UNA INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS

Esta primera unidad, Introducción a los Sistemas, tienen como objetivo presentar los conceptos básicos relativos a los sistemas, en particular a dos categorías, los simples y los complejos, haciendo hincapié en estos últimos.
Aunque en esta unidad se dice cuál es la diferencia entre una y otra categoría de sistema, no será hasta el apartado 3.- Sistema simple o complejo de la unidad 3, cuando se den los criterios para establecer esta diferencia.

El término sistema es ambiguo, tiene muchos usos en distintas disciplinas: ciencias naturales, sociales, computación o  tecnología.
Para estudiar los principios que sean aplicables, en cualquier nivel y disciplina, se estableció a mediados del siglo pasado la teoría general de sistemas cuyo objetivo, partiendo del concepto de sistema, es formular reglas de valor general que sean aplicables a cualquier sistema y en cualquier nivel de la realidad.  

En abstracto, un sistema es un conjunto de elementos, (que a veces se les llama ‘partes’ o ‘agentes’) que están relacionados entre sí y que trabajan juntos para lograr un objetivo común. Para formular reglas de valor general que sean aplicables a estos conjuntos de elementos, hay observar tres principios fundamentales en todo aquello que consideremos sistema:

  1. Los sistemas están formados por elementos que son otros sistemas, subsistemas, interconectados entre sí. Si el número de estas partes es pequeño se puede decir que el sistema es simple; cuando hay muchas partes y están muy entrelazados, se considera que el sistema es complejo.
  2. Todo sistema interacciona con otros sistemas que ejercen alguna influencia sobre él. Esto significa que los sistemas son abiertos. Los sistemas tienen una entrada, su input, por la cual el sistema toma aquello que le es necesario para cumplir su objetivo, el output.
  3. Para que el sistema pueda lograr su objetivo, las partes que lo componen deben cooperar para alcanzar ese objetivo y no otro. El output del sistema, su objetivo, está definido por sus partes, (un barco no puede volar pues sus partes no están diseñadas para eso). En consecuencia, si se quiere cambiar el objetivo de un sistema habrá que cambiar sus partes.    

Los sistemas ocurren de forma espontánea en la naturaleza, como los sistemas ecológicos, sistemas climáticos, sistemas biológicos, etc. Los sistemas también los creamos los seres humanos, como los sistemas de transporte, de información, jurídico, de mercado etc.
En general, se considera que un sistema es un conjunto de elementos que interactúan entre sí para lograr un objetivo común, siendo:

  • El objetivo es la finalidad que tiene el sistema o el propósito para lo que evolucionó en la naturaleza, o fue diseñado y construido por el ser humano.
  • Los elementos, que pueden ser físicos, como las células de un organismo vivo, las personas o las máquinas o abstractos, como las leyes de un sistema legal.
  • Las interacciones o relaciones entre sus elementos, que pueden ser interacción física, como las moléculas de una gas intercambiando energía; de forma abstracta, entre los agentes económicos de un mercado.

1.1.- Metasistemas

Un metasistema es un sistema que está formado por otros sistemas.
Los metasistemas se pueden clasificar de varias maneras, según su estructura, comportamiento e interacción entre sus subsistemas. Son útiles para entender las relaciones entre sistemas complejos. Por ejemplo, un metasistema puede ser utilizado para entender cómo un organismo vivo interactúa con su entorno, o cómo una economía interactúa con otros sistemas económicos.

Ejemplos de metasistemas:

  • Un organismo vivo es un metasistema formado por células, tejidos, órganos y sistemas.
  • Una empresa es un metasistema formado por departamentos, equipos tecnológicos y empleados.
  • Un sistema operativo es un metasistema formado por componentes de software, como el núcleo o kernel, los controladores de dispositivos y las aplicaciones.

Un sistema simple es un conjunto de elementos interrelacionados entre sí de manera sencilla, con un número reducido de componentes y relaciones. Este tipo de sistema exhibe propiedades y funciones directas, con interacciones y relaciones más sencillas en comparación con sistemas más complejos.

