Vznik - Emergence

Vytváření komplexních symetrických a fraktálních obrazců ve sněhových vločkách je příkladem vzniku ve fyzickém systému.
Termit „katedrála“ kopeček produkované kolonie termitů nabízí klasický příklad výskytu v přírodě

Ve filozofii , teorie systémů , vědy a techniky , vznik nastane, když je pozorována subjekt má vlastnosti, které jeho části nemají samy o sobě, vlastnosti nebo chování, které se objevují pouze tehdy, když díly fungují v širším celku.

Emergence hraje ústřední roli v teoriích integračních úrovní a komplexních systémů . Například fenomén života zkoumaný v biologii je naléhavou vlastností chemie a je známo, že mnoho psychologických jevů vychází z podkladových neurobiologických procesů.

Ve filozofii se teorie, které zdůrazňují vznikající vlastnosti, nazývaly emergentismus .

Ve filozofii

Filozofové často pochopit vznik jako tvrzení o etiologie jednoho systému ‚s vlastnostmi. Naléhavá vlastnost systému je v tomto kontextu vlastnost, která není vlastností žádné součásti tohoto systému, ale stále je rysem systému jako celku. Nicolai Hartmann (1882-1950), jeden z prvních moderních filosofů, kteří psali o vzniku, to označil za kategorické novum (nová kategorie).

Definice

Tento koncept vzniku pochází alespoň z doby Aristotela . Mezi mnoho vědců a filozofů, kteří o konceptu napsali, patří John Stuart Mill ( Složení příčin , 1843) a Julian Huxley (1887-1975).

Filozof GH Lewes vytvořil termín „vznikající“ a v roce 1875 napsal:

Každý výsledek je buď součet, nebo rozdíl spolupracujících sil; jejich součet, když jsou jejich směry stejné - jejich rozdíl, když jsou jejich směry opačné. Kromě toho je každý výsledný produkt ve svých složkách jasně dohledatelný, protože jsou homogenní a srovnatelné . Jinak je tomu u emergentních případů, kdy místo přidávání měřitelného pohybu k měřitelnému pohybu nebo věcí jednoho druhu k jiným jednotlivcům svého druhu dochází ke spolupráci věcí odlišných druhů. Emergent je na rozdíl od jeho složek, pokud jsou nesouměřitelné, a nemůže být redukován na jejich součet nebo jejich rozdíl.

V roce 1999 ekonom Jeffrey Goldstein poskytl aktuální definici vzniku v časopise Emergence . Goldstein původně definoval vznik jako: „vznik nových a koherentních struktur, vzorců a vlastností během procesu samoorganizace v komplexních systémech“.

V roce 2002 systémový vědec Peter Corning popsal kvality Goldsteinovy ​​definice podrobněji:

Společnými charakteristikami jsou: (1) radikální novinka (funkce, které dříve v systémech nebyly pozorovány); (2) soudržnost nebo korelace (myšleno integrované celky, které se udržují po určitou dobu); (3) Globální nebo makro „úroveň“ (tj. Existuje nějaká vlastnost „celistvosti“); (4) je to produkt dynamického procesu (vyvíjí se); a (5) je to „ostenzivní“ (lze to vnímat).

Corning navrhuje užší definici, která vyžaduje, aby byly složky na rozdíl od druhu (po Lewesovi), a aby zahrnovaly dělbu práce mezi těmito složkami. Říká také, že živé systémy (srovnatelné se šachovou hrou ), přestože jsou emergentní, nelze redukovat na základní zákony vzniku:

Pravidla nebo zákony nemají kauzální účinnost; ve skutečnosti nic „nevygenerují“. Slouží pouze k popisu pravidelností a konzistentních vztahů v přírodě. Tyto vzorce mohou být velmi poučné a důležité, ale základní kauzální agendy musí být specifikovány samostatně (i když často nejsou). Ale to stranou, šachová hra ukazuje ... proč jsou nějaké zákony nebo pravidla vzniku a evoluce nedostatečné. Ani v šachové hře nemůžete použít pravidla k předpovědi „historie“ - tj. Průběhu dané hry. Ve skutečnosti nemůžete ani spolehlivě předpovědět další tah v šachové hře. Proč? Protože „systém“ zahrnuje více než jen pravidla hry. Zahrnuje také hráče a jejich odvíjející se, momentální rozhodnutí mezi velmi velkým počtem dostupných možností v každém bodě výběru. Šachová hra je nevyhnutelně historická, i když je také omezena a formována souborem pravidel, nemluvě o fyzikálních zákonech. Navíc, a to je klíčový bod, šachová hra je také formována teleonomickými , kybernetickými , zpětnovazebními vlivy. Není to jen proces, který si sami objednáte; zahrnuje organizovanou „účelovou“ činnost.

Silný a slabý vznik

Využití pojmu „vznik“ lze obecně rozdělit do dvou perspektiv, na „slabý vznik“ a „silný vznik“. Jeden dokument pojednávající o tomto rozdělení je Weak Emergence od filozofa Marka Bedau . Pokud jde o fyzikální systémy, slabá emergence je druhem emergence, ve které je emergentní vlastnost přístupná počítačové simulaci nebo podobným formám analýzy faktů (například tvorba dopravní zácpy, struktura hejna špačci za letu nebo hejno ryb nebo vznik galaxií). Zásadní v těchto simulacích je, aby si interagující členové zachovali nezávislost. Pokud ne, vytvoří se nová entita s novými, vznikajícími vlastnostmi: tomu se říká silný vznik, o kterém se tvrdí, že jej nelze simulovat ani analyzovat.

Některé společné body mezi těmito dvěma pojmy spočívají v tom, že vznik se týká nových vlastností vytvářených během růstu systému, tedy těch, které nejsou sdíleny s jeho komponentami nebo předchozími stavy. Rovněž se předpokládá, že vlastnosti jsou spíše supervenientní než metafyzicky primitivní.

