Fremkomst

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 30. august 2022; checks kræver 4 redigeringer .

Emergence eller emergence ( engelsk fra emergent "arising, unexpectedly appearing") [1] i systemteori  - tilstedeværelsen af ​​et system af egenskaber, der ikke er iboende i dets komponenter separat; irreducerbarheden af ​​et systems egenskaber til summen af ​​dets komponenters egenskaber.

Lignende begreber i systemteori og andre vidensområder er synergi , holisme , systemeffekt , superadditiv effekt , ikke -sammensætning .

Materialevidenskab

Fænomenet kompositmaterialer - i nogle kompositsystemer fører vekselvirkningen af ​​komponenter til, at i det endelige materiale er den kvantitative indikator for mindst én egenskab (for eksempel elektrisk ledningsevne, trækstyrke osv.) ikke en simpel sum af de tilsvarende indikatorer for de indgående komponenter. For eksempel forbedring af styrkeegenskaberne for en kulfiberkomposit med hærdende harpikser sammenlignet med individuelle kulfiber.

Fremkomst i naturen

Emergent strukturer kan findes i mange naturfænomener, fra fysiske til biologiske. For eksempel er vejrbegivenheder som orkaner nye strukturer. Udviklingen og væksten af ​​komplekse ordnede krystaller , på grund af den tilfældige bevægelse af vandmolekyler i et gunstigt naturligt miljø, er et andet eksempel på en emergent proces, hvor tilfældighed kan føre til fremkomsten af ​​komplekse og meget interessante ordnede strukturer.

Vandkrystaller, der dannes på glas, udviser en fremkommende, fraktal proces, der forekommer under passende temperatur- og fugtighedsforhold . Imidlertid gennemgår krystallinske strukturer og orkaner en periode med selvorganisering.

Det er vigtigt at skelne mellem tre former for nye strukturer. Førsteordens emergent struktur er resultatet af interaktionen mellem former (for eksempel resulterer hydrogenbindinger i vandmolekyler i overfladespænding ). Den nye struktur af den anden orden inkluderer interaktionen af ​​former, der konsekvent gengives i tid (for eksempel en ændring i atmosfæriske forhold, når et snefnug falder til jorden og ændrer sin form). Endelig er tredjeordens emergent struktur en konsekvens af form, timing og nedarvede instruktioner. For eksempel påvirker en organismes genetiske kode formen af ​​kroppens systemer i rum og tid.

Biologi

Synergistiske effekter af forskellig art har spillet en vigtig rolle i den evolutionære proces generelt og i udviklingen af ​​samarbejde og kompleksitet i særdeleshed. Naturlig udvælgelse er ofte portrætteret som en "mekanisme" eller personificeret som en kausal agent . I virkeligheden er den differentielle "selektion" af en egenskab, eller tilpasning, en konsekvens af de funktionelle effekter, den frembringer i forhold til overlevelse og reproduktionssucces for en given organisme i et givet miljø. Det er disse funktionelle effekter, der i sidste ende er ansvarlige for kontinuiteten i generationer og ændringer i naturen.

I evolutionære processer er kausalitet iterativ; virkninger er også årsager . Og dette gælder også for de synergieffekter, der frembringes af nye systemer. Med andre ord er emergens i sig selv hovedårsagen til udviklingen af ​​emergente fænomener i biologisk evolution; det er Synergien produceret af organiserede systemer, der er nøglen til at forstå dette [2] .

Sværmning  er en velkendt adfærd for mange dyrearter, lige fra græshopper til stimende fisk og stimende fugle . Emergent strukturer er en fælles strategi, som deles af mange grupper af dyr: myrekolonier , termithøje , bisværme , fiskestimer, fugleflokke og flokke / flokke af pattedyr .

