demostraciones" deducidas de acuerdo a "reglas lógicas" admitidas como válidas por los "principios" y "axiomas" del mismo "SAD".
Cibernética: definiciones y conceptos Cibernética: Ciencia que estudia la "comunicación" y el "control" de los "sistemas". Sistema: "Conjunto" de elementos de cualquier tipo (elementos reales o ideales). Sistema material: "Conjunto" de elementos integrantes del Universo. Ente físico: Elemento básico indivisible que agrupado con otros, según diversas combinaciones y formas de agregación, sería el constituyente común de todos los "componente" del Universo que se reconocen por sus contenidos de "materia", "energía" y "espacio".
Desagregación del Universo: Al Universo, el mayor sistema material, se lo puede considerar integrado por un conjunto de partes diferenciadas menores. Luego, cada una de esas partes diferenciadas menores, podrían ser reconocidas a su vez, como conjuntos integrados por otras porciones diferenciadas menores aún… Y así sucesivamente, hasta el límite de la desagregación del Universo en el conjunto de todos los "entes físicos" elementales indiferenciados existentes. Agregación de los entes físicos: A partir de la supuesta existencia del conjunto de todos los "entes físicos" indiferenciados y desagregados en su forma más elemental, podría pensarse en los sucesivos niveles de agregación que permitirían proceder a la integración del Universo hasta la forma tal cual es.
Niveles de agregación:
- Nivel Cero. – La Nada: No existen "entes físicos".
- 1er. Nivel. – La "sopa cósmica": Existen todos los elementos componentes del Universo, como "entes físicos" elementales indiferenciados.
- 2do. Nivel. – Sub-atómico: Existen partes del Universo en forma de partículas subatómicas (neutrones, protones, electrones y otras), formadas por combinaciones de componentes elementales del nivel anterior.
- 3er. Nivel. – Atómico: Existen partes del Universo en forma de átomos, integrados por diversas combinaciones de componentes provenientes de niveles anteriores.
- 4to. Nivel. – Molecular: Existen partes del Universo en forma de moléculas, formadas por diversas combinaciones de componentes de niveles anteriores.
- 5to. Nivel. – Microfuncional (Cristalino y Celular): Existen partes del Universo organizadas en forma de células vivientes y micro-cristales o aglomerados inertes, integrados por combinaciones de componentes de los niveles anteriores.
- 6to. Nivel. – Macrofuncional (Inerte y Orgánico): Existen partes del Universo organizadas como sistemas materiales funcionales de dos tipos: los vivientes y los inertes integrados por combinaciones de componentes de niveles anteriores.
- Niveles superiores: Existen partes del Universo organizadas como sistemas materiales macrocósmicos integrados por combinaciones de componentes de niveles anteriores, y así sucesivamente hasta el límite de abarcar el Universo en su totalidad.
Comunicación: Flujo de "entes físicos" dentro del sistema. Para posibilitar el estudio de la "comunicación" dentro de un sistema material, debe desagregárselo en sus componentes, hasta el nivel en que sea posible identificar y discriminar los "componentes estructurales" que integran el sistema en sí, de aquellos otros "componentes de flujo" que entran, circulan y salen del mismo. Control: Flujo de "entes físicos" entre el sistema en estudio y el exterior. Para el estudio del "control", se debe reconocer los "componentes de flujo" que entran y salen del sistema. Entropía: Su significado es equivalente a "desorden", y su formulación matemática se corresponde con la siguiente expresión: Es (f-o) = S D Vs = ò dVs = Ln V s (f) Vs Vs Vs (o)
Siendo: Es (f-o): Variación de entropía entre los estados final (f) e inicial (o).D Vs ó dVs: Incremento ó diferencial de la cantidad de componentes que integran el sistema. Vs: Cantidad de componentes del sistema en un instante dado. Vs(f) y Vs (o): Cantidad de componentes existentes en el sistema en los instantes final (f) e inicial (o) del proceso considerado. Estado de un sistema: El "estado" de un sistema se define por la valoración de dos parámetros: Su "cuantificación" y su "caracterización". 1). La "cuantificación": de un sistema estará dada por la medida de la cantidad total de "entes físicos" que lo integran. También puede expresarse por las medidas de las respectivas cantidades de "espacio", "energía" y "masa" que componen el sistema. 2). La "caracterización": de un sistema estará dada por la medida del "orden" que posee, lo cual resulta de la medida de su "entropía" .
