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Escrito por • 17/10/2006

Toda ciência é da computação

[Texto da série “Silvio Meira no G1”, publicado originalmente no G1, em 17/10/2006.]

Muitos anos atrás [uns 20!], eu disse -para escárnio geral da platéia num seminário do Departamento de Física da Universidade Federal de Pernambuco, UFPE- que todas as áreas da ciência eram sub-áreas da computação. Para quem já era da área, naquela época, a introdução cada vez maior de informática – em todos os seus veios e meios, fossem computação, comunicação ou controle- em todas as áreas de atividade, presença ou funcionalidade humanas e, de resto, em tudo ao nosso redor, já significava que todas as áreas de interesse da ciência e do funcionamento da humanidade iriam ter uma componente dela muito importante, senão absolutamente fundamental.

Os anos se passaram: Seth Lloyd, professor do Massachusetts Institute of Technology (MIT), postulou recentemente que o universo é seu próprio computador e que tudo o que vale a pena ser entendido em um sistema qualquer vem do entendimento de como tal sistema processa informação. No livro a “New Kind of Science“, o cientista Stephen Wolfram tem uma tese ainda mais radical [porque trata do que e do como…]: tudo que está ao nosso redor [seja lá o que for] é computacional e, como se não bastasse, é computado por autômatos celulares, pequenos arranjos de bits capazes de processar sua informação e de seus vizinhos, no tempo, e tomar decisões simples a partir daí. Funciona para um monte de coisas [clique aqui para usar um gerador de ringtones para celulares]. Será que resolve todas?… Ninguém, por enquanto, sabe.

Na última edição de Educause Review, Sandra Braman trata parte do assunto [Transformations of the Research Enterprise], especulando sobre computação, redes e dados nas demais ciências. Ela considera o tamanho do problema que vamos ter para capturar, transmitir, processar e administrar petabytes [quatrilhões… ou quinze zeros… ‘000.000.000.000.000] de dados que experimentos poderão gerar –como será o caso do novo acelerador de partículas do Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (CERN), o Large Hadron Collider (LHC)–, transformando a física, por exemplo, em uma ciência intensiva, quase que inteiramente dependente, de computação. Afinal de contas, segundo Lloyd, o que estaremos fazendo é construir computadores [ou programas de computador] para simular o comportamento de outros computadores “naturais” –o mundo lá fora– cujo funcionamento queremos entender.

Uma coisa é certa: à medida que entendemos mais o universo ao nosso redor, boa parte dele pode ser modelada, e quase toda a modelagem que nós fazemos do universo de informação ao nosso redor é computacional.

Quer ver? Olhe a descrição do trabalho que fez Roger Kornberg ganhar o prêmio Nobel de Química de 2006: “Kornberg… descreveu como informação é retirada dos genes e convertida em moléculas chamadas RNA mensageiro… estas moléculas transportam a informação às fábricas de proteínas dentro das células”… O Nobel de Química foi dado, na verdade, para processamento de informação.

Isso se repete por onde quer que olhemos no cenário atual de ciência e tecnologia, e irá se espalhar, com o tempo, para toda a sociedade. Olhemos [literalmente] para astronomia. Sabe o que está para acontecer? Um único telescópio vai começar a gerar vinte terabytes de informação por dia.

Aliás, por noite… pois há de olhar para o céu noturno, excluindo a influência de nosso Sol. Qual o tamanho de tal montanha de informação? Vejamos: um terabyte é um milhão de megabytes, ou 1.000.000 megabytes. Pra quem não é de informática ou ciências, é bom explicar que “um mega” significa um milhão; ou seja, quando pensamos em um terabyte, estamos olhando para uma quantia que tem 12 zeros, o quase ininteligível trilhão. Costumava-se dizer, no passado [uns dez anos atrás] que a “Encyclopaedia Britannica” tinha cerca de um gigabyte [um bilhão de caracteres, contando as imagens]… e era mais ou menos verdade, porque uma versão da coisa cabia num CD [onde se pode comprimir algo perto de um gigabyte de informação].

