Estructura disipativa

Las estructuras disipativas constituyen la aparición de estructuras coherentes, autoorganizadas en sistemas alejados del equilibrio. Se asocian con Ilya Prigogine, que recibió el Premio Nobel de Química « por una gran contribución a la acertada extensión de la teoría termodinámica a sistemas alejados del equilibrio, que sólo pueden existir en conjunción con su entorno».

El término estructura disipativa busca representar la asociación de las ideas de orden y disipación. El nuevo hecho fundamental es que la disipación de energía y de materia, que suele asociarse a la noción de pérdida y evolución hacia el desorden, se convierte, lejos del equilibrio, en fuente de orden.

Inestabilidad de Bénard

El ejemplo clásico utilizado por Prigogine para las estructuras disipativas es la «inestabilidad de Bénard». Se trata de una capa horizontal de líquido que tiene una diferencia de temperatura entre la superficie superior e inferior producto de que ésta última es calentada. Existe por tanto un gradiente de temperatura, al estar la base más caliente que la superficie, que produce la conducción de calor de abajo hacia arriba. La inestabilidad se produce cuando el gradiente sobrepasa cierto límite. En este caso el transporte de calor por conducción –colisión entre partículas— se ve aumentado por un transporte por convección, en el que las moléculas participan de un movimiento colectivo. Se forman vórtices que distribuyen la capa líquida en «celdas» de agua. Si se analiza la probabilidad de que un fenómeno como la «inestabilidad de Bénard» se produzca espontáneamente, se llega a la conclusión de que dicho fenómeno es prácticamente imposible.

Lejos del equilibrio

Lejos del equilibrio, la materia se comporta de forma diferente a las regiones cercanas al equilibrio. Las nociones de no linealidad, fluctuación, bifurcación y autoorganización son fundamentales: es el dominio de las estructuras disipativas, las que se encuentran en el origen de los estudios de sistemas complejos.

En una lenguaje vulgar, una estructura disipativa, sería la encargada de permitir alcanzar un cierto orden (muchas veces asociado al mero orden biológico) a expensas de un aporte continuo de energía externa al sistema. De ahí, que se le asocia al no equilibrio, pues origina condiciones que no son alcanzables espontáneamente, pero a las que si se llegan y mantienen en equilibrio si cíclicamente se le incorpora energía. Se dice que tales sistemas concluyen en un «equilibrio estacionario».

Ilya Prigogine en uno de sus más célebres libros, de título ¿Tan sólo una ilusión?, que consta de una antología de diez ensayos (elaborados entre 1972 y 1982) en los que el autor habla con especial ahínco sobre este nuevo estado de la materia: las estructuras disipativas, asegurando que con estos novedosos conceptos se abre un «nuevo diálogo entre el hombre y la naturaleza».

Véase también

• Complejidad biológica
• Dinámica de fluidos
• Teoría del caos
• Autopoiesis
• Reacción de Beloúsov-Zhabotinski

Bibliografía

• Prigogine, ¿Tan sólo una ilusión?, Editorial Tusquets, Barcelona, 1983.
• Prigogine & Stengers, La Nueva Alianza, Editorial Alianza, 2ª edición, Madrid 1990.
• Prigogine & Stengers, Entre el tiempo y la Eternidad, Editorial Alianza, Madrid 1990.
• Davies, Paul The Cosmic Blueprint Simon & Schuster, New York 1989 (abridged— 1500 words) (abstract— 170 words) — self-organized structures (en inglés)
• B. Brogliato, R. Lozano, B. Maschke, O. Egeland, Dissipative Systems Analysis and Control. Theory and Applications. Springer Verlag, London, 2nd Ed., 2007 (en inglés)
• J.C. Willems. Dissipative dynamical systems, part I: General theory; part II: Linear systems with quadratic supply rates. Archive for Rationale mechanics Analysis, vol.45, pp.321–393, 1972 (en inglés)