Slabý vznik popisuje nové vlastnosti vznikající v systémech v důsledku interakcí na elementární úrovni. Bedau však stanoví, že vlastnosti lze určit pouze pozorováním nebo simulací systému, a nikoli žádným procesem redukcionistické analýzy. V důsledku toho jsou vznikající vlastnosti závislé na měřítku : jsou pozorovatelné pouze tehdy, je -li systém dostatečně velký na to, aby jev vykazoval. Chaotické, nepředvídatelné chování lze považovat za naléhavý jev, zatímco v mikroskopickém měřítku může být chování jednotlivých částí zcela deterministické .

Bedau poznamenává, že slabý vznik není univerzálním metafyzickým rozpouštědlem, protože hypotéza, že vědomí je slabě vznikající, by nevyřešila tradiční filozofické otázky o fyzičnosti vědomí. Bedau však dochází k závěru, že přijetí tohoto názoru by poskytlo přesnou představu, že vznik je zapojen do vědomí, a za druhé, pojem slabého vzniku je metafyzicky benigní.

Silný vznik popisuje přímé kauzální působení systému na vysoké úrovni na jeho součásti; takto vyrobené kvality jsou neredukovatelné na součásti systému. Celek je jiný než součet jeho částí. Příkladem z fyziky takového vzniku je voda, která se zdá nepředvídatelná i po vyčerpávajícím studiu vlastností jejích atomů vodíku a kyslíku. Argumentuje se tedy, že žádná simulace systému nemůže existovat, protože taková simulace by sama o sobě představovala redukci systému na jeho součásti.

Odmítnutí rozdílu

Biolog Peter Corning však prohlásil, že „debata o tom, zda lze z vlastností částí předpovědět celek, či nikoli, uniká smyslu. Celky produkují jedinečné kombinované efekty, ale mnoho z těchto efektů může být spoluurčeno kontextem a interakce mezi celkem a jeho prostředím (prostředími) “. V souladu se svou hypotézou synergismu Corning také uvedl: „Právě synergické efekty vytvářené celky jsou samotnou příčinou vývoje složitosti v přírodě.“ Romanopisec Arthur Koestler použil Janusovu metaforu (symbol jednoty, která je základem doplňků, jako je otevřeno/zavřeno, mír/válka), aby ilustroval, jak by tyto dva úhly pohledu (silný vs. slabý nebo holistický vs. redukcionistický ) měly být považovány za nevýhradní, a měly by spolupracovat při řešení problémů vzniku. Teoretický fyzik PW Anderson to říká takto:

Schopnost redukovat vše na jednoduché základní zákony neznamená schopnost vycházet z těchto zákonů a rekonstruovat vesmír. Konstrukcionistická hypotéza se rozpadá, když je konfrontována s dvojitými obtížemi rozsahu a složitosti. Na každé úrovni složitosti se objevují zcela nové vlastnosti. Psychologie není aplikovaná biologie, ani biologie není aplikovaná chemie. Nyní můžeme vidět, že celek se stává nejen více, ale velmi odlišným od součtu jeho částí.

Životaschopnost silného vzcházení

Někteří myslitelé zpochybňují věrohodnost silného vzniku jako odporující našemu obvyklému chápání fyziky. Mark A. Bedau poznamenává:

Ačkoli je logicky možný silný vznik, je to nepříjemné jako magie. Jak vzniká neredukovatelná, ale supervenientní sestupná příčinná síla, protože podle definice to nemůže být způsobeno agregací mikroúrovňových potenciálů? Takové příčinné síly by byly zcela odlišné od čehokoli v našem vědeckém prostředí. To nejen naznačuje, jak budou nepříjemné rozumné formy materialismu. Jejich tajemnost jen umocní tradiční starosti, které vznikají v důsledku nelegitimního získání něčeho z ničeho.

Silný výskyt lze kritizovat za to, že je příčinně předurčen . Kanonický příklad se týká naléhavých duševních stavů (M a M ∗), které dohlížejí na fyzické stavy (P a P ∗). Nechť M a M ∗ jsou emergentní vlastnosti. Nechme M ∗ dohlížet na základní vlastnost P ∗. Co se stane, když M způsobí M ∗? Jaegwon Kim říká:

V našem schematickém příkladu výše jsme dospěli k závěru, že M způsobuje M ∗ tím, že způsobuje P ∗. M tedy způsobuje P ∗. Nyní, M, jako emergentní, musí mít sama o sobě základní vlastnost emergence, řekněme P. Nyní stojíme před kritickou otázkou: pokud ement, M, vychází z bazálního stavu P, proč by P nemohl vytlačit M jako příčinu jakéhokoli domnělého účinku z M? Proč by P nemohl udělat všechnu práci při vysvětlování, proč došlo k jakémukoli údajnému účinku M? Pokud je příčinná souvislost chápána jako nomologická (na základě zákona) dostatečnost, P, jako M základ pro vznik, je pro ni nomologicky dostačující a M, jako příčina P ∗, je nomologicky dostačující pro P ∗. Z toho vyplývá, že P je nomologicky dostačující pro P ∗, a proto se kvalifikuje jako jeho příčina ... Pokud je M nějak zachován jako příčina, stojíme před vysoce nepravděpodobným důsledkem, že každý případ sestupné příčinné souvislosti zahrnuje předurčení (protože P zůstává příčinou P ∗ také). Navíc je to v každém případě v rozporu s duchem emergentismu: Emergenti mají údajně vytvářet výrazné a nové kauzální příspěvky.