Olhando [mesmo!] para os 20 terabytes por noite do nosso telescópio, e levando em conta que “um tera” equivale a 1.000 giga, é o mesmo que pensar num único instrumento de observação dos fenômenos do universo a gerar informação equivalente a 20.000 Britannicas, toda noite, noite após noite. O responsável por tal feito será o Large Synoptic Survey Telescope (LSST), um telescópio de 8.4 metros de diâmetro, americano, que ficará no norte do Chile [no Cerro Pachón], operacional em 2012, com uma câmera de três giga [bilhões!] pixels, uma resolução mil vezes maior do que a câmera digital média que está no mercado hoje, como a que você provavelmente usa para fotografar as estripolias de seus filhos. Cada “foto” do LSST, mil das suas. Já pensou?…

Vamos saber muito mais sobre o universo quando o LSST começar a funcionar. Mas vamos, para tal, ter que aprender a tratar quantidades realmente astronômicas de dados. Um dos maiores projetos de astronomia do mundo, o Sloan Digital Sky Survey (SDSS) –levantamento digital do céu, funcionando há anos, financiado em parte pela Alfred P. Sloan Foundation– mostra “apenas” um lote de 12 terabytes de dados. Os resultados podem ser vistos no Skyserver. E isso é somente 60% do que o LSST vai gerar por noite.

Os problemas e oportunidades para realizar eScience [“ciência em rede”… fusão dos modos teórico, experimental e computacional de fazer ciência, baseado em quantidades quase sempre imensas de dados] serão motores muito importantes do desenvolvimento das teorias e tecnologias de computação, comunicação e controle nas próximas décadas. Elas serão usadas como suporte à realização de qualquer tipo de ciência ou tecnologia.

Em breve, não haverá um “e” antes de eScience; a informática simplesmente estará imersa nas ciências todas, como leitura e escrita estão, hoje. E todas as ciências serão da computação… sem que ninguém note ou precise saber explicitamente.

Em resumo, toda a ciência é ciência da computação. Simplesmente porque o universo [inteiro] é computacional. Esta tese, que poderíamos chamar da universalidade da computação, estará na base de quase tudo, em ciência e tecnologia, e será discutida com muito fervor nos próximos muitos anos.

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11 Responses to Toda ciência é da computação

  1. Oi Silvio,

    Essa questão é bastante filosófica e eu tenho pensando nisso há algum tempo…

    Vamos imaginar que podemos associar todas as área de conhecimento por elementos básicos. Entre esses elementos, existem os pontos de vistas, contextos e conhecimento para resolver algum problema.

    Agora imagine um funil onde todas as áreas fossem colocadas como entradas e a saída fosse o resultado esperado após você determinar e associar o problema, o contexto, pontos de vista da solução e o conhecimento necessário.

    Do ponto de vista da computação você utiliza as outras áreas como suporte teórico, mas se você inverter o funil, a computação oferecerá suporte a todas as ciências quando o contexto e as visões mudarem para que o conhecimento dela ajuda na solução de um problema específico.

    Para que um conhecimento faça sentido, sempre vamos associá-lo aos outros elementos básicos. Veja esse modelo geral que estou criando para área de engenharia de software. Note que o modelo pode ser utilizado a partir de qualquer um dos seus elementos, criando novos contextos e visões para resolver os grandes desafios da engenharia de software -> http://bit.ly/1h7F9W6 Deste modo, nós podemos associar os elementos básicos e utilizá-los de muitas formas, porém, sempre limitados ao conhecimento.

    Todas as visões estão corretas quando associadas [corretamente] aos outros elementos básicos. Eu refuto a sua e comprovo a minha dentro desse contexto com o meu conhecimento e uma visão -> todos os componentes básicos das ciências possuem uma definição e a matemática é a única área que pode definir cada um [com correção], inclusive é a base da própria computação.

    Assim, toda ciência é da matemática, mas também é da computação, da física, etc…depende de como você organiza os elementos básicos. Sobre isso, talvez o maior problema das universidades seja estimular o estudante a compor novas visões -> http://polyteck.com.br/

    Obrigado por me permitir participar!

    Um grande abraço,

    Jaguaraci Silva

    • Silvio Meira disse:

      jaguaraci, discordo do *Todas as visões estão corretas quando associadas [corretamente] aos outros elementos básicos.* note que o meu texto termina com… ***Esta tese, que poderíamos chamar da universalidade da computação, estará na base de quase tudo, em ciência e tecnologia, e será discutida com muito fervor nos próximos muitos anos.***. ditto. é muito legal que um texto escrito há quase 10 anos ainda cause discussão e debate. fico com meu ponto de vista; vamos acabr mostrando que a computação é mesmo universal. ~> olha isso ~> http://www.youtube.com/watch?v=T1Ogwa76yQo

  2. Fábio Dias disse:

    Na minha opinião, tem um erro fundamental nessa lógica. Ela não inclui a diferença entre pesquisa EM computação e pesquisa USANDO computação. Este é um problema complicado que afeta mais pessoas do que se imagina e gera uma infinidade de confusões.