I en myrekoloni giver dronningen ikke direkte ordre eller fortæller myrerne, hvad de skal gøre. I stedet reagerer hver myre på lugtstimuli fra larver , andre myrer, ubudne gæster, mad og ophobet affald og efterlader et kemisk spor, der igen giver en stimulans til andre myrer. Her er hver myre en autonom enhed, der kun reagerer afhængigt af dets lokale miljø og de genetisk kodede regler for dens slags myre. På trods af manglen på centraliseret beslutningstagning udviser myrekolonier kompleks adfærd og har endda vist evnen til at løse geometriske problemer. For eksempel finder kolonier normalt den maksimale afstand fra alle indgange til kolonien for at komme af med døde kroppe [3] .

Organisering af livet

Et bredere eksempel på emergent egenskaber i biologi ses i den biologiske organisering af livet , fra det subatomare niveau til hele biosfærens niveau . For eksempel kan individuelle atomer kombineres for at danne molekyler såsom polypeptidkæder , som folder og folder for at danne proteiner , som igen skaber endnu mere komplekse strukturer. Disse proteiner, der antager deres funktionelle status fra deres rumlige konformation, interagerer med hinanden og med andre molekyler for at opnå højere biologiske funktioner og i sidste ende skabe en organisme . Et andet eksempel er, hvordan de kaskadede fænotypiske reaktioner beskrevet i kaosteori opstår fra individuelle gener, der muterer i den passende position [4] . På højeste niveau danner alle biologiske samfund i verden en biosfære , hvor dens menneskelige medlemmer former samfund og det komplekse samspil mellem sociale systemer, såsom aktiemarkedet .

Livløse fysiske systemer

I fysik bruges emergens til at beskrive en egenskab, lov eller fænomen, der opstår på makroskopiske skalaer (i rum eller tid), men ikke på mikroskopiske , på trods af at et makroskopisk system kan opfattes som et meget stort ensemble af mikroskopiske systemer [5] . En emergent egenskab behøver ikke være mere kompleks end de underliggende ikke-emergent egenskaber, der giver anledning til den. For eksempel er termodynamikkens love bemærkelsesværdigt enkle, selvom lovene, der styrer vekselvirkningerne mellem bestanddele af partikler, er komplekse. Begrebet "fremkomst" i fysik bruges således ikke til at betegne kompleksitet, men derimod til at skelne mellem hvilke love og begreber der gælder for makroskopiske skalaer, og hvilke for mikroskopiske [6] .

En anden, måske mere anvendelig, måde at forstå emergent separation på involverer dog en grad af kompleksitet, eftersom den numeriske mulighed for at gå fra en mikroskopisk til en makroskopisk egenskab taler om emergensens "styrke". Dette er bedre forstået givet følgende definition fra fysik:

"Emergent adfærd af et fysisk system er en kvalitativ egenskab, der kun kan finde sted i grænsen, når antallet af mikroskopiske komponenter har en tendens til uendeligt [7] ". Men da der i virkeligheden ikke findes uendelige systemer i den virkelige verden, er der ingen åbenlys naturlig forestilling om en stiv adskillelse mellem egenskaberne af systemets bestanddele og egenskaberne i den emergente helhed. Det menes, at klassisk mekanik stammer fra kvantemekanik , i princippet beskriver kvantedynamik fuldstændigt alt, hvad der sker på det klassiske niveau. Men at beskrive bevægelsen af ​​et faldende æble i form af arrangementet af dets elektroner ville kræve en computer, der er større end universets størrelse , med mere tid til at beregne end universets levetid. Således kan man betragte dette som en "stærk" emergent adskillelse.

Eksempler på fremkomst i fysiske systemer:

Temperatur bruges nogle gange som et eksempel på emergent makroskopisk adfærd. I klassisk snapshot- dynamik er det øjeblikkelige momenta af et stort antal partikler i ligevægt nok til at finde den gennemsnitlige kinetiske energi pr . frihedsgrad , proportional med temperaturen. For et lille antal partikler er øjeblikkelige impulser på et givet tidspunkt ikke statistisk tilstrækkelige til at bestemme systemets temperatur. Ved hjælp af den ergodiske hypotese kan temperaturen dog findes med vilkårlig nøjagtighed ved yderligere at beregne et gennemsnit af pulserne over en tilstrækkelig lang tid.

