Indice
1.
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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