    A nova tecnologia em redes que permite a transmissão de X exabits por segundo é um avanço computacional. O uso desta tecnologia para transmissão de dados do cern, por exemplo, é, na melhor das hipoteses, um exemplo de uso. Mesmo que esta aplicação tenha inspirado o desenvolvimento. Um exemplo disso é a industria de entretenimento adulto e os avanços em geração, armazenamento e transmissão de vídeo em alta resolução…

    A mesma idéia se aplica a matemática. Quase todos os trabalhos em pesquisa, em quaisquer area, usam algum tipo de estatística. Isso não significa que sejam trabalhos de pesquisa em estatística. Pior ainda, provavelmente foram feitos por alguém que não tem lá o mesmo domínio em estatística e podem conter erros grotescos. Veja, por exemplo, os recentes estudos envolvendo reprodutibilidade de resultados nas biológicas…

    Na computação acontece a mesma coisa. Todo mundo acha que programa. Engenharia de software, conhecimento de software básico e funcionamento interno do computador viram opcionais ignorados. Código spaguetti, sem documentação ou comentários viram regra. Gambiarras reinam absolutas, lideradas pela falácia de que "se funciona, tá certo". Quando envolvem um pesquisador da computação, teoricamente alvejando desenvolvimentos em ambas as frentes, o que é certo, necessário e louvável, esperam que ele conserte os computadores e meramente programe algo que resolva os problemas deles, que muitas vezes não envolvem novos desenvolvimentos computacionais. Coitado do computeiro que tentar que medidas de engenharia de software sejam adotadas! Uma bolsa PD acaba virando uma bolsa TT. O pesquisador perde tempo e a agencia de fomento perde dinheiro…

    Estranhamente, não se usa doutores em engenharia civil para erguer um puxadinho, que vai ser usado para pesquisa. Ou um doutor em engenharia mecânica para trocar o óleo do veiculo oficial do instituto. Os exemplos são absurdos, mas a lógica é a mesma…

    E, na minha opinião, esses problemas tem como fonte exatamente a falta dessa distinção que eu mencionei no começo. Pouca gente entende a diferença entre pesquisa em computação e pesquisa usando computação….. Aí chegamos ao absurdo de ter grupos de pesquisa em computação em institutos não computacionais. Não é porque você usa a computação, mesmo empurrando a barreira da pesquisa para frente, que sua pesquisa é em computação. Computação, atualmente, é baseada em semicondutores, mas isso não justifica a criação de um grupo de pesquisa do estado sólido da matéria em um instituto de computação…. Mais um exemplo de coisas que podem até funcionar, mas não estão certas.

     

    Full disclosure: O texto pode parecer um pouco mais carregado do que devia, porque esse é um tópico sensível para mim. Acabei de passar por tudo isso na pele. Enquanto não se pode generalizar considerando somente a minha experiência, ela formou minha opinião. Cada um no seu quadrado. Pesquisa multi-disciplinar é necessária, mas é um 'slippery-slope' que requer respeito mútuo e regras claras. Pena que isso provavelmente é a exceção. 

    De todo jeito, obrigado pelo espaço. Excelente tópico pra ser discutido 🙂

     

    F

    • Silvio Meira disse:

      fabio, o texto não se aplica a pesquisa, apenas, mas ao mundo, at large; e tem a ver com uma tese, a da universalidade da computação, que faz parte de um debate de décadas sobre o que *está por baixo de tudo*. tudo são estruturas matemáticas [max tegmark, http://space.mit.edu/home/tegmark/mathematical.html]… são computações [http://edge.org/conversation/the-computational-universe]… o que? certamente não é biologia… ou medicina, muito menos psicologia ou filosofia.

      meu texto aqui, é uma hipótese. uma boa hipótese, eu acho. grato pelo comentário.

      • Raoni Teixeira disse:

        Silvio, 

         

        Acho que toda ciência é, no fundo, da percepção. Neste sentido, talvez sua hipótese seja apenas consequência de como 'vimos' e 'entendemos' as coisas. 

         

        Em minha opnião, as ciências da natureza, por exemplo, estão muito mais relacionadas com a nossa percepção da natureza do que com a própria natureza. 

        O que fazemos é criar uma construção simbólico-formal relacionada com a nossa experiência. A natureza, por outro lado, é a natureza (como no poema da Gertrude Stein: rose is a rose is a rose…).

         

        Acho que isto pode extrapolado, manipulando (modificando, criando, relacionando etc) as construções. Como diria os Beatles: "It's all in the mind".

         

        Nada garante, no entanto, que não estamos 'comendo bola' ao fazê-lo.