Konvektion i en væske eller gas  er et andet eksempel på opstået makroskopisk adfærd, der kun giver mening, når man overvejer temperaturforskelle. Konvektionsceller, især Bénard-celler , er et eksempel på et selvorganiserende system eller dissipativt system , hvis struktur er bestemt både af systemets begrænsninger og af tilfældige forstyrrelser: de mulige realiseringer af cellernes form og størrelse afhænger af på temperaturgradienten , såvel som på væskens beskaffenhed og formen af ​​beholderen, men hvilke konfigurationer der faktisk realiseres, bestemmes af tilfældige forstyrrelser. Disse systemer udviser således symmetribrud .

Ifølge Laughlin kan der for mange partikelsystemer intet beregnes nøjagtigt ud fra mikroskopiske ligninger, og makroskopiske systemer er karakteriseret ved brudt symmetri: Symmetrien til stede i mikroskopiske ligninger er fraværende i det makroskopiske system på grund af faseovergange [9] . Som følge heraf er disse makroskopiske systemer beskrevet i deres egen terminologi og har egenskaber uafhængige af mange mikroskopiske detaljer. Det betyder ikke, at mikroskopiske interaktioner ikke betyder noget, bare at du ikke ser dem længere – du ser kun den renormaliserede effekt af dem. Laughlin stiller et pragmatisk spørgsmål: Hvis du måske aldrig vil være i stand til at beregne de makroskopiske egenskaber af brudt symmetri ud fra mikroskopiske ligninger, hvad er så meningen med at tale om reducerbarhed?

Condensed Matter Physics

Den teoretiske forståelse af det kondenserede stofs fysik er tæt forbundet med begrebet emergens, hvor mange partikler opfører sig helt anderledes end dens individuelle komponenter [10] . Dette udtryk bruges til at beskrive en lov eller et fænomen, der manifesterer sig på det makroskopiske niveau, men ikke på det mikroskopiske niveau, på trods af at det makroskopiske system er repræsenteret som et sæt af mikroskopiske systemer [11] [12]

For eksempel er en række fænomener forbundet med høj-temperatur superledningsevne dårligt forstået, selvom den mikroskopiske fysik af individuelle elektroner og gitter er velkendt [13] . Tilsvarende er modeller af kondenseret stof-systemer blevet undersøgt, hvor kollektive excitationer opfører sig som fotoner og elektroner , og derved beskriver elektromagnetisme som et nyt opstået fænomen [14] . Emergent egenskaber kan også optræde ved grænsefladen mellem materialer: Et eksempel er grænsefladen mellem lanthanaluminat og strontiumtitanat , hvor to ikke-magnetiske isolatorer er forbundet for at skabe ledningsevne, superledning og ferromagnetisme [15] .

Kvantefysik

I nogle partikelfysiske teorier ses selv grundlæggende strukturer som masse , rum og tid som nye fænomener, der opstår fra mere grundlæggende begreber som Higgs boson eller strenge . I nogle fortolkninger af kvantemekanikken er opfattelsen af ​​en deterministisk virkelighed, hvor alle objekter har en bestemt position , momentum osv ., faktisk et opstået fænomen, med den sande tilstand af stof beskrevet af en bølgefunktion , som ikke nødvendigvis har en enkelt position eller momentum. Kemi kan til gengæld ses som en ny egenskab ved fysikkens love. Biologi (herunder evolutionsteorien ) kan ses som en ny egenskab ved kemiens love. På samme måde kan psykologi forstås som en ny egenskab ved neurobiologiske love. Endelig forstår nogle økonomiske teorier økonomi som et fremvoksende træk ved psykologi.