En general, los sistemas simples pueden ser descritos por leyes físicas simples y son relativamente fáciles de entender y predecir. Algunos ejemplos de sistemas simples son:

  • El movimiento de un péndulo
  • El movimiento de una partícula bajo la influencia de una fuerza
  • El movimiento de un gas ideal
  • La difusión de una sustancia a través de una membrana
  • La reacción química entre dos sustancias

Características de los sistemas simples.- Los sistemas simples presentan las siguientes características:

  • Comportamientos predecibles y lineales: conociendo las condiciones iniciales de un sistema simple, es posible predecir su comportamiento futuro con un alto grado de precisión.
  • Propiedades que pueden ser descritas por leyes físicas simples: las propiedades de los sistemas simples pueden ser descritas por leyes físicas simples, como la ley de la conservación de la masa o la ley de la gravitación universal.
  • Información relativamente sencilla: la información que describe los sistemas simples es relativamente sencilla. Por ejemplo, para describir el movimiento de un péndulo, solo es necesario conocer su longitud, su masa y la fuerza de gravedad.
  • Estructura relativamente simple: la estructura de los sistemas simples es relativamente simple. Por ejemplo, el péndulo está formado por una varilla y una masa.
  • Relación directa con el entorno: los sistemas simples tienen una relación más directa y lineal con su entorno. Sus interacciones con el entorno son más inmediatas y no involucran múltiples capas de retroalimentación o complejidades.
  • Independencia relativa: los sistemas simples tienden a ser relativamente independientes y no están fuertemente acoplados con otros sistemas. Sus funciones y comportamientos no dependen en gran medida de la interacción compleja con otros sistemas.
  • Clasificación sencilla: la clasificación de sistemas simples es más clara y puede basarse en atributos evidentes y fácilmente distinguibles. No requieren categorizaciones elaboradas o múltiples niveles de jerarquía.
  • Tipos básicos: los tipos de sistemas simples suelen ser limitados y definidos por atributos esenciales. Pueden incluir sistemas mecánicos básicos, sistemas químicos simples, dispositivos electrónicos elementales, entre otros.

Es importante destacar que la simplicidad o complejidad de un sistema es relativa y depende del contexto y de los objetivos específicos. Lo que se considera simple en un contexto puede ser complejo en otro. Los sistemas simples son valiosos en muchos contextos, especialmente cuando se busca comprender conceptos fundamentales o cuando se requiere una solución eficiente y directa.

Un sistema es complejo cuando está formado por muchos elementos, partes o subsistemas, que están entrelazados de tal forma que interaccionan entre ellos. Los elementos pueden ser físicos, biológicos, sociales o mentales. Por ejemplo, un ecosistema está formado por plantas, animales, hongos, bacterias y otros organismos.

Conviene aclarar que complejo y complicado son conceptos diferentes, al menos en este contexto. Un sistema es complejo porque sus partes están entretejidas por un entramado de interacciones mutuas, de tal manera que es difícil separarlas. Además, esas interacciones son impredecibles y determinan el futuro tanto de las partes como del sistema en sí. Por estas razones el comportamiento de un sistema complejo es no lineal.

Las características que permiten identificar y distinguir sistemas complejos se pueden resumir en las siguientes:

  • Los comportamientos complejos los producen agentes simples;
  • Tienen características, propiedades o causas fundamentales que definen el comportamiento y la estructura de un sistema complejo;
  • La información que circula por el sistema participa en las interacciones entre sus elementos y en el comportamiento del sistema;
  • Los sistemas, al ser abiertos, se relacionan con otros sistemas de su entorno para obtener recurso necesarios para su funcionamiento;
  • Los sistemas se pueden clasificar en tipos y categorías que muestran propiedades o dinámicas similares.

Se observa que los llamados elementos o agentes, producen comportamientos complejos. Los comportamientos complejos pueden entenderse como propiedades eventuales que alcanzan los sistemas cuando los agentes actúan de cierta manera.

A diferencia de los comportamientos, que son una respuesta eventual del sistema, en los sistemas hay características, propiedades o causas fundamentales que definen el comportamiento y la estructura de un sistema complejo. Estos aspectos reflejan la naturaleza interconectada e interdependiente de los elementos que componen los sistemas, en consecuencia, pueden depender del contexto y de la finalidad específica que tenga la observación y descripción del sistema.