Je-li M příčinou M ∗, pak je M ∗ předurčen, protože o M ∗ lze také uvažovat jako o určeném P. Jednou únikovou cestou, kterou by si mohl vybrat silný emergentista, by bylo popřít příčinnou souvislost směrem dolů . To by však odstranilo navrhovaný důvod, proč vznikající duševní stavy musí dohlížet na fyzické stavy, což by zase zpochybňovalo fyzikalismus , a proto by bylo pro některé filozofy a fyziky nechutné.

Mezitím ostatní pracovali na vývoji analytických důkazů o silném vzniku. V roce 2009 Gu a kol. představil třídu fyzikálních systémů, která vykazuje nevyčíslitelné makroskopické vlastnosti. Přesněji, pokud by bylo možné vypočítat určité makroskopické vlastnosti těchto systémů z mikroskopického popisu těchto systémů, bylo by možné vyřešit výpočetní problémy, o nichž je známo, že jsou v informatice nerozhodnutelné. Gu a kol. uzavřel to

Ačkoli jsou makroskopické koncepty pro pochopení našeho světa zásadní, velká část základní fyziky byla věnována hledání „teorie všeho“, souboru rovnic, které dokonale popisují chování všech základních částic. Názor, že toto je cíl vědy, spočívá částečně na odůvodnění, že taková teorie by nám umožnila odvodit chování všech makroskopických konceptů, alespoň v principu. Důkazy, které jsme předložili, naznačují, že tento pohled může být příliš optimistický. „Teorie všeho“ je jednou z mnoha složek nezbytných pro úplné pochopení vesmíru, ale není nutně jedinou. Vývoj makroskopických zákonů z prvních principů může zahrnovat více než jen systematickou logiku a může vyžadovat dohady navržené experimenty, simulacemi nebo vhledem.

Vznik a interakce

Vznikající struktury jsou vzorce, které se objevují prostřednictvím kolektivních akcí mnoha individuálních entit. K vysvětlení takových vzorců lze podle Aristotela dojít k závěru, že vznikající struktury jsou jiné než součet jejich částí za předpokladu, že vznikající řád nevznikne, pokud různé části jednoduše na sobě vzájemně působí. Existují však tací, kteří nesouhlasí . Podle tohoto argumentu interakce každé části s jejím bezprostředním okolím způsobuje složitý řetězec procesů, které mohou v nějaké formě vést k řádu. Ve skutečnosti jsou některé systémy v přírodě pozorovány tak, že vykazují vznik na základě interakcí autonomních částí, a některé jiné vykazují vznik, který alespoň v současné době nelze tímto způsobem omezit. Zejména metody renormalizace v teoretické fyzice umožňují vědcům studovat systémy, které nelze kombinovat jako jejich části.

Objektivní nebo subjektivní kvalita

Crutchfield považuje vlastnosti složitosti a uspořádání jakéhokoli systému za subjektivní vlastnosti určené pozorovatelem.

Definování struktury a detekce vzniku složitosti v přírodě jsou ze své podstaty subjektivní, i když zásadní vědecké činnosti. Navzdory obtížím lze tyto problémy analyzovat z hlediska toho, jak pozorovatelé vytvářející model z měření odvozují výpočetní schopnosti vložené do nelineárních procesů. Představa pozorovatele o tom, co je uspořádáno, co je náhodné a co je v jeho prostředí složité, závisí přímo na jeho výpočetních zdrojích: množství nezpracovaných dat měření, paměti a času, který je k dispozici pro odhad a odvození. Objev struktury v prostředí závisí kritičtěji a jemněji na tom, jak jsou tyto prostředky organizovány. Například popisná síla pozorovatelem zvolené (nebo implicitní) třídy výpočetních modelů může být zdrcujícím determinantem při hledání pravidelnosti v datech.

Na druhé straně Peter Corning tvrdí: „Musí být synergie vnímány/pozorovány, aby byly kvalifikovány jako naléhavé efekty, jak tvrdí někteří teoretici? Většina důrazně ne. Synergie spojené se vznikem jsou skutečné a měřitelné, i když tam nikdo není pozoruj je. "

Nízká entropie objednané systému lze považovat za příklad subjektivního vzniku: pozorovatel vidí uspořádaný systém ignoruje základní mikrostruktura (tj pohyb molekul nebo elementárních částic), a dochází k závěru, že systém má nízkou entropii. Na druhou stranu chaotické, nepředvídatelné chování lze také vnímat jako subjektivní emergentní, zatímco v mikroskopickém měřítku může být pohyb jednotlivých částí zcela deterministický.

V náboženství, umění a humanitních oborech

V náboženství vznikají výrazy náboženského naturalismu a synteismu, v nichž je smysl posvátnosti vnímán při fungování zcela naturalistických procesů, díky nimž složitější formy vznikají nebo se vyvíjejí z jednodušších forem. Příklady jsou podrobně popsány v knize The Sacred Emergence of Nature od Ursula Goodenough & Terrence Deacon and Beyond Reductionism: Reinventing the Sacred by Stuart Kauffman , both from 2006, and in Syntheism - Creating God in the Internet Age by Alexander Bard & Jan Söderqvist from 2014. An raný argument (1904–05) o vzniku sociálních formací, částečně pramenící z náboženství, lze nalézt v nejslavnějším díle Maxe Webera Protestantská etika a duch kapitalismu . V poslední době je vznik nového sociálního systému spojen se vznikem řádu z nelineárních vztahů mezi více interagujícími jednotkami, kde více interagujícími jednotkami jsou individuální myšlenky, vědomí a činy.

