Els gradients son diferències espacials de les propietats d’alguns sistemes, que formen fluxos dirigits dels components (matèria), energia o informació del sistema. Les propietats poden ser escalars o vectorials. Si la propietat en cada punt espacial es pot expressar com un nombre únic, s’anomena camp escalar.

La distribució espacial de l’energia, temperatura, pressió, humitat, concentració, altura, densitat son exemples de camps escalars. L’únic camp escalar fonamental conegut fins a la data es l’anomenat camp de Higgs que proporciona masses a les partícules elementals. El gradient d’aquests camps escalars produeixen fluxos o camps vectorials que generen moviments direccionals en cada punt espacial. Si el camp escalar és homogeni (tenen el mateix valor) en tot l’espai, llavors no emergeix cap flux. És simètric perquè cada punt en l’espai és el mateix que qualsevol altre. Sempre hi ha un gradient quan alguna propietat es distribueix de forma desigual en l’espai. Llavors, la simetria anterior es trenca i es formen moviments dirigits i forces.

Els gradients són importants contextos que formen restriccions en el comportament del sistema. La velocitat d’un fluid en cada punt espacial és un exemple d’un camp vectorial. Les forces gravitacionals i electrostàtiques són gradients espacials de potencials gravitacionals i elèctrics. Són camps vectorials. Per exemple, si hi ha més potencial gravitatori en algun lloc que en un altre, existeix una força que empeny el sistema cap al lloc de potencial més baix i crea moviment. El comportament col·lectiu dirigit de les molècules d’aigua que formen la pluja, la neu, els rius i les cascades es forma a causa dels gradients gravitacionals, és a dir, els camps vectorials. Les diferències de càrrega elèctrica en alguns llocs també formen un gradient, que porta un flux de l’electricitat cap a la menor concentració d’electrons. Sorgeix un corrent elèctric com un comportament col·lectiu dirigit. 
Les bateries dels nostres telèfons mòbils, computadores i vehicles han de contenir gradients perquè aquests dispositius funcionin. El flux col·lectiu que anomenem llampec utilitza el mateix pendent entre els núvols i el sòl per a emergir. Els gradients de temperatura i pressió formen el comportament col·lectiu dirigit de les molècules d’aire que anomenem vent.
Els gradients són de summa importància per a la vida. Per a veure això és suficient recordar que l’evolució ha descobert i estabilitzat l’ús de bombes de sodi i potassi per a permetre el manteniment de gradients electroquímics a través de les membranes cel·lulars. Els gradients electroquímics són crucials per als processos metabòlics en les nostres cèl·lules. Els gradients de pressió i concentració en les nostres cèl·lules permeten l’intercanvi de gasos i nutrients a través dels capil·lars. Les diferències entre el nostre estat actual i els estats previstos formen gradients que ens posen en acció. Els gradients d’aliments, riquesa i qualitat de vida formen fluxos migratoris de bacteris (quimiotaxis) i éssers humans. Per exemple, similars als gradients d’aliments i bacteris, els gradients financers i de qualitat de vida creen fluxos migratoris d’éssers humans de països, clubs esportius, universitats i instituts científics amb baixos nivells d’interès per a aquells amb un alt nivell econòmic. Els gradients informatius formen els fluxos d’informació de les fonts que contenen la informació necessària per a aquells que tenen gana d’informació. Tots aquests fluxos tendeixen a esborrar les diferències, anul·lar els gradients i formar homogeneïtat espacial. Afortunadament, fins ara, sempre hi ha processos que formen contextos en els quals es formen nous gradients en diferents escales espai-temps (com es mostra en els exemples anteriors). Aquests gradients permeten el flux de vida a la Terra.

Robert Hristovski 07.12.2015

Traductor: Carlos Romero