Matemática
Em postagem do início deste ano publiquei um texto que faz breves referências ao emprego de matemática para modelar histórias de amor. O que segue abaixo é uma adaptação de artigo mais detalhado sobre o tema e que publiquei na última edição da revista Polyteck.
Este blog está com as suas atividades parcialmente suspensas por tempo indeterminado. No entanto, é com grande satisfação que compartilho o presente artigo com os leitores de Matemática e Sociedade. Agradeço à equipe Polyteck pela gentileza de permitir a reprodução do artigo em questão neste blog.
Dedico esta postagem a Bárbara Guerreira, a mulher com quem aprendo a cada dia aquilo que é realmente importante.
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Há um preconceito, muito comum, de que a matemática tem um caráter frio e determinista, ao passo que relações humanas são imprevisíveis e não quantificáveis. No entanto, a quantificação de conceitos vagos ou obscuros, referentes a sentimentos humanos ou até mesmo escolhas pessoais, não é novidade. Estatísticos e, especialmente, aqueles que trabalham com análise multivariada de dados, conhecem várias aplicações bem sucedidas de modelos matemáticos para antecipar preferências de clientes sobre produtos e serviços. E equações diferenciais constituem a ferramenta mais empregada por cientistas para descrever a dinâmica de problemas complexos, que vão desde modelagens em física e engenharia até a tomada de decisões estratégicas em empresas.
Em cálculo diferencial e integral, o conceito de derivada é empregado para modelar localmente fenômenos do mundo real, como a queda livre de um corpo ou o decaimento radioativo de uma porção de plutônio enriquecido. E o conceito de integral é empregado para resgatar a dinâmica desses fenômenos em escalas que transcendem um comportamento localizado em torno de um único instante.
As primeiras aplicações de equações diferenciais ocorreram em física teórica. Tradicionalmente, a sua aplicação se restringiu quase que exclusivamente, nos últimos três séculos e meio, a áreas científicas e tecnológicas já muito acostumadas com a quantificação de grandezas como massa, carga elétrica, corrente, campos e potenciais. Com o passar do tempo, elas passaram a ser empregadas em áreas do conhecimento como engenharia, química, biologia, medicina, economia e, recentemente, até mesmo em psicologia e artes.
Uma descoberta feita pelo matemático francês Henri Poincaré, em 1890, surpreendeu cientistas do mundo inteiro. Ele percebeu que mudanças mínimas em condições iniciais de um sistema dinâmico descrito por certas equações diferenciais apresentavam repercussões gigantescas com o passar do tempo. A ideia de que pequenas causas poderiam repercutir na forma de grandes efeitos era algo já antecipado séculos antes por historiadores. Mas Poincaré foi o primeiro a discutir um fenômeno análogo em um contexto matemático: a evolução dinâmica de um caso particular do problema de três corpos - em mecânica clássica - em relação às condições iniciais. E a ferramenta matemática empregada foi justamente equações diferenciais.
Nascia então um campo de estudo de sistemas de equações diferenciais não-lineares cujas soluções são extremamente sensíveis a condições iniciais, chamada de Teoria do Caos. As aplicações advindas dessa descoberta têm sido inúmeras. Entretanto, nos últimos anos foi possível acompanhar aplicações surpreendentes em áreas das ciências humanas que, tradicionalmente, são avessas a modelagens matemáticas. Entre os exemplos mais notáveis está a modelagem de histórias de amor.
De acordo com Sergio Rinaldi, Pietro Landi e Fabio Della Rossa, "[a] evolução de relações românticas é marcada por todas as características típicas já conhecidas na teoria dos sistemas não-lineares". Isso porque relações amorosas se modificam com o passar do tempo, frequentemente passando por tumultos e então evoluindo para estados praticamente estacionários, mas ainda extremamente sensíveis a perturbações, mesmo que sejam pequenas.