V umění se emergence používá k prozkoumání původu novosti, kreativity a autorství. Někteří teoretici umění/literatury (Wheeler, 2006; Alexander, 2011) navrhli alternativy k postmodernímu chápání „autorství“ pomocí věd o složitosti a teorie vzniku. Tvrdí, že umělecké jáství a význam jsou naléhavé, relativně objektivní jevy. Michael J. Pearce použil emergenci k popisu zkušeností uměleckých děl ve vztahu k současné neurovědě. Praktikující umělec Leonel Moura zase svým „artbotům“ přisuzuje skutečnou, byť jen primitivní kreativitu založenou na nově se objevujících principech. V literatuře a lingvistice byl koncept emergence aplikován v oblasti stylometrie k vysvětlení vzájemného vztahu mezi syntaktickými strukturami textu a stylem autora (Slautina, Marusenko, 2014).

V mezinárodním rozvoji byly koncepty vzniku použity v rámci teorie sociální změny nazvané SEED-SCALE, aby ukázaly, jak se standardní principy vzájemně ovlivňují, aby posunuly socioekonomický rozvoj přizpůsobený kulturním hodnotám, komunitní ekonomice a přírodnímu prostředí (místní řešení vyplývající z větší socioekonomická biosféra). Tyto principy lze implementovat pomocí řady standardizovaných úkolů, které se samostatně sestavují individuálně specifickými způsoby s využitím rekurzivních hodnotících kritérií.

V postkoloniálních studiích termín „vznikající literatura“ označuje současný soubor textů, které v globální literární krajině získávají na síle (v. Esp .: JM Grassin, ed. Emerging Literatics , Bern, Berlin atd.: Peter Lang, 1996). Opozicí je „emergentní literatura“ spíše koncept používaný v teorii literatury.

Emergentní vlastnosti a procesy

Naléhavé chování nebo vznikající vlastnost se může objevit, když v prostředí působí řada jednoduchých entit (agentů), které tvoří komplexnější chování jako kolektiv. Pokud ke vzniku dochází v nesourodých velikostních stupnicích, pak je důvodem obvykle kauzální vztah v různých měřítcích. Jinými slovy, v systémech se vznikajícími vlastnostmi často existuje forma zpětné vazby shora dolů. Procesy způsobující vznikající vlastnosti se mohou vyskytovat buď v pozorovaném nebo pozorovacím systému, a jsou běžně identifikovatelné podle jejich vzorců akumulace změn, obecně nazývaných „růst“. Emergentní chování může nastat kvůli složitým příčinným vztahům v různých měřítcích a zpětné vazbě, známým jako propojenost . Samotný vznikající majetek může být buď velmi předvídatelný, nebo nepředvídatelný a bezprecedentní, a může představovat novou úroveň evoluce systému. Složité chování nebo vlastnosti nejsou vlastností žádné takové entity, ani je nelze snadno předvídat nebo odvodit z chování v entitách nižší úrovně. Tvar a chování hejna ptáků nebo hejna ryb jsou dobrými příklady vznikajících vlastností.

Jedním z důvodů, proč je obtížné chování předvídat, je těžké předvídat, že počet interakcí mezi komponentami systému exponenciálně roste s počtem komponent, což umožňuje vznik mnoha nových a jemných typů chování. Emergence je často produktem určitých vzorců interakce. Negativní zpětná vazba zavádí omezení, která slouží k opravě struktur nebo chování. Naproti tomu pozitivní zpětná vazba podporuje změnu a umožňuje místním změnám přerůst do globálních vzorců. Dalším způsobem, jakým interakce vedou k vznikajícím vlastnostem, je dvoufázová evoluce . K tomu dochází tam, kde jsou interakce aplikovány přerušovaně, což vede ke dvěma fázím: v jedné, ve které se vytvářejí nebo rostou vzory, ve druhé se zpřesňují nebo odstraňují.

Na druhou stranu pouhé provedení velkého počtu interakcí samo o sobě nestačí k zajištění vznikajícího chování; mnohé z interakcí mohou být zanedbatelné nebo irelevantní, nebo se mohou navzájem rušit. V některých případech může velký počet interakcí ve skutečnosti bránit vzniku zajímavého chování, a to vytvořením velkého „šumu“ k přehlušení jakéhokoli vznikajícího „signálu“; vznikající chování může být nutné dočasně izolovat od jiných interakcí, než dosáhne dostatečného kritického množství k vlastní podpoře. Vzniká tak nejen pouhý počet spojení mezi součástmi; je to také způsob, jakým jsou tato spojení organizována. Hierarchická organizace je jedním příkladem, který může generovat naléhavé chování (byrokracie se může chovat způsobem zcela odlišným od jednotlivých oddělení této byrokracie); naléhavé chování však může také vyplývat z decentralizovanějších organizačních struktur, jako je například tržiště. V některých případech musí systém dosáhnout kombinovaného prahu rozmanitosti, organizace a konektivity, než se objeví naléhavé chování.

Neočekávané důsledky a vedlejší účinky úzce souvisejí se vznikajícími vlastnostmi. Luc Steels píše: „Komponenta má určitou funkcionalitu, ale není rozpoznatelná jako podfunkce globální funkcionality. Místo toho komponenta implementuje chování, jehož vedlejší účinek přispívá ke globální funkčnosti ... Každé chování má vedlejší účinek a součet vedlejších účinků poskytuje požadovanou funkčnost “. Jinými slovy, globální nebo makroskopická funkčnost systému s „emergentní funkčností“ je součtem všech „vedlejších účinků“, všech vznikajících vlastností a funkcí.

Systémy se vznikajícími vlastnostmi nebo vznikajícími strukturami se mohou zdát, že vzdorují entropickým principům a druhému zákonu termodynamiky , protože vytvářejí a zvyšují pořádek navzdory nedostatku velení a centrálního řízení. To je možné, protože otevřené systémy mohou extrahovat informace a objednávky z prostředí.

Emergence pomáhá vysvětlit, proč omyl rozdělení je klam.