La medida de la entropía: Permite valorizar la medida del "orden" que posee un sistema en determinada instancia, respecto al que poseía o pudo haber poseído en otra. Así, podría determinarse la diferencia de "entropía" para:
- La formación o constitución de un sistema.
- Cualquier proceso que ocurre en un sistema ya constituido.
1) El "orden" que adquirió un sistema en su constitución: Puede medirse por la diferencia entre la medida de la "entropía" del sistema constituido, y la que supuestamente poseía cuando todos los N "entes físicos" elementales que lo componen, existían desagregados e indiferenciados en el nivel de referencia correspondiente al 1er. nivel de agregación (la sopa cósmica). En el 1er. nivel de agregación (la sopa cósmica), la entropía para cualquier conjunto de una cantidad finita N de "entes físicos" desagregados e indiferenciados, resulta igual a 0 (cero): Es (o) = N . Ln V s (o) = N . Ln 1 = N . 0 = 0 (cero) Vs (o) 1 2) La variación del "orden" en un sistema ya constituido: Se determina por la diferencia entre la medida de la "entropía" del sistema para los instantes inicial (o) y final (f) de un proceso en estudio. Para ello, se debe computar la "entropía" de todos los "componentes" existentes dentro del sistema, tanto la de los "componentes" que constituyen el sistema en sí, como la "entropía" de los "componentes de flujo" que circulan por el mismo.
Medida de la entropía Ejemplos: Ejemplo 1: – La "entropía" de un "sistema" o "componente" constituído en 1 (un) nivel de agregación e integrado por una cantidad N de "entes físicos", surge de la siguiente expresión: Es (f-o) = 1 . Ln 1 N Ejemplo 2: – La "entropía" de un "sistema" o "componente" constituido en 1 (un) nivel de agregación e integrado por una cantidad N( 1 ) = N/n de elementos, todos y cada uno de los cuales está conformado por n "entes físicos" tomados del total N inicialmente desagregados, surge de la siguiente expresión: Es (f-o) = N( 1 ) . Ln 1 = N . Ln 1 n n n
Ejemplo 3: – La "entropía" de un "sistema" o "componente" constituido en 1 (un) nivel de agregación e integrado por cantidades N( 1 ) ; N( 2 ); N( 3 ) … N( i ) de elementos, y donde cada tipo de esos elementos está conformado por la cantidad correspondiente n( 1 ) ; n( 2 ); n( 3 ) … n( i ) de "entes físicos" tomados del total de los N inicialmente desagregados, surge de la siguiente expresión: Es (f-o) = N( 1 ) . Ln 1 + N( 2 ) . Ln 1 + N( 3 ) . Ln 1 + … + N( i ) . Ln 1 n( 1 ) n( 2 ) n( 3 ) n( i )
Siendo à N = N( 1 ) . n( 1 ) + N( 2 ) . n( 2 ) + N( 3 ) . n( 3 ) + … + N( i ) . n( i )Ejemplo 4: – La "entropía" de un "sistema" o "componente" constituido en i niveles de agregación y donde todos los "elementos" en cada nivel " i " están conformados con n ( i ) "elementos" tomados del nivel que lo precede ( i -1), surge de la siguiente expresión: Es (f-o) = N ( 1 ) . Ln 1 + N ( 2 ) . Ln 1 + … + N ( i ) . Ln 1 n 1 n 2 n i Es (f-o) = N . Ln 1 + N . Ln 1 + … + N . Ln 1 n 1 n 1 n 1 . n 2 n 2 n 1 . n 2 … n i n i Es (f-o) = N . é 1 . Ln 1 + 1 . Ln 1 + … + 1 . Ln 1 ù ë n 1 n 1 n 1 . n 2 n 2 n 1 . n 2 … n i n i û
Ejemplo 5: – La "entropía" de un "sistema" o "componente" constituido en i niveles de agregación, y con sus "elementos" siempre integrados con una cantidad n de elementos del nivel anterior, surge de la siguiente expresión: Es (f-o) = N . Ln 1 + N . Ln 1 + N . Ln 1 + … + N . Ln 1 n n n2 n n3 n ni n Es (f-o) = N . Ln 1 . é 1 + 1 + 1 + … + 1 ù n ë n n2 n3 ni û Es (f-o) = N . å ½ 1 ½ . Ln 1 1 ½ ni ½ n
Cibernética. Axiomas y principios Axioma fundamental: todo fenómeno que ocurre en el Universo es consecuencia de los procesos de comunicación en que todos los sistemas materiales están involucrados. Comentario: Al definir un sistema material, en realidad se definen dos: Uno el propiamente definido; y el otro: aquel formado por el resto del Universo. El axioma fundamental de la Cibernética postula que todo lo que ocurre en ambos sistemas es consecuencia de la comunicación entre y dentro de ellos. PRIMER PRINCIPIO: Los "entes físicos" que constituyen el Universo no pueden crearse ni aniquilarse. Comentario: El primer principio establece la conservación de los "entes físicos". Así, la cantidad de "entes físicos" presentes en todo sistema material, sólo variará como consecuencia de los procesos de "control" (ingresos y egresos de "entes físicos" al sistema). SEGUNDO PRINCIPIO: En todo sistema material, no son posibles aquellos procesos de cuyos efectos resulte la disminución de la entropía del Universo. Comentario: El segundo principio de la Cibernética determina, para todo sistema material, cuáles procesos pueden producirse y cuáles no. Establece que sólo puede disminuir la entropía de un sistema material, cuando se incrementa, por lo menos en la misma magnitud, la entropía del otro sistema constituido por el resto del Universo, pues de esa única forma el balance de la variación total de entropía del Universo resultaría positivo ó al menos nulo.
Cibernetica: objeto, aplicaciones y demostraciones. El objeto de la Cibernética: Es estudiar todos los procesos que experimentan o pudieran experimentar los sistemas materiales. El campo de aplicación de la Cibernética: Se extiende a todo aquello que pueda ser considerado un sistema material. Eso es el Universo, en su totalidad o en parte. Tipos de procesos en los sistemas materiales: Existen cuatro tipos de procesos que podrían experimentar los sistemas materiales: 1) Génesis y aniquilación; 2) Evolución; 3) Desarrollo y 4) Funcionamiento. 1). Procesos de génesis y aniquilación: Los procesos de génesis son aquellos en que el sistema en el estado inicial es "nada" y pasa al estado final como "algo material". El de aniquilación es el proceso inverso: de "algo material" el sistema pasa a la "nada". Comentario: Los procesos de génesis y aniquilación violan el primer principio, y respecto al segundo no existe solución para la función matemática que expresa la variación de entropía. En consecuencia, quedan excluidos del campo de aplicación del SAD el estudio de esos procesos. 2). Procesos de evolución: Son aquellos en que un sistema material se transforma en otro de características diferentes, como consecuencia del reordenamiento de los "elementos" o bien de los "entes físicos" en el interior de los "componentes" que constituyen el sistema en sí. Comentario: En el caso de procesos de evolución, se modifican las propiedades cualitativas del sistema que lo experimenta. – Por ejemplo: El Universo en el estado en que actualmente lo conocemos, pudo haberse conformado por un proceso de "evolución", a partir del estado primigenio en el que supuestamente existía como un conjunto de entes físicos elementales indiferenciados. 3). Procesos de desarrollo: Son aquellos en que un sistema material crece por el agregado de elementos o componentes idénticos a los que ya posee, sin que se modifiquen las propiedades cualitativas y características esenciales del sistema, salvo su tamaño. 4). Procesos de funcionamiento: El "funcionamiento" es el conjunto de comunicaciones internas que se producen dentro de todo sistema material.
El Funcionamiento, la comunicación y el control: De acuerdo con el axioma fundamental de la cibernética, todos los sistemas materiales experimentan comunicaciones internas (funcionamiento) y comunicaciones con el exterior (control). Así, en todo sistema material ocurren los siguientes procesos: a) Ingreso de "componentes de flujo" al sistema. (Proceso de Control). b1) Distribución de "componentes de flujo" ingresados. (Comunicación interna). b2) Funcionamiento en si, y eventualmente evoluciones y desarrollos. (Comunicación interna). b3) Recolección de "componentes de flujo" a egresar del sistema. (Comunicación interna).
Salida de "componentes de flujo" del sistema. (Proceso de Control). El "funcionamiento" de un sistema se compone de una gran cantidad de ciclos, cada uno de los cuales comprende la secuencia de procesos "b1", "b2" y "b3" y se cumple entre el ingreso (proceso "a") y el egreso (proceso "c") de los "componentes de flujo" que circulan dentro del sistema. El proceso de "distribución de entrada" (proceso b1), establece un importante ordenamiento y coloca al sistema en estado de aptitud para que ocurra el proceso del "funcionamiento en sí", durante el cual cabe la posibilidad que se produzcan "desarrollos" y "evoluciones" dentro del sistema. Durante el "funcionamiento en si" (proceso b2), tiende a disminuir el "orden" del sistema, el cual es restablecido a expensas de la entropía negativa aportada por los "componentes de flujo" distribuidos, los cuales, una vez degradados, son "recolectados" (proceso b3), previo a su egreso del sistema.
Herramientas matematicas de la cibernetica El estudio de "sistemas materiales" que contienen cantidades muy elevadas de "componentes" diferenciados, todos ellos a cuantificar y representar, plantea la necesidad de contar con herramientas adecuadas para la conducción y ordenamiento de los correspondientes cálculos matemáticos. Mediante la "teoría de los grafos" es posible representar; en forma gráfica, los sistemas y los procesos de comunicación entre sus componentes y el exterior. El "cálculo matricial" permite el tratamiento ordenado de las variables e incógnitas a considerar.
Teoría de los grafos Idea de "grafo": Se llama "grafo" al par de conjuntos, uno formado por un grupo de puntos en el plano donde cada elemento se denomina "vértice", y el otro; un conjunto de segmentos dirigidos denominados "arcos" que pueden unir, en ambos sentidos, cualesquiera pares de vértices. Representación del sistema: Se realiza mediante la construcción del grafo cuyos vértices representan los "componentes" del sistema discriminados en el nivel de observación deseado, y cada arco dibujado representa la conexión existente entre esos "componentes". Si además se completa el grafo con otros dos vértices: uno de entrada "E" y el otro de salida "S", tal que al primero no llegue ningún arco (todos salen de él), y al segundo todos lleguen (ninguno sale de él), se estarán representando también, las conexiones entre el sistema en estudio y el sistema exterior ó "resto del Universo".
Aplicación de los grafos al estudio de procesos: Una vez definidos el sistema y el proceso a estudiar, se representan mediante grafos: 1. Primero, los componentes que conforman el sistema en sí, por sus respectivos vértices y los valores de sus cuantificaciones correspondientes al estado inicial C(i)o. 2. Luego, los flujos que ocurren durante el proceso en estudio representados por los arcos orientados con las cuantificaciones correspondientes V(e,i) – V(i,j) y V(i,s).
Donde: V(e,i): Es la cuantificación del "componente de flujo" que ingresó al componente C(i) del sistema, desde el vértice E de entrada. V(i,j): Cuantificación del "componente de flujo" que pasó del componente C(i) del sistema, al componente C(j) del sistema. V(i,s): Cuantificación del "componente de flujo" que egresó desde el componente C(i) del sistema, al vértice S de salida. 3. Finalmente, los componentes del sistema en su estado final mediante los respectivos vértices y las cuantificaciones correspondientes al estado final C(i)f.
Tratamiento Matricial Representación "matricial": La estructuración de la información en "matrices" facilita el tratamiento computerizado del estudio de sistemas complejos, en los cuales es necesario manejar gran cantidad de datos y resolver sistemas de ecuaciones con elevada cantidad de incógnitas. Así; podrá representarse las matrices [C]; [V]; [E] y [S]. Matriz [C]: (de 1 fila x "n" columnas) Contiene los valores de "cuantificación" de cada uno de los "n" componentes C(i) que integran el sistema en sí. Matriz [V]: (de "n" filas x "n" columnas). Contiene los valores de "cuantificación" V(i,j) de los "componentes de flujo" que fluye entre dos elementos C(i) y C(j), sale del vértice (i) y llega al vértice (j). Matriz [E]: (de 1 fila x "n" columnas) Contiene los valores de "cuantificación" V(e,j) de los componentes de flujo que ingresan al sistema desde el exterior (vértice E) y van al elemento C(j) del sistema. Matriz [S]: (de "n" filas x 1 columna). Contiene los valores de "cuantificación" V(i,s) de los componentes de flujo que egresan del sistema desde el elemento C(i) y van al exterior (vértice S).
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