Ifølge filosoffen Jenanne Ismael , for at forstå fænomenerne lokalitet og ikke -lokalitet i kvantefysikken , bør man betragte rummet som en emergent struktur [16] :

…vi er nødt til at se på rummet, som vi kender det – hverdagsrum, hvor vi bedømmer dimensioner i dets forskellige dele – som en emergent struktur . Måske når vi ser på to dele, ser vi den samme begivenhed. Vi interagerer med det samme stykke virkelighed fra forskellige dele af rummet.

Fremkomst i samfundet

Spontan rækkefølge

Grupper af mennesker overladt til sig selv har en tendens til at skabe spontan orden , snarere end det tankeløse kaos , som man ofte frygter. Det er blevet observeret i det menneskelige samfund siden i det mindste Chuang Tzu 's tid i det gamle Kina . Mennesker er de grundlæggende elementer i sociale systemer , der konstant interagerer og skaber, vedligeholder eller afslutter sociale bånd [17] . Sociale bånd i sociale systemer ændrer sig konstant i deres struktur. Et godt eksempel er en rundkørsel , hvor biler kommer ind og ud med en så effektiv organisering, at nogle moderne byer er begyndt at udskifte stoplys i problematiske kryds med rundkørsler og få bedre resultater [18] . Open source-software og wikier er en endnu mere overbevisende illustration af spontan orden. Når der er mange interagerende individer , opstår et mønster , beslutning, struktur eller retningsændring fra lidelsen .

I økonomi

Aktiemarkedet er et eksempel på fremkomst i stor skala. Generelt regulerer den nøjagtigt de relative priser på værdipapirer i virksomheder rundt om i verden, men den har ikke en leder; når der ikke er nogen central planlægning , er der ingen organisation, der kontrollerer driften af ​​hele markedet. Agenter eller investorer kender kun et begrænset antal virksomheder i deres portefølje og skal følge markedsreguleringer og analysere transaktioner individuelt eller i store grupper. Tendenser og mønstre dukker op og studeres intensivt af tekniske analytikere [19] .

På internettet

World Wide Web er et populært eksempel på et decentraliseret system, der udviser nye egenskaber. Der er ingen centraliseret organisation, der normaliserer antallet af links , men antallet af links, der peger på hver side, følger en magtlov , hvor et lille antal sider har flest links, og de fleste sider har et lille antal links. Men næsten ethvert par sider kan forbindes med hinanden gennem en relativt kort kæde af links. Selvom denne egenskab er relativt velkendt nu, var den oprindeligt uventet i et ureguleret netværk, som bruges sammen med mange andre typer netværk , der har en lille verdensgrafstruktur [20] . Internettrafik kan også udvise nogle nye egenskaber. I en overbelastningskontrolmekanisme kan TCP - strømme synkroniseres globalt ved flaskehalse og samtidig øge og mindske deres gennemstrømning . Netværksoverbelastning , der i vid udstrækning betragtes som en gener, er en ny egenskab ved udbredelsen af ​​netværksflaskehalse i høje trafikstrømme , hvilket kan opfattes som en faseovergang [21] .

Et andet vigtigt eksempel på fremkomsten af ​​websystemer er social bookmarking . I sociale bogmærkesystemer tildeler brugere tags til ressourcer , der deles af andre brugere, hvilket giver anledning til den type informationsorganisation, der er resultatet af denne crowdsourcing -proces . Nylige undersøgelser, der empirisk analyserer den komplekse dynamik i sådanne systemer, har vist, at konsensus om stabile fordelinger og en simpel form for fælles ordforråd opstår selv i fravær af et centralt styret ordforråd [22] . Nogle forskere mener, at det kan skyldes, at de brugere , der bidrager med taggene , bruger samme sprog, og de deler de samme semantiske strukturer , som ligger til grund for valget af ord. Konvergens i sociale tags kan således tolkes som fremkomsten af ​​strukturer, når mennesker, der har en lignende semantisk fortolkning , i fællesskab indekserer online information  - en proces kaldet semantisk imitation forekommer [23] [24] .