Os três pesquisadores acima citados estão se especializando no tema, principalmente por conta da liderança de Sergio Rinaldi, um engenheiro eletrônico italiano que tem se destacado consideravelmente tanto em estudos sobre aplicações de sistemas dinâmicos quanto em divulgação científica. Entre os resultados alcançados e recentemente publicados, há sistemas de equações diferenciais usados para: (i) descrever a dinâmica do relacionamento entre Scarlett e Rhet, no filme E o Vento Levou...; (ii) interpretar matematicamente a história de amor entre Elizabeth e Darcy, no grande clássico da literatura Orgulho e Preconceito, de Jane Austen; (iii) analisar a instabilidade do relacionamento entre a Bela e a Fera, na conhecida produção dos estúdios Disney; (iv) e até mesmo avaliar a frequência de relações sexuais entre casais estáveis.
Em geral, os modelos propostos para descrever histórias de amor são compostos por duas equações diferenciais ordinárias, uma para cada parceiro. As variáveis de estado correspondem a sentimentos e são funções reais dependentes do tempo. Valores positivos dos sentimentos podem ser interpretados como variando de simpatia a paixão. E valores negativos podem ser associados com estados emocionais que variam de antagonismo a desdém.
As equações diferenciais costumam ser descritas a partir de uma igualdade entre a taxa de variação de sentimentos (dada por uma derivada em relação a tempo) e uma função que depende explicitamente do estado emocional de ambos e do apelo sexual do(a) parceiro(a).
A modelagem matemática de relações amorosas serve não apenas ao propósito de identificar zonas de estabilidade e instabilidade emocional, como também para avaliar a consistência de histórias de amor imortalizadas pela literatura e cinema. Se uma história de amor não cativa o público, é possível que exista nela uma inconsistência matemática. Daí o interesse desses modelos na arte milenar de contar histórias.
Um dos resultados obtidos, no caso do filme A Bela e a Fera, foi a interpretação de uma bifurcação de sela-nó (bifurcação de dobra) que permite compreender a evolução de uma história de amor. Tal história seria caracterizada por uma surpresa repentina provocada pela inevitável explosão de sentimentos dos envolvidos. Outro resultado curioso e recente é a evidência de que caos emocional pode se manifestar, em certos casos particulares, de forma independente de qualquer contexto social em que os protagonistas de uma história de amor estejam inseridos.
Há, naturalmente, questões em aberto no que se refere ao emprego de equações diferenciais para o estudo de relações amorosas. Um deles é o caso de triângulos amorosos, tema ainda não bem compreendido neste contexto. Rinaldi e colaboradores chegaram a desenvolver um estudo muito particular sobre o triângulo amoroso retratado no filme Jules et Jim, de François Truffaut. Mas as condições exploradas no modelo proposto ainda são bastante idealizadas.
Claramente é uma área de pesquisa que está apenas engatinhando, uma vez que a maioria dos artigos se refere a estudos de caso (E o Vento Levou..., A Bela e a Fera, Orgulho e Preconceito, entre outros). Uma descrição mais ampla sobre relações de amor ainda precisa ser feita. No entanto, relações de amor e rejeição não precisam se referir necessariamente a casos amorosos de casais. Por que não modelar matematicamente, por exemplo, processos de discussão, aceitação e rejeição em ciência?
A teoria da relatividade geral de Einstein é um ótimo exemplo. Ele introduziu uma constante cosmológica em sua equação de campo, para sustentar uma crença pessoal em um universo finito, fechado e estático, no qual a densidade de energia da matéria define a geometria do espaço-tempo. Pouco depois, de Sitter apresentou uma solução para a equação de campo de Einstein, com constante cosmológica, para um universo sem matéria alguma.
Ao longo das décadas seguintes, a constante cosmológica passou por altos e baixos, sendo aceita ou rejeitada por físicos, em uma intrincada sequência de argumentos - ocasionalmente até ingênuos. Os físicos ainda estavam aprendendo com a própria teoria iniciada por Einstein.