Vznikající struktury v přírodě

Vlnité vzory v písečné duně vytvořené větrem nebo vodou jsou příkladem vznikající struktury v přírodě.
Giant's Causeway v Severním Irsku je příkladem komplexní emergentní struktury.

Vznikající struktury lze nalézt v mnoha přírodních jevech, od fyzické po biologickou doménu. Například tvar povětrnostních jevů, jako jsou hurikány, jsou vznikající struktury. Vývoj a růst komplexních uspořádaných krystalů , poháněný náhodným pohybem molekul vody v příznivém přírodním prostředí, je dalším příkladem vznikajícího procesu, kde náhodnost může vést ke vzniku komplexních a hluboce atraktivních uspořádaných struktur.

Krystaly vody vytvářející se na skle vykazují vznikající fraktální proces probíhající za vhodných podmínek teploty a vlhkosti.

Krystalická struktura a hurikány však mají údajně samoorganizující se fázi.

Je užitečné rozlišit tři formy vznikajících struktur. Prvního řádu vznikající struktura dochází v důsledku tvaru interakcí (například vodíkové vazby v molekulami vody vedou k povrchovým napětím ). Druhého řádu vznikající struktura zahrnuje tvar interakce odehrávající se postupně v průběhu času (například měnící se atmosférické podmínky jako vločka padá k zemi stavět na a mění svůj tvar). A konečně, vznikající struktura třetího řádu je důsledkem tvaru, času a dědičných pokynů. Například genetický kód organismu ovlivňuje formu systémů organismu v prostoru a čase.

Neživé, fyzické systémy

Ve fyzice se emergence používá k popisu vlastnosti, zákona nebo jevu, který se vyskytuje v makroskopických měřítcích (v prostoru nebo čase), ale nikoli v mikroskopických měřítcích, a to navzdory skutečnosti, že na makroskopický systém lze pohlížet jako na velmi rozsáhlý soubor mikroskopických systémů. .

Emergentní vlastnost nemusí být složitější než podkladové neemergentní vlastnosti, které ji generují. Například termodynamické zákony jsou pozoruhodně jednoduché, i když zákony, kterými se řídí interakce mezi složkovými částicemi, jsou složité. Pojem vznik ve fyzice se tedy nepoužívá k označení složitosti, ale spíše k rozlišení, které zákony a koncepty platí pro makroskopická měřítka a které platí pro mikroskopická měřítka.

Jiný, možná široce použitelnější způsob, jak pojmout vznikající předěl, však zahrnuje dávku složitosti, pokud výpočetní proveditelnost přechodu od mikroskopické k makroskopické vlastnosti vypovídá o „síle“ vzniku. To je lépe pochopitelné s ohledem na následující definici ( slabého ) vzniku, která pochází z fyziky:

Naléhavé chování fyzického systému je kvalitativní vlastností, která může nastat pouze v mezích, kdy má počet mikroskopických složek sklon k nekonečnu. “

Vzhledem k tomu, že ve skutečném světě neexistují žádné skutečně nekonečné systémy, neexistuje žádná zjevně přirozeně se vyskytující představa tvrdého oddělení vlastností složek systému od vlastností vznikajícího celku. Jak je diskutováno níže, klasická mechanika se považuje za vycházející z kvantové mechaniky, i když v zásadě kvantová dynamika plně popisuje vše, co se děje na klasické úrovni. K popisu pohybu padajícího jablka z hlediska umístění jeho elektronů by však bylo zapotřebí počítače většího než velikost vesmíru s více výpočetním časem než životním časem vesmíru; můžeme to tedy považovat za „silné“ naléhavé dělení.

V případě silného vzniku může být počet složek mnohem menší. Fi naléhavé vlastnosti aH 2 O molekuly jsou velmi odlišné od jeho součásti, kyslíku a vodíku.

Některé příklady zahrnují:

Klasická mechanika
Lze říci, že zákony klasické mechaniky vycházejí jako omezující případ z pravidel kvantové mechaniky aplikovaných na dostatečně velké hmoty. To je zvláště podivné, protože kvantová mechanika je obecně chápána jako více komplikovaná než klasické mechaniky.
Tření
Síly mezi elementárními částicemi jsou konzervativní. Tření však vzniká při zvažování složitějších struktur hmoty, jejichž povrchy mohou při tření o sebe přeměňovat mechanickou energii na tepelnou. Podobné úvahy platí pro další vznikající koncepce mechaniky kontinua, jako je viskozita , pružnost , pevnost v tahu atd.
Vzorovaná půda
zřetelné a často symetrické geometrické tvary tvořené mletým materiálem v periglaciálních oblastech.
Statistická mechanika
původně odvozeno pomocí konceptu dostatečně velkého souboru, že fluktuace nejpravděpodobnější distribuce mohou být ignorovány. Malé klastry však nevykazují ostré fázové přechody prvního řádu, jako je tání, a na hranici není možné klastr zcela kategorizovat jako kapalný nebo pevný, protože tyto koncepty jsou (bez dalších definic) použitelné pouze pro makroskopické systémy. Popis systému pomocí metod statistické mechaniky je mnohem jednodušší než použití nízkoúrovňového atomistického přístupu.
Elektrické sítě
Hromadnou vodivou odezvu binárních (RC) elektrických sítí s náhodným uspořádáním, známou jako Universal Dielectric Response (UDR) , lze považovat za naléhavé vlastnosti takových fyzikálních systémů. Taková uspořádání lze použít jako jednoduché fyzické prototypy pro odvozování matematických vzorců pro vznikající reakce komplexních systémů.
Počasí
Teplota je někdy používána jako příklad naléhavého makroskopického chování. V klasické dynamice, je snímek okamžitého hybností velkého počtu částic v rovnovážném stavu, je dostatečné pro určení průměrné kinetické energie na stupeň volnosti, který je úměrný teplotě. U malého počtu částic nejsou okamžité momenty v daném čase statisticky dostačující k určení teploty systému. Pomocí ergodické hypotézy lze však teplotu stále získat s libovolnou přesností dalším průměrováním hybnosti po dostatečně dlouhou dobu.
Proudění
v kapalině nebo plynu je dalším příkladem vznikajícího makroskopického chování, které má smysl pouze při zvažování teplotních rozdílů. Konvekční buňky , zejména Bénardovy buňky , jsou příkladem samoorganizujícího se systému (konkrétněji disipativního systému ), jehož struktura je určena jak omezeními systému, tak náhodnými poruchami: možné realizace tvaru a velikosti buňky závisí na teplotním gradientu, jakož i na povaze tekutiny a tvaru nádoby, ale které konfigurace jsou ve skutečnosti realizovány, je způsobeno náhodnými poruchami (tyto systémy tedy vykazují formu porušení symetrie ).

V některých teoriích částicové fyziky jsou dokonce i takové základní struktury, jako je hmota , prostor a čas, považovány za naléhavé jevy vyplývající ze zásadnějších pojmů, jako je Higgsův boson nebo řetězce . V některých interpretacích kvantové mechaniky je vnímání deterministické reality, ve které mají všechny objekty určitou polohu, hybnost atd., Vlastně vznikajícím jevem, přičemž skutečný stav hmoty je místo toho popsán vlnovou funkcí, která nemusí mít jedinou polohu nebo hybnost. Zdá se, že většina fyzikálních zákonů , tak jak je dnes zažíváme, vznikla v průběhu času, čímž se objevení stalo nejzákladnějším principem ve vesmíru a nastolilo otázku, co by mohl být tím nejzákladnějším zákonem fyziky, ze kterého vzešly všechny ostatní. Na chemii lze zase pohlížet jako na objevující se vlastnost fyzikálních zákonů. Biologii (včetně biologické evoluce ) lze považovat za naléhavou vlastnost zákonů chemie. Podobně lze psychologii chápat jako naléhavou vlastnost neurobiologických zákonů. A konečně, některé ekonomické teorie chápou ekonomii jako naléhavý rys psychologie.

Podle Laughlina nelze u mnoha částicových systémů přesně vypočítat nic z mikroskopických rovnic a makroskopické systémy se vyznačují přerušovanou symetrií: symetrie přítomná v mikroskopických rovnicích není v makroskopickém systému přítomna, kvůli fázovým přechodům. V důsledku toho jsou tyto makroskopické systémy popsány ve své vlastní terminologii a mají vlastnosti, které nezávisí na mnoha mikroskopických detailech. To neznamená, že mikroskopické interakce jsou irelevantní, ale jednoduše to, že je již nevidíte - vidíte pouze jejich renormalizovaný účinek. Laughlin je pragmatický teoretický fyzik: pokud nemůžete, možná nikdy, vypočítat makroskopické vlastnosti zlomené symetrie z mikroskopických rovnic, jaký má potom smysl mluvit o redukovatelnosti?

Živé, biologické systémy

Vznik a evoluce

Život je hlavním zdrojem složitosti a evoluce je hlavním procesem, který stojí za různými formami života. V tomto pohledu je evoluce procesem popisujícím růst složitosti v přírodním světě a mluvením o vzniku komplexních živých bytostí a forem života.

Život se předpokládá, že se objevil v raném světě RNA, když řetězce RNA začaly vyjadřovat základní podmínky nezbytné pro to, aby přirozený výběr fungoval podle Darwinova konceptu: dědičnost, variace typu a soutěž o omezené zdroje. Vhodnost replikátoru RNA (jeho nárůst na osobu) by pravděpodobně byla funkcí adaptivních kapacit, které byly vlastní (v tom smyslu, že byly určeny nukleotidovou sekvencí) a dostupnosti zdrojů. Tři primární adaptivní kapacity mohly být (1) schopnost replikovat se střední věrností (což vedlo k dědičnosti i variabilitě typu); 2) schopnost zabránit rozpadu; a (3) schopnost získávat a zpracovávat zdroje. Tyto kapacity by byly původně určeny skládanými konfiguracemi replikátorů RNA (viz „ Ribozym “), které by byly naopak kódovány v jejich jednotlivých nukleotidových sekvencích. Konkurenční úspěch mezi různými replikátory by závisel na relativních hodnotách těchto adaptivních kapacit.

Pokud jde o příčinnou souvislost v evoluci, Peter Corning poznamenává:

Synergické efekty různého druhu hrály hlavní příčinnou roli v evolučním procesu obecně a zejména v rozvoji spolupráce a složitosti ... Přírodní výběr je často zobrazován jako „mechanismus“ nebo je zosobňován jako kauzální agentura ... Ve skutečnosti je diferenciální „výběr“ znaku nebo adaptace důsledkem funkčních účinků, které produkuje ve vztahu k přežití a reprodukčnímu úspěchu daného organismu v daném prostředí. Právě tyto funkční efekty jsou v konečném důsledku zodpovědné za transgenerační kontinuity a změny v přírodě.

Podle své definice vzniku se Corning také zabývá vznikem a evolucí:

[In] evoluční procesy, příčinná souvislost je iterativní; účinky jsou také příčinami. A platí to i o synergických efektech, které produkují vznikající systémy. Jinými slovy, samotný vznik ... byl základní příčinou vývoje vznikajících jevů v biologické evoluci; klíčové jsou synergie vytvářené organizovanými systémy

Rojení je u mnoha živočišných druhů známým chováním, od pochodujících kobylek přes hejno ryb až po hejna ptáků . Rozvíjející se struktury jsou běžnou strategií, která se vyskytuje v mnoha skupinách zvířat: kolonie mravenců, hromady postavené termity, roje včel, hejna/hejna ryb, hejna ptáků a stáda/smečky savců.