I byarkitektur

Emergent strukturer optræder på mange forskellige organisationsniveauer eller som en spontan orden . Emergent selvorganisering forekommer ofte i byer, hvor hverken design eller zoneinddeling forudbestemmer byens layout [25] . Den komplekse undersøgelse af emergent adfærd betragtes normalt ikke som et homogent felt, men er opdelt i anvendte eller problemområder. Arkitekter kan ikke designe alle gangbroer i et bygningskompleks. I stedet kan de tillade mønstre af fodgængeradfærd at dukke op og derefter placere fortovet, hvor de er blevet gående.

Christopher Alexanders arkitektskole tager en dybere tilgang til fremkomsten: den søger at ændre selve processen med byvækst for at påvirke deres form ved at etablere en ny planlægnings- og designmetodologi , der er forbundet med både traditionelle praksisser og nye urbanisme [26] ] . Fremkomsten af ​​byer er også blevet forbundet med teorier om urban kompleksitet [27] og urban evolution [28] .

Bygningsøkologi er den konceptuelle ramme for at forstå arkitektur og det byggede miljø som en grænseflade mellem dynamisk indbyrdes afhængige bygningselementer, deres beboere og miljøet som helhed. I stedet for at se bygninger som livløse eller statiske objekter, kan de ses som grænseflader eller krydsende områder af levende og ikke-levende systemer [29] . Indemiljøets mikrobiologiske økologi er meget afhængig af byggematerialer , beboere, vedligeholdelse, økologisk kontekst og inde- og udendørsklima. Der er en stærk sammenhæng mellem atmosfærisk kemi , indendørs luftkvalitet og indendørs kemiske reaktioner . Kemikalier kan være nærende, neutrale eller biocider til mikroorganismer . Mikrober producerer kemikalier, der kan påvirke byggematerialer og beboernes sundhed og velvære [30] . Mennesker bruger ventilation, kontrollerer temperatur og luftfugtighed for at opnå komfort med den ledsagende effekt på de mikroorganismer , der fylder rummet og formerer sig [31] .

Emergente fænomener i computere er også blevet brugt i arkitektoniske designprocesser, for eksempel til forskning og eksperimenter inden for digital materialitet [32] .

Sprog

Strukturen og regelmæssigheden af ​​sprogens grammatik og sprogændringer er et fremvoksende fænomen. Mens hver taler simpelthen forsøger at nå sine egne kommunikative mål , bruger han sproget på en bestemt måde. Hvis et stort antal talere handler på samme måde, ændres sproget. I bredere forstand kan sprognormer, det vil sige sprogaftaler mellem modersmålstalende, ses som et system, der opstår som følge af langvarig deltagelse i løsning af kommunikationsproblemer under forskellige sociale forhold [33] .