  • Interdependencia: los componentes del sistema están interconectados y dependen unos de otros. Se refiere a:
    • Interacción: Los sistemas están interconectados y sus componentes interactúan entre sí.
    • Influencia mutua: Los cambios en una parte del sistema afectan a otras partes del sistema.
    • Emergencia: La interacción entre los componentes de un sistema puede dar lugar a un comportamiento emergente que no se puede predecir a partir del conocimiento de los componentes individuales.
  • Autoorganización: el sistema es capaz de organizarse a sí mismo sin la intervención externa. Se refiere a:
    • Adaptación: Los sistemas pueden adaptarse a los cambios en su entorno.
    • Evolución: Los sistemas pueden evolucionar con el tiempo.
    • Autopoiesis: Los sistemas pueden autorreplicarse y autoorganizarse.
  • Caos: El sistema es impredecible y puede dar lugar a resultados inesperados. Se refiere a:
    • Indeterminismo: Los sistemas caóticos tienen un comportamiento impredecible.
    • Sensibilidad a las condiciones iniciales: Pequeños cambios en las condiciones iniciales de un sistema caótico pueden dar lugar a cambios significativos en su comportamiento.
    • Multicausalidad: Los sistemas caóticos pueden tener múltiples causas para un mismo efecto.

Otra característica importante es la información que circula por el sistema.

En general, la información se puede definir como la capacidad de reducir la incertidumbre. En los sistemas simples, la información suele estar asociada a las propiedades de los elementos individuales del sistema. Por ejemplo, la masa de un objeto es una pieza de información que nos permite predecir su comportamiento.

En los sistemas complejos, la información está asociada a las interacciones entre los elementos del sistema. Estas interacciones pueden dar lugar a comportamientos emergentes que no pueden ser explicados por las propiedades de los elementos individuales.

Por ejemplo, el comportamiento de un enjambre de insectos puede ser impredecible, pero está determinado por las interacciones entre los insectos individuales.

  • Participa en la adaptación del sistema a su entorno. Por ejemplo, un animal puede utilizar la información sobre el clima para encontrar comida o refugio.
  • Ayuda al sistema a autoorganizarse. Por ejemplo, un grupo de personas puede utilizar la información para coordinar sus acciones y alcanzar un objetivo común.
  • Puede generar bucles de retroalimentación, que son procesos en los que la salida de un sistema se retroalimenta al sistema como entrada. Los bucles de retroalimentación pueden ser positivos o negativos, y pueden tener un impacto significativo en el comportamiento del sistema.

En general, se puede decir que la información en los sistemas complejos es:

  • Distribuida: En los sistemas complejos, la información no está concentrada en un solo lugar, sino que se encuentra distribuida entre los diferentes elementos del sistema. Esto significa que cada elemento del sistema tiene acceso a una parte de la información, pero no a toda.
    • Por ejemplo, en un ecosistema, la información sobre el clima está distribuida entre los diferentes organismos del ecosistema. Cada organismo tiene acceso a una parte de la información, como la temperatura, la humedad o la precipitación.
  • No lineal: La información no se transmite de forma lineal, sino que se puede amplificar o atenuar a medida que se propaga por el sistema. Esto significa que la información puede cambiar su significado o importancia a medida que se propaga.
    • Por ejemplo, en una red social, la información sobre un evento puede propagarse rápidamente y llegar a un gran número de personas. Sin embargo, la información puede ser amplificada o atenuada por los diferentes actores de la red, dependiendo de su posición y de sus intereses.
  • Emergente: La información puede generar nuevos patrones y estructuras a partir de la interacción entre los elementos del sistema. Esto significa que la información puede dar lugar a fenómenos que no pueden ser explicados por el comportamiento de los elementos individuales.
    • Por ejemplo, en un mercado financiero, la información sobre las acciones de los inversores puede dar lugar a la formación de tendencias y burbujas financieras.

