Asociación Venezolana para el Avance de la Ciencia
Los sistemas dinámicos en Venezuela
¿Qué son los sistemas dinámicos?
En un
contexto muy general, cuando se diserta sobre la noción de sistema dinámico no
solo se refiere al movimiento de cuerpos celestes o de sistemas mecánicos, sino
que se está tratando sobre los cambios que ocurren en los estados de un sistema
en particular cuando el tiempo transcurre; debe ser entendido en tal caso que
un sistema es un conjunto de elementos que de alguna forma se relacionan entre
sí para ciertos fines u objetivos. Bajo una concepción tan amplia, encontramos
sistemas dinámicos por doquier y por supuesto en casi cualquier campo de la
ciencia. En esta visión se incluyen por ejemplo: las variaciones en las bolsas
de valores y variables económicas, los cambios que ocurren en el número de
individuos en una población, las variaciones climáticas, los cambios en la
concentración de sustancias en reacciones químicas, así como aquellos en las
variables fisiológicas en la biología o la medicina. Para los matemáticos la
noción de sistema dinámico es un poco más específica y técnica en su concepción
abstracta, veamos una aproximación de ello. Comencemos considerando un conjunto
T que mide el tiempo; de forma simplificada, T puede ser el
conjunto de los números reales no negativos o el propio conjunto de números
reales si se piensa en que el tiempo transcurre de manera continua; sin
embargo, al pensar en una evolución temporal discreta, T es el conjunto
es constituido por todos los números naturales: 0, 1, 2, … , o bien por el
conjunto de todos los números enteros. Adicional a T se considera un
conjunto E, denominado conjunto de estados o espacio de fase; en este
conjunto se representan los posibles estados del sistema. Sobre el producto
cartesiano T x E (sus elementos son pares ordenados (t,x), t en T
y x en E) se define una ley que rige los cambios de estado; esto es una
correspondencia L : T x E → E que asigna a cada par (t,x) un nuevo estado L(t,x), el cual define el estado al
que ha evolucionado el estado x una vez transcurrido el tiempo t. Ahora bien,
esta ley L no es cualquier correspondencia, ella debe respetar ciertas
propiedades:
a) Si
el tiempo no transcurre, entonces el estado no varía; esto significa que L(0,x)
= x cualquiera sea el estado x en E.
b)
Dado un estado x arbitrario en E, su evolución una vez transcurrido el
tiempo s + t; esto es L(s +t,x), es idéntica a la evolución del estado L(t,x)
cuando el tiempo s ha transcurrido; esto significa que se cumple la identidad L(s
+t,x) = L(s, L(t,x)).
En estos términos, un sistema
dinámico es un triplete (T, E, L) formado por el tiempo, el conjunto de
estados y la ley que rige los cambios de estado y sujeta a las condiciones a) y
b) arriba descritas. Cuando el tiempo es medido de manera continua, el sistema
dinámico se dice continuo, y es llamado discreto cuando el tiempo transcurre o
es medido de manera discreta. En el primer caso la totalidad de las evoluciones
de cualquier estado determina una curva en el espacio fase: órbita o
trayectoria del estado. En el caso discreto, esa totalidad de estados
define una sucesión de puntos en el espacio fase, también es llamada órbita o
trayectoria del estado. En cualquiera de sus escenarios, continuo o discreto,
el objetivo macro de los sistemas dinámicos es el de hacer una descripción
(topológica, geométrica o probabilística) de la evolución temporal de sus
órbitas, intentando en cierta forma predecir el comportamiento asintótico de
las órbitas.
Tras la etapa de consolidación de la
teoría, la particular simbiosis a la que hacíamos referencia al inicio no ha
sido única para su crecimiento y desarrollo, otras relaciones se han
establecido y aún se producen, lo que ha conducido a considerar los sistemas
dinámicos como una importante fuente de relaciones interdisciplinarias haciendo
de la teoría una potente herramienta para modelar distintos fenómenos en
diversas ciencias, ello a pesar que esta teoría no aborda fenómenos específicos
ni propone modelos particulares de la realidad; es, más bien, un conjunto de
métodos o herramientas matemáticas para analizar y describir el comportamiento
asintótico de soluciones de ciertas ecuaciones diferenciales o de iteraciones
de ciertas transformaciones. |