         

        R

  3. Guilherme disse:

    Os algoritmos estão realmente em todo o universo. Tanto é assim que hoje é possível modelar e simular em sistemas computacionais quase tudo que há no mundo real.  Entretanto, estamos falhando em desenvolver nossos próprios sistemas computacionais. Os sistemas computacionais que já estavam aqui no universo são bem mais robustos, confiáveis e sofisticados que os desenvolvidos e adicionados pelo homem. Qual seria esta "forma" de desenvolvimento tão mais eficiente? Será que sistema computacional desenvolvido por humano tem sempre que ser tão frágil?

    Guilherme

  4. Ednaldo disse:

    Silvio, em sua opinião, qual dos cursos do CIn/CTG mais facilitam a busca por um emprego estável que pague ao mínimo 6 salários mínimos? (em uma perspectiva para os próximos 4~5 anos, tempo mínimo necessário para concluir um dos cursos)

    • Silvio Meira disse:

      E…

      1. não há *emprego estável*, mais, fora do universo público e estatal [por enquanto, pois é uma distorção];

      2. o que há é trabalho para pessoas dispostas a aprender sempre; isso vai corrigir os desvios de 1, no médio e longo prazo;

      3. qualquer curso que tenha FUNDAMENTOS formais estruturantes [combinação de matemática, lógica, português, física, informática… centrado em matemática discreta da e para informática… e não em tópicos de redes ou sistemas de informação contemporâneos…] e leve à compreensão do mundo [e do ambiente próximo ao redor] e permita a intervenção nele [todas as engenharias, incluindo as de informação…] se feitos de forma engajada, levam a oportunidades de trabalho bem remuneradas e de longo prazo.

      4. o resto é conversa.

  5. Texto bastante interessante. Vejo a Ciência da Computação, hoje, como uma ferramenta necessária em todas as Ciências (assim como a Matemática). Porém, não acredito que isso torne toda Ciência da Computação. O caminho é inverso… além disso, também não acredito que o Universo é computacional… mais uma vez, o caminho é inverso: a Computação cria modelos pra explicar o universo de maneira computacional. É a mesma coisa com a Química, por exemplo, quando eu posso usar modelos químicos (reações, processos) para explicar fenômenos (e em por isso digo que o Universo é químico). O Universo é o que é… nós que criamos diversos modelos (químicos, físicos, computacionais) pra tentar entendê-lo e sem rotulá-lo.

  6. Wilson Rosa disse:

    A Hipótese da Universalidade da Computação (HUC) aparenta ser consistente e difícil de refutar. O conceito de Computação posto de uma forma tão geral, ao ponto de se propor, como o Seth Lloyd, que o universo é um computador, nos leva a uma outra hipótese, Hipótese de que Computação é Física, que implica, junto com a HUC, em uma equivalência entre Física e Computação. Vejamos. Uma computação é o manuseio (operação) da informação armazenada (representada). O que é Computação depende do meio onde se armazena a informação e das operações possíveis sobre este meio. Como o meio é um sistema físico, depende da Física e das teorias subjacentes. Este manuseio pode ser artificialmente programado, leis naturais, (re)ações naturais, etc que alteram o estado atual do sistema. A informação pode ser “entrada” por outro sistema, iniciada (como um big-bang), etc. O problema é que a natureza do meio (poder computacional, propriedades, etc) depende fortemente do meio físico. Assim podemos ter o computador Newtoniano (clássico) discreto digital (lógica ou circuito digital) deste que uso agora ao digitar este comentário. Mas podemos ter outros modelos Newtonianos discretos como computação molecular/DNA, que usam DNA, proteínas e outras moléculas para armazenar dados e as transformações químicas apropriadas como operações. Ainda temos a computação Newtoniana contínua (analógica) das redes neurais (artificiais ou naturais), dos sistemas físicos clássicos tais como bolas de bilhares, sistemas caóticos, uso de metamateriais, etc. Todos ainda Newtonianos alguns Turing equivalentes outros super-Turing outros sub-Turing. Podemos ainda ter computadores clássico Einsteinianos, usando relatividade geral (gravidade): computação com buracos negros (naturais ou artificiais). Podemos ter computadores nao-clássicos, baseados na Mecânica Quântica tanto não-relativística como o computador quântico que está sendo estudado e almejado, quanto o relativístico que requer a Teria de Tudo ainda não encontrada ou aceita/testada pela comunidade científica (gravitação quântica).

    Certamente vc sabe disto tudo mas muitos pensam que o conceito de Computação é restrito a apenas o modelo Newtoniano discreto digital.

    Wilson de Oliveira
    DEInfo-UFRPE

  7. sergio disse:

    Belo texto. Talvez, hoje tentamos compreender o mundo a partir da computação como já se tentaram entendê-lo pela mecânica. Se esse for o caso, imagino que no futuro apareça uma nova concepção.