3.1.4.- Relaciones entre sistemas complejos

Los sistemas completamente aislados, es decir, aquello que no intercambian ni materia, ni energía, ni información, son idealizaciones teóricas que sirven para construir proposiciones científicas. En la realidad, todo sistema está en contacto de alguna forma con otros sistemas. Por esta razón reconocemos que todos los sistemas son abiertos, pues interactúan de manera continua con su entorno, intercambiando materia, energía e información. Estos intercambios pueden ser vistos como relaciones entre sistemas:

  • Intercambio de información. Los dos sistemas pueden intercambiar información entre sí. Por ejemplo, una red social puede estar relacionada con un sistema económico al intercambiar información sobre los hábitos de consumo de los usuarios.
  • Intercambio de materia. Los dos sistemas pueden intercambiar materia entre sí. Por ejemplo, un ecosistema puede estar relacionado con un sistema económico al intercambiar materia prima y productos.
  • Intercambio de energía. Los dos sistemas pueden intercambiar energía entre sí. Por ejemplo, un sistema eléctrico puede estar relacionado con un sistema de transporte al proporcionar energía a los vehículos.

Otra forma de verlo es considerar si estas relaciones entre sistemas complejos son directas o indirectas:

  • Relaciones directas. Ocurren cuando interactúan entre sí de manera física o material, por ejemplo, un organismo vivo y su entorno están directamente relacionados, ya que el organismo depende del entorno para obtener recursos y eliminar residuos.
  • Relaciones indirectas. Se producen cuando interactúan entre sí a través de un tercer sistema. Por ejemplo, un organismo vivo y un sistema económico están indirectamente relacionados, ya que el organismo depende del sistema económico para obtener alimentos y otros recursos.

En el siguiente mapa se muestran tipos de interacción entre sistemas y ejemplos:

Los sistemas complejos pueden clasificarse en ámbitos de la ciencia, la tecnología, la naturaleza y la sociedad. Es importante destacar que muchos sistemas en la realidad pueden clasificarse en múltiples categorías, ya que a menudo exhiben propiedades y dinámicas que abarcan diversas disciplinas. La clasificación ayuda a entender mejor las propiedades y comportamientos específicos de cada tipo de sistema complejo.
La lista siguiente muestra una posible clasificación y en cada una, algunos sistemas representativos:

La investigación de los sistemas complejos se basa en la idea de que los sistemas naturales y sociales están formados por una gran cantidad de elementos interconectados. Estos sistemas son complejos porque sus comportamientos y propiedades no pueden entenderse simplemente a partir de las propiedades de sus elementos individuales.

El objetivo más importante de la investigación de los sistemas complejos es desarrollar un marco conceptual y metodológico que permita comprender y predecir el comportamiento de estos sistemas. Este marco debe ser interdisciplinario, ya que los sistemas complejos se encuentran en una amplia gama de disciplinas, como la física, la biología, la economía, la sociología y la psicología.

La investigación de los sistemas complejos se ha dividido en una serie de áreas independientes, cada una de las cuales se centra en un aspecto particular de la complejidad. Estas áreas incluyen:

  • Teoría de sistemas: esta área se centra en el estudio de las propiedades generales de los sistemas complejos, independientemente de su naturaleza.
  • Redes complejas: esta área se centra en el estudio de los sistemas que están formados por una red de conexiones entre sus elementos.
  • Simulaciones de sistemas complejos: esta área se centra en el desarrollo de modelos informáticos que permitan simular el comportamiento de sistemas complejos.

La metodología interdisciplinaria es esencial para la investigación de los sistemas complejos porque permite a los investigadores aprovechar los conocimientos y las técnicas de diferentes disciplinas. Por ejemplo, los investigadores de la física pueden aportar conocimientos sobre la dinámica no lineal, los investigadores de la biología pueden aportar conocimientos sobre la evolución y la adaptación, y los investigadores de las ciencias sociales pueden aportar conocimientos sobre la organización social y la interacción humana.

La investigación de los sistemas complejos tiene el potencial de generar importantes avances en una amplia gama de áreas, como las ciencias naturales, la tecnología, la ingeniería y la sociedad.

Algunos ejemplos concretos de cómo la investigación interdisciplinaria ha llevado a avances en la investigación de los sistemas complejos incluyen el desarrollo de::

  • Modelos matemáticos que pueden utilizarse para predecir el comportamiento de sistemas complejos, como el clima y los ecosistemas.
  • Nuevas técnicas de análisis de datos que pueden utilizarse para identificar patrones y tendencias en sistemas complejos.
  • Nuevas tecnologías, como la inteligencia artificial y la robótica, que pueden utilizarse para gestionar y controlar sistemas complejos.

La complejidad es difícil de definir o más precisamente, tiene muchas definiciones diferentes en campos diferentes. Un buen acercamiento a la idea de complejidad, está en un artículo clásico, excelente y premonitorio llamado «ciencia y complejidad» escrito por el matemático Warren Weaver en 1948. En él dividió los problemas de interés en la ciencia en tres categorías:

En palabras de Warren Weaver:

«Estos nuevos problemas -y el futuro del mundo depende de muchos de ellos- requieren de la ciencia lograr un tercer gran avance, un avance que debe ser mayor aún que el que se llevó a cabo en el siglo XIX con los problemas de la simplicidad o en el siglo XX con los problemas de la complejidad desorganizada.

La ciencia debe, en los próximos 50 años, aprender a lidiar con estos problemas de la complejidad organizada: ¿De qué depende el precio del trigo? ¿Cómo puede estabilizarse en forma sabia y efectiva el sistema monetario? ¿Qué lleva a que una flor del atardecer se abra de la forma en que lo hace? ¿Cuál es la descripción del envejecimiento en términos bioquímicos? ¿Qué es un gen, y cómo la constitución genética original de un organismo vivo se expresa a sí misma en las características desarrolladas en el adulto? ¿Cómo puede explicarse el patrón de conducta de un grupo organizado de personas tal cual sucede en un sindicato, en una cámara de comercio o en una minoría racial?» (Weaver 1948)

Si definir la complejidad es difícil, más aún lo es establecer una medida de la misma. ¿cuán complejo es un sistema comparado con otro? Es posible que esta pregunta no tenga ni respuesta ni sentido plantearla.

Puedes ampliar tu conocimiento sobre esta unidad mediante conversaciones en las plataformas de IA, ChatGPT, Bard, Bing, etc. Para ello puedes usar los siguientes prompts u otros que tu decidas. Úsalos, además, para comparar las respuestas de cada plataforma.

  1. Unos elementos interactuando entre sí para alcanzar un objetivo, es como se define un sistema, pero: ¿Cómo distinguir qué es un sistema, según propone la teoría general de sistemas, y qué no lo es? Poner ejemplos en cada caso.
  2. La simplicidad o complejidad de un sistema es relativa y depende del contexto. Se puede investigar sobre ¿Qué límites se pueden establecer entre sistemas simples y complejos según sea el contexto?
  3. Una característica fundamental de la información es el estar distribuida, no centralizada. En este sentido se puede indagar lo siguiente: Las personas, como elementos de los sistemas sociales, tenemos un conocimiento parcial de nuestro entorno -información distribuida- ¿Cómo construir una visión global de nuestro entorno?
  4. En el anexo se ha planteado no parece tener sentido el intentar medir o comparar la complejidad intrínseca. Por eso es pertinente preguntar: ¿Hay alguna unidad que se pueda utilizar para medir la complejidad de un sistema?

Referencias y lecturas complementarias

A efectos de mencionar las referencias, en la redacción del apartado 3.1.- Naturaleza de los sistemas complejos he tomado como base la primara unidad (What is Complexity?) del curso INTRODUCTION TO COMPLEXITY, presentado por la profesora Melanie Mitchell.

Al término de las explicaciones de esta primera unidad , la profesora M. Mitchell realiza entrevistas cortas a sus colegas del SFI con la pregunta ¿Qué es complejidad para ti? He transcrito y traducido estas entrevistas en este documento pdf.

Una vez hecha esta introducción a los sistemas, hay dos caminos a tomar:

1º.- Entender el pensamiento sistémico, un enfoque conceptual y metodológico basado en la comprensión de los sistemas. El pensamiento sistémico busca entender la totalidad de un sistema en lugar de analizar sus partes de manera aislada, reconociendo las interconexiones y las relaciones entre los elementos.

2º.- Conocer las «Herramientas básicas que usan los científicos de la complejidad» que incluyen proyectos de laboratorio con simulación basada en agentes con la plataforma NetLogo.
.
.