Em virtude de profundas sutilezas teóricas e de sensíveis observações experimentais, a teoria da relatividade geral não foi desenvolvida por Albert Einstein, como muitos pregam. Ela foi apenas concebida pelo físico alemão. O crescimento e o amadurecimento desta teoria foi um processo gradual, que já dura um século e ainda continua, graças ao árduo e refinado empenho de muita gente. Um exemplo que certamente vale a pena lembrar é o trabalho do físico brasileiro George Matsas que, em 2003, resolveu o célebre paradoxo do submarino, no contexto da teoria da relatividade geral.
Até hoje persistem casos de físicos que procuram insistentemente rejeitar as ideias de Einstein sobre a gravitação. Em contrapartida, há também toda uma cultura de mistificação em torno da física quântica, como bem aponta Giancarlo Ghirardi, em seu excelente livro Sneaking a Look at God's Cards. Essas dinâmicas sociais em torno de ideias científicas não poderiam também ser modeladas via equações diferenciais? As relações entre cientistas e teorias científicas não seguem padrões que podem ser descritos através da matemática?
A teoria do caos tem por meta exatamente a compreensão de fenômenos imprevisíveis. E a aceitação de uma nova ideia, assim como o amor, é um fenômeno com consequências difíceis de serem antecipadas.
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Apresento aqui uma lista das mais importantes contribuições da história da ciência. Os critérios para a escolha são dois: (i) impacto social e (ii) longevidade das ideias inerentes às contribuições. As ideias aqui discutidas estão restritas...
- A Matemática Necessária Para Compreender Física
Frequentemente jovens perguntam o quão profundamente devem estudar matemática para compreender física teórica. Honestamente, nunca gostei desta pergunta. Isso porque implicitamente ela encerra a noção de que há um limite de conhecimento matemático...
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Matemática
Teoria do caos e histórias de amor
Em postagem do início deste ano publiquei um texto que faz breves referências ao emprego de matemática para modelar histórias de amor. O que segue abaixo é uma adaptação de artigo mais detalhado sobre o tema e que publiquei na última edição da revista Polyteck.
Este blog está com as suas atividades parcialmente suspensas por tempo indeterminado. No entanto, é com grande satisfação que compartilho o presente artigo com os leitores de Matemática e Sociedade. Agradeço à equipe Polyteck pela gentileza de permitir a reprodução do artigo em questão neste blog.
Dedico esta postagem a Bárbara Guerreira, a mulher com quem aprendo a cada dia aquilo que é realmente importante.
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O Caos do Amor
de Adonai Sant'Anna
Em cálculo diferencial e integral, o conceito de derivada é empregado para modelar localmente fenômenos do mundo real, como a queda livre de um corpo ou o decaimento radioativo de uma porção de plutônio enriquecido. E o conceito de integral é empregado para resgatar a dinâmica desses fenômenos em escalas que transcendem um comportamento localizado em torno de um único instante.
As primeiras aplicações de equações diferenciais ocorreram em física teórica. Tradicionalmente, a sua aplicação se restringiu quase que exclusivamente, nos últimos três séculos e meio, a áreas científicas e tecnológicas já muito acostumadas com a quantificação de grandezas como massa, carga elétrica, corrente, campos e potenciais. Com o passar do tempo, elas passaram a ser empregadas em áreas do conhecimento como engenharia, química, biologia, medicina, economia e, recentemente, até mesmo em psicologia e artes.
Uma descoberta feita pelo matemático francês Henri Poincaré, em 1890, surpreendeu cientistas do mundo inteiro. Ele percebeu que mudanças mínimas em condições iniciais de um sistema dinâmico descrito por certas equações diferenciais apresentavam repercussões gigantescas com o passar do tempo. A ideia de que pequenas causas poderiam repercutir na forma de grandes efeitos era algo já antecipado séculos antes por historiadores. Mas Poincaré foi o primeiro a discutir um fenômeno análogo em um contexto matemático: a evolução dinâmica de um caso particular do problema de três corpos - em mecânica clássica - em relação às condições iniciais. E a ferramenta matemática empregada foi justamente equações diferenciais.
Nascia então um campo de estudo de sistemas de equações diferenciais não-lineares cujas soluções são extremamente sensíveis a condições iniciais, chamada de Teoria do Caos. As aplicações advindas dessa descoberta têm sido inúmeras. Entretanto, nos últimos anos foi possível acompanhar aplicações surpreendentes em áreas das ciências humanas que, tradicionalmente, são avessas a modelagens matemáticas. Entre os exemplos mais notáveis está a modelagem de histórias de amor.
De acordo com Sergio Rinaldi, Pietro Landi e Fabio Della Rossa, "[a] evolução de relações românticas é marcada por todas as características típicas já conhecidas na teoria dos sistemas não-lineares". Isso porque relações amorosas se modificam com o passar do tempo, frequentemente passando por tumultos e então evoluindo para estados praticamente estacionários, mas ainda extremamente sensíveis a perturbações, mesmo que sejam pequenas.
Os três pesquisadores acima citados estão se especializando no tema, principalmente por conta da liderança de Sergio Rinaldi, um engenheiro eletrônico italiano que tem se destacado consideravelmente tanto em estudos sobre aplicações de sistemas dinâmicos quanto em divulgação científica. Entre os resultados alcançados e recentemente publicados, há sistemas de equações diferenciais usados para: (i) descrever a dinâmica do relacionamento entre Scarlett e Rhet, no filme E o Vento Levou...; (ii) interpretar matematicamente a história de amor entre Elizabeth e Darcy, no grande clássico da literatura Orgulho e Preconceito, de Jane Austen; (iii) analisar a instabilidade do relacionamento entre a Bela e a Fera, na conhecida produção dos estúdios Disney; (iv) e até mesmo avaliar a frequência de relações sexuais entre casais estáveis.
Em geral, os modelos propostos para descrever histórias de amor são compostos por duas equações diferenciais ordinárias, uma para cada parceiro. As variáveis de estado correspondem a sentimentos e são funções reais dependentes do tempo. Valores positivos dos sentimentos podem ser interpretados como variando de simpatia a paixão. E valores negativos podem ser associados com estados emocionais que variam de antagonismo a desdém.
As equações diferenciais costumam ser descritas a partir de uma igualdade entre a taxa de variação de sentimentos (dada por uma derivada em relação a tempo) e uma função que depende explicitamente do estado emocional de ambos e do apelo sexual do(a) parceiro(a).
A modelagem matemática de relações amorosas serve não apenas ao propósito de identificar zonas de estabilidade e instabilidade emocional, como também para avaliar a consistência de histórias de amor imortalizadas pela literatura e cinema. Se uma história de amor não cativa o público, é possível que exista nela uma inconsistência matemática. Daí o interesse desses modelos na arte milenar de contar histórias.
Um dos resultados obtidos, no caso do filme A Bela e a Fera, foi a interpretação de uma bifurcação de sela-nó (bifurcação de dobra) que permite compreender a evolução de uma história de amor. Tal história seria caracterizada por uma surpresa repentina provocada pela inevitável explosão de sentimentos dos envolvidos. Outro resultado curioso e recente é a evidência de que caos emocional pode se manifestar, em certos casos particulares, de forma independente de qualquer contexto social em que os protagonistas de uma história de amor estejam inseridos.
Há, naturalmente, questões em aberto no que se refere ao emprego de equações diferenciais para o estudo de relações amorosas. Um deles é o caso de triângulos amorosos, tema ainda não bem compreendido neste contexto. Rinaldi e colaboradores chegaram a desenvolver um estudo muito particular sobre o triângulo amoroso retratado no filme Jules et Jim, de François Truffaut. Mas as condições exploradas no modelo proposto ainda são bastante idealizadas.
Claramente é uma área de pesquisa que está apenas engatinhando, uma vez que a maioria dos artigos se refere a estudos de caso (E o Vento Levou..., A Bela e a Fera, Orgulho e Preconceito, entre outros). Uma descrição mais ampla sobre relações de amor ainda precisa ser feita. No entanto, relações de amor e rejeição não precisam se referir necessariamente a casos amorosos de casais. Por que não modelar matematicamente, por exemplo, processos de discussão, aceitação e rejeição em ciência?
A teoria da relatividade geral de Einstein é um ótimo exemplo. Ele introduziu uma constante cosmológica em sua equação de campo, para sustentar uma crença pessoal em um universo finito, fechado e estático, no qual a densidade de energia da matéria define a geometria do espaço-tempo. Pouco depois, de Sitter apresentou uma solução para a equação de campo de Einstein, com constante cosmológica, para um universo sem matéria alguma.
Ao longo das décadas seguintes, a constante cosmológica passou por altos e baixos, sendo aceita ou rejeitada por físicos, em uma intrincada sequência de argumentos - ocasionalmente até ingênuos. Os físicos ainda estavam aprendendo com a própria teoria iniciada por Einstein.
Em virtude de profundas sutilezas teóricas e de sensíveis observações experimentais, a teoria da relatividade geral não foi desenvolvida por Albert Einstein, como muitos pregam. Ela foi apenas concebida pelo físico alemão. O crescimento e o amadurecimento desta teoria foi um processo gradual, que já dura um século e ainda continua, graças ao árduo e refinado empenho de muita gente. Um exemplo que certamente vale a pena lembrar é o trabalho do físico brasileiro George Matsas que, em 2003, resolveu o célebre paradoxo do submarino, no contexto da teoria da relatividade geral.
Até hoje persistem casos de físicos que procuram insistentemente rejeitar as ideias de Einstein sobre a gravitação. Em contrapartida, há também toda uma cultura de mistificação em torno da física quântica, como bem aponta Giancarlo Ghirardi, em seu excelente livro Sneaking a Look at God's Cards. Essas dinâmicas sociais em torno de ideias científicas não poderiam também ser modeladas via equações diferenciais? As relações entre cientistas e teorias científicas não seguem padrões que podem ser descritos através da matemática?
A teoria do caos tem por meta exatamente a compreensão de fenômenos imprevisíveis. E a aceitação de uma nova ideia, assim como o amor, é um fenômeno com consequências difíceis de serem antecipadas.
- As Mais Importantes Contribuições Da História Da Ciência
Apresento aqui uma lista das mais importantes contribuições da história da ciência. Os critérios para a escolha são dois: (i) impacto social e (ii) longevidade das ideias inerentes às contribuições. As ideias aqui discutidas estão restritas...
- A Matemática Necessária Para Compreender Física
Frequentemente jovens perguntam o quão profundamente devem estudar matemática para compreender física teórica. Honestamente, nunca gostei desta pergunta. Isso porque implicitamente ela encerra a noção de que há um limite de conhecimento matemático...
- Alguns Esclarecimentos Sobre Cálculo Diferencial E Integral
O volume de comentários relativos ao artigo recentemente publicado em Scientific American Brasil sobre as universidades federais tem crescido muito, não apenas neste blog, mas em mensagens do facebook, e-mails e conversas pessoais. Enquanto eu for...
- Biologia E Matemática Na Visão De Um Biólogo
O texto que segue abaixo foi escrito pelo Professor João Carlos Marques Magalhães, do Departamento de Genética da UFPR. Fortemente recomendo este artigo para o leitor interessado nas relações entre biologia e matemática. A palavra ?biologia?...
- Teoria Do Caos - Continuação Da Série Sobre Fractais
Gostaria de me desculpar pela demora em continuar nossa série sobre fractais, mas para os que gostaram e querem mais, aqui está: "O Caos não tem estátua nem figura e não pode ser imaginado; é um espaço que só pode ser conhecido pelas coisas que...