Příkladem, který je třeba podrobně zvážit, je kolonie mravenců . Královna nedává přímé rozkazy a neříká mravencům, co mají dělat. Místo toho každý mravenec reaguje na podněty ve formě chemické vůně od larev, jiných mravenců, vetřelců, jídla a nahromadění odpadu a zanechává za sebou chemickou stopu, která zase poskytuje podnět ostatním mravencům. Zde je každý mravenec autonomní jednotkou, která reaguje pouze v závislosti na svém místním prostředí a geneticky zakódovaných pravidlech pro svou rozmanitost mravence. Navzdory nedostatku centralizovaného rozhodování vykazují kolonie mravenců komplexní chování a dokonce prokázaly schopnost řešit geometrické problémy. Kolonie například běžně zjišťují maximální vzdálenost od všech vchodů do kolonií, aby se zbavily mrtvých těl.

Zdá se, že faktory životního prostředí mohou hrát roli při ovlivňování vzniku. Výzkum naznačuje indukovaný výskyt včelích druhů Macrotera portalis . U tohoto druhu se včely objevují ve vzoru odpovídajícím srážkám. Vzorec vzniku je konkrétně v souladu s pozdními letními dešti jihozápadních pouští a nedostatkem aktivity na jaře.

Organizace života

Širší příklad vznikajících vlastností v biologii je nahlížen v biologické organizaci života, od subatomické úrovně po celou biosféru . Například lze jednotlivé atomy kombinovat za vzniku molekul, jako jsou polypeptidové řetězce, které se zase skládají a znovu skládají za vzniku proteinů , které zase vytvářejí ještě složitější struktury. Tyto proteiny, za předpokladu jejich funkčního stavu z jejich prostorové konformace, interagují společně a s dalšími molekulami, aby dosáhly vyšších biologických funkcí a nakonec vytvořily organismus . Dalším příkladem je, jak kaskádové fenotypové reakce, jak jsou podrobně popsány v teorii chaosu , vznikají z jednotlivých genů, které mutují příslušné polohy. Na nejvyšší úrovni tvoří všechna biologická společenství na světě biosféru, kde její lidští účastníci tvoří společnosti, a komplexní interakce meta-sociálních systémů, jako je burza.

Vznik mysli

Mezi uvažované jevy v evolučním líčení života, jako kontinuální historie, poznamenané fázemi, ve kterých se objevily zásadně nové formy - původ sapiens inteligence. Vznik mysli a její evoluce je zkoumána a považována za samostatný fenomén ve speciální znalosti systému zvané noogeneze .

V lidskosti

Spontánní řád

Skupiny lidských bytostí, ponechané každému na svobodě, se samy regulují, mají tendenci vytvářet spontánní řád , spíše než často obávaný nesmyslný chaos. To bylo ve společnosti pozorováno přinejmenším od Chuang Tzu ve starověké Číně. Lidské bytosti jsou základními prvky sociálních systémů, které neustále interagují a vytvářejí, udržují nebo rozmotávají vzájemná sociální pouta. Sociální vazby v sociálních systémech se neustále mění ve smyslu probíhající rekonfigurace jejich struktury. Dobrým příkladem je také klasický dopravní kruhový objezd , kdy se auta pohybují dovnitř a ven s tak efektivní organizací, že některá moderní města začala vyměňovat stopky na problémových křižovatkách za kruhové objezdy a dosahovala lepších výsledků. Software s otevřeným zdrojovým kódem a projekty Wiki tvoří ještě působivější ilustraci.

Vznikající procesy nebo chování lze pozorovat na mnoha dalších místech, jako jsou města, kabalita a na trhu dominantní menšinové jevy v ekonomii, organizační jevy v počítačových simulacích a buněčných automatech . Kdykoli dochází k interakci velkého množství jednotlivců, vzniká řád z nepořádku; dochází ke vzoru, rozhodnutí, struktuře nebo změně směru.

Ekonomika

Akciový trh (nebo jakýkoli trh na to přijde), je příkladem vzniku na velkém měřítku. Jako celek přesně reguluje relativní ceny cenných papírů společností po celém světě, ale nemá žádného vůdce; když není zavedeno žádné centrální plánování , neexistuje žádná entita, která by řídila fungování celého trhu. Agenti nebo investoři znají pouze omezený počet společností ve svém portfoliu a musí se řídit regulačními pravidly trhu a analyzovat transakce jednotlivě nebo ve velkých skupinách. Trendy a vzorce, které se objevují, jsou intenzivně studovány technickými analytiky .

World Wide Web a internet

World Wide Web je populární příklad decentralizovaného systému, který vykazuje vlastnosti vznikající. Neexistuje žádná centrální organizace, která by rozdělovala počet odkazů, ale počet odkazů směřujících na každou stránku se řídí mocenským zákonem, ve kterém je několik stránek propojeno mnohokrát a většina stránek je spojena jen zřídka. Související vlastností sítě odkazů na World Wide Web je, že téměř všechny dvojice stránek lze navzájem spojit prostřednictvím relativně krátkého řetězce odkazů. Přestože je tato vlastnost nyní poměrně dobře známá, byla v neregulované síti zpočátku neočekávaná. Je sdílena s mnoha dalšími typy sítí, které se nazývají sítě malého světa .

Internetový provoz může také vykazovat některé zdánlivě vznikající vlastnosti. V mechanismu řízení přetížení se toky TCP mohou globálně synchronizovat v úzkých místech , současně se koordinovaně zvyšovat a poté snižovat propustnost. Přetížení, které je všeobecně považováno za obtěžování, je možná naléhavou vlastností šíření úzkých míst v síti při vysokých dopravních tocích, které lze považovat za fázový přechod.

Dalším důležitým příkladem vzniku ve webových systémech je sociální bookmarking (také nazývaný kolaborativní značkování). V systémech sociálních záložek uživatelé přiřazují značky ke zdrojům sdíleným s jinými uživateli, což vede k typu informační organizace, která vychází z tohoto procesu crowdsourcingu. Nedávný výzkum, který empiricky analyzuje komplexní dynamiku takových systémů, ukázal, že konsensus o stabilních distribucích a jednoduché formě sdílených slovníků skutečně vzniká, a to i při absenci centrálně řízené slovní zásoby. Někteří se domnívají, že to může být proto, že uživatelé, kteří přispívají tagy, používají stejný jazyk a sdílejí podobné sémantické struktury, které jsou základem výběru slov. Konvergence v sociálních značkách může být proto interpretována jako vznik struktur, protože lidé, kteří mají podobnou sémantickou interpretaci, společně indexují online informace, což je proces nazývaný sémantická imitace.

Architektura a města

Dopravní vzorce ve městech lze považovat za příklad spontánního řádu

Vznikající struktury se objevují na mnoha různých úrovních organizace nebo jako spontánní řád . Emergentní samoorganizace se často objevuje ve městech, kde žádný plánovací nebo územní subjekt předurčuje rozložení města. Interdisciplinární studium emergentního chování není obecně považováno za homogenní obor, ale je rozděleno napříč aplikačními nebo problémovými oblastmi .

Architekti nemusí navrhnout všechny cesty komplexu budov. Místo toho mohou nechat vzniknout vzorce používání a poté umístit chodník, kde se cesty opotřebovaly, například cesta touhy .

Akce na trase a postup vozidla v rámci Urban Challenge 2007 by mohly být považovány za příklad kybernetického vzniku. Vzory používání silnic, neurčité časy odbavení překážek atd. Budou společně vytvářet složitý vznikající vzorec, který nelze předem deterministicky naplánovat.

Architektonická škola Christophera Alexandra zaujala hlubší přístup ke vzniku a pokouší se přepsat samotný proces městského růstu, aby ovlivnila formu, a zavádí novou metodiku plánování a designu spojenou s tradičními postupy, Emergentní urbanismus . Městský vznik byl také spojen s teoriemi městské složitosti a městské evoluce.

Ekologie budov je koncepční rámec pro chápání architektury a zastavěného prostředí jako rozhraní mezi dynamicky na sobě závislými prvky budov, jejich obyvatel a širším prostředím. Ekolog staveb Hal Levin na ně nahlíží jako na neživé nebo statické objekty, ale spíše na rozhraní nebo protínající se domény živých a neživých systémů. Mikrobiální ekologie vnitřního prostředí je silně závislá na stavebních materiálech, obyvatelích, obsahu, kontextu prostředí a vnitřním a venkovním klimatu. Silný vztah mezi atmosférickou chemií a kvalitou vzduchu v interiéru a chemickými reakcemi, ke kterým dochází uvnitř. Tyto chemikálie mohou být živiny, neutrální nebo biocidy pro mikrobiální organismy. Mikrobi produkují chemikálie, které ovlivňují stavební materiály a zdraví a pohodu obyvatel. Lidé manipulují s ventilací, teplotou a vlhkostí, aby dosáhli pohodlí se souběžnými efekty na mikroby, které se naplňují a vyvíjejí.

Pokus Erica Bonabeaua definovat vznikající jevy je prostřednictvím provozu: „Dopravní zácpy jsou ve skutečnosti velmi komplikované a tajemné. Na individuální úrovni se každý řidič snaží někam dostat a dodržuje (nebo porušuje) určitá pravidla, některá zákonná (omezení rychlosti) a další společenskou nebo osobní (zpomalit, aby další změnu řidiče do svého jízdního pruhu). Ale dopravní zácpa je samostatná a oddělená jednotka, která se vynořuje z těchto individuálních chování. Gridlock na dálnici, mohou například cestovat dozadu bez zjevného důvodu , i když auta jedou vpřed. “ Nově vznikající jevy také přirovnal k analýze tržních trendů a chování zaměstnanců.

Počítačová AI

Některé uměle inteligentní (AI) počítačové aplikace simulují vznikající chování pro animaci. Jedním z příkladů je Boids , který napodobuje rojení chování ptáků.

Jazyk

Argumentovalo se, že struktura a pravidelnost jazykové gramatiky nebo alespoň jazyková změna je naléhavým jevem. Zatímco každý mluvčí se pouze snaží dosáhnout svých vlastních komunikačních cílů, používá jazyk určitým způsobem. Pokud se takto chová dostatek reproduktorů, změní se jazyk. V širším smyslu lze na normy jazyka, tj. Jazykové konvence jeho řečové společnosti, pohlížet jako na systém vznikající z dlouhodobé účasti na komunikačním řešení problémů za různých sociálních okolností.

Procesy naléhavých změn

V oblasti skupinového usnadňování a rozvoje organizace existuje řada nových skupinových procesů, které jsou navrženy tak, aby maximalizovaly vznik a sebeorganizaci tím, že nabízejí minimální sadu efektivních počátečních podmínek. Mezi příklady těchto procesů patří SEED-SCALE , vděčný průzkum , Future Search, světová kavárna nebo znalostní kavárna , technologie Open Space a další (Holman, 2010).

Viz také

Reference

Bibliografie

  • Steels, L (1991). „Směrem k teorii vznikající funkce“. V Meyer, J.-A .; Wiloson, SW (eds.). Od zvířat k animátům: sborník z první mezinárodní konference o simulaci adaptivního chování . Cambridge: MIT Press. s. 451–461.

Další čtení

externí odkazy