Se også

Noter

  1. ↑ Fremkomst // Komlev N. G. Ordbog over fremmedord . – 2006.
  2. ↑ Corning, Peter (2002), "The Re-Emergence of 'Emergence': A Venerable Concept in Search of a Theory", Complexity , 7 (6): 18-30,
  3. ↑ Steven Johnson. 2001. Emergence: Myrer, hjerner, byers og softwares forbundne liv . New York, NY ISBN 0-684-86875-X .
  4. ↑ Campbell, Neil og Jane B. Reece. biologi . 6. udg. San Francisco: Benjamin Cummings, 2002.
  5. ↑ Anderson, Philip W. (2018-03-09). Grundlæggende begreber om det kondenserede stofs fysik . C.R.C. Tryk.
  6. ↑ Girvin, Steven M.; Yang, Kun (2019-02-28). Moderne kondenseret stoffysik . Cambridge University Press.
  7. ↑ Kivelson, Sophia; Kivelson, Steve (2016). " Definition Emergence in Physics ". NPJ Quantum Materialer . Naturforskning.1.
  8. ↑ Almond, D.P.; Budd, CJ; Freitag, M.A.; Hunt, GW; McCullen, NJ; Smith, N.D. (2013). "Oprindelsen af ​​magt-lov emergent skalering i store binære netværk". Physica A: Statistisk mekanik og dens anvendelser . 392 (4): 1004-1027.
  9. ↑ Laughlin, Robert (2005), A Different Universe: Reinventing Physics from the Bottom Down , Basic Books, ISBN 978-0-465-03828-2 .
  10. ↑ Coleman Piers. Introduktion til mange  kropsfysik . - Cambridge University Press , 2016. - ISBN 978-0-521-86488-6 .
  11. ↑ Anderson Philip W. Grundlæggende begreber om kondenseret stoffysik  : [ eng. ] . — CRC Press, 2018-03-09. - ISBN 978-0-429-97374-1 .
  12. ↑ Girvin Steven M., Yang Kun. Modern Condensed Matter Physics  : [ eng. ] . — Cambridge University Press, 2019-02-28. — ISBN 978-1-108-57347-4 .
  13. ↑ Forstå Emergence (link utilgængeligt) . National Science Foundation. Hentet 30. marts 2012. Arkiveret fra originalen 26. oktober 2012. 
  14. ↑ Levin Michael. Kollokvium: Fotoner og elektroner som nye fænomener  (engelsk)  // Reviews of Modern Physics  : journal. - 2005. - Bd. 77 , nr. 3 . - s. 871-879 . - doi : 10.1103/RevModPhys.77.871 . - . - arXiv : cond-mat/0407140 .
  15. ↑ Tebano Antonello, Fabbri E., Pergolesi D., Balestrino G., Traversa E. Room-Temperature Giant Persistent Photoconductivity in SrTiO3  / LaAlO3 Heterostructures  // ACS Nano : journal. - 2012. - 19. januar ( bind 6 , nr. 2 ). - S. 1278-1283 . - doi : 10.1021/nn203991q . — PMID 22260261 .
  16. ↑ Musser, 2018 , kapitel 6. "The End of Spacetime", s. 226.
  17. ↑ Luhmann, N. (1995). sociale systemer . Stanford: Stanford University Press.
  18. ↑ En rundkørselsvej til at løse Palo Altos Midtown-problemer, af Patrick Siegman: Artikler: Terrain.org . www.terrain.org . Hentet: 25. december 2020.
  19. ↑ Arthur, W. Brian. (2015). Kompleksitet og økonomi . videnskab . 284 . Oxford. pp. 107-9
  20. ↑ Albert, Reka; Jeong, Hawoong; Barabási, Albert-Lászlo (9. september 1999). Diameter af World Wide Web. natur . 401 (6749): 130-131.
  21. ↑ Smith, Reginald D. (2008), "The Dynamics of Internet Traffic: Self-Similarity, Self-Organization, and Complex Phenomena", Advances in Complex Systems , 14 (6): 905-907.
  22. ↑ Valentin Robu, Harry Halpin, Hana Shepherd. Fremkomsten af ​​konsensus og fælles ordforråd i kollaborative tagging-systemer , ACM Transactions on the Web (TWEB), Vol. 3(4), artikel 14, ACM Press, september 2009.
  23. ↑ Fu, Wai-Tat; Kannampallil, Thomas George; Kang, Ruogu (august 2009), " A Semantic Imitation Model of Social Tagging ", Proceedings of the IEEE Conference on Social Computing : 66-72.
  24. ↑ Fu, Wai-Tat; Kannampallil, Thomas; Kang, Ruogu; He, Jibo (2010), "Semantic Imitation in Social Tagging", ACM Transactions on Computer-Human Interaction , 17 (3): