Matemático brasileiro pode ter derrubado teoria aceita pela ciência há mais de 400 anos

Pesquisadores identificaram um novo tipo de sincronização em sistemas complexos — conjuntos de elementos que interagem entre si e com o ambiente — que coloca em xeque uma das principais teorias da área, aceita há mais de quatro séculos. Publicado na revista Nature Communications, com apoio do Instituto Serrapilheira, o estudo foi liderado por cientistas do Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da Universidade de São Paulo (USP) e demonstra que sistemas podem apresentar comportamento sincronizado mesmo quando a interação entre seus componentes não ocorre pela lógica tradicional baseada em relações entre pares. Entre os autores estão o matemático brasileiro Tiago Pereira e o pesquisador holandês Eddie Nijholt, ambos do ICMC-USP.

A sincronização é um fenômeno no qual diferentes elementos passam a agir de forma coordenada. Ela está presente em diversos sistemas naturais e tecnológicos, como redes de neurônios no cérebro, sistemas elétricos e outros sistemas complexos. Desde o século XVII, quando o físico holandês Christiaan Huygens observou a sincronização entre dois relógios de pêndulo, a explicação predominante era de que esse comportamento surgia a partir da interação direta entre pares de elementos.

O novo trabalho demonstra que essa explicação não contempla todos os casos. Segundo os pesquisadores, em determinados sistemas a sincronização pode emergir apenas quando três ou mais componentes interagem simultaneamente, revelando um mecanismo coletivo que não é observado quando esses elementos são analisados isoladamente.

“A sincronização é um dos fenômenos mais importantes da natureza. Aparece em sistemas muito diferentes entre si e sempre foi entendida a partir da ideia de interação entre pares de elementos. O que mostramos é que existem situações em que pode emergir por outro mecanismo”, diz Tiago Pereira.

A descoberta amplia o entendimento sobre sistemas complexos e pode contribuir para o desenvolvimento de novos modelos de estudo em diferentes áreas, incluindo pesquisas relacionadas ao funcionamento do cérebro, às mudanças climáticas e às redes tecnológicas.

O estudo também é resultado de uma colaboração científica que atravessou o período da pandemia de Covid-19. A pesquisa foi conduzida por Tiago Pereira em parceria com o matemático holandês Eddie Nijholt, atualmente professor do ICMC-USP. Em 2020, Nijholt se preparava para iniciar um pós-doutorado no Brasil, mas teve a viagem interrompida pelo fechamento das fronteiras durante a pandemia.

Para manter o projeto em andamento, Pereira utilizou recursos flexíveis do financiamento concedido pelo Instituto Serrapilheira para custear o trabalho do pesquisador enquanto ele permanecia na Holanda. A colaboração foi mantida de forma remota durante a pandemia e se fortaleceu após a retomada das atividades presenciais.

"A flexibilidade do apoio do Serrapilheira foi fundamental para manter essa colaboração durante a pandemia. Se não tivéssemos conseguido apoiar Eddie naquele momento, provavelmente ele teria seguido outro caminho. Hoje ele é professor do ICMC e autor correspondente deste trabalho. É um exemplo de como o investimento em pesquisa básica pode gerar resultados científicos e ajudar a formar grupos de excelência no Brasil", acrescenta Pereira.

Após se mudar para o Brasil, Nijholt realizou o pós-doutorado, conquistou uma bolsa Jovem Pesquisador da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) e passou a integrar o corpo de pesquisadores do ICMC-USP. A parceria entre os dois cientistas já havia rendido outros trabalhos de destaque e agora resulta em uma nova descoberta sobre um dos fenômenos coletivos mais investigados pela ciência.

“Quando entendemos melhor como sistemas complexos passam a atuar de forma coordenada, criamos novas possibilidades para compreender fenômenos naturais e desenvolver aplicações em diferentes áreas da ciência e da engenharia”, completa o cientista brasileiro.