Criticalidade auto-organizada

Em física, criticalidade auto-organizada (self-organized criticality em inglês) ou SOC é uma propriedade de sistemas dinâmicos que têm um ponto crítico como atrator. Seu comportamento macroscópico apresenta assim invariância de escala espacial e/ou temporal característica do ponto crítico de uma transição de fase, mas sem a necessidade de ajustar os parâmetros de controle em um valor preciso, porque o sistema, efetivamente, ajusta-se à medida que evolui para a criticidade.

O conceito foi apresentado por Per Bak, Chao Tang e Kurt Wiesenfeld ("BTW")[1] em um artigo publicado em 1987 no Physical Review Letters, e é considerado um dos mecanismos pelos quais a complexidade [2] surge em natureza. Seus conceitos foram aplicados com entusiasmo em campos tão diversos como geofísica [3], cosmologia, biologia evolutiva, ecologia, computação bio-inspirada, otimização (matemática), economia, gravidade quântica, sociologia, física solar, física de plasma e neurobiologia [4] [5] [6] [7] e outros.

O SOC é tipicamente observado em sistemas de não equilíbrio com extensos graus de liberdade e um alto nível de não-linearidade. Uma condição necessária para o SOC é que uma variável (por exemplo energia, tensão) é lentamente acumulada ("slow driven") e eventos de relaxação (avalanches, terremotos) ocorrem em uma escala de tempo muito rápida. [8] Muitos exemplos individuais foram identificados desde o documento original do BTW, mas até à data não existe um conjunto conhecido de características gerais que garantam que um sistema exibirá SOC.

Referências

  1. ↑ Bak, P., Tang, C. and Wiesenfeld, K. (1987). "Self-organized criticality: an explanation of 1/f noise". Physical Review Letters. 59 (4): 381–384.
  2. ↑ Bak, P., and Paczuski, M. (1995). "Complexity, contingency, and criticality". Proc Natl Acad Sci U S A. 92 (15): 6689–6696.
  3. ↑ Smalley, R. F., Jr.; Turcotte, D. L.; Solla, S. A. (1985). "A renormalization group approach to the stick-slip behavior of faults". Journal of Geophysical Research. 90 (B2): 1894.
  4. ↑ K. Linkenkaer-Hansen; V. V. Nikouline; J. M. Palva & R. J. Ilmoniemi. (2001). "Long-Range Temporal Correlations and Scaling Behavior in Human Brain Oscillations". J. Neurosci. 21 (4): 1370–1377.
  5. ↑ J. M. Beggs & D. Plenz (2006). "Neuronal Avalanches in Neocortical Circuits". J. Neurosci. 23, 11167–11177 (2003).
  6. ↑ Chialvo, D. R. (2004). "Critical brain networks". Physica A. 340 (4): 756–765.
  7. ↑ Ludmila Brochini, Ariadne de Andrade Costa, Miguel Abadi, Antônio C. Roque, Jorge Stolfi, Osame Kinouchi. Phase transitions and self-organized criticality in networks of stochastic spiking neurons. Scientific Reports 6, Article number: 35831 (2016).
  8. ↑ Vespignani, A., and Zapperi,S. (1998). "How self-organized criticality works: a unified mean-field picture". Phys. Rev. E. 57: 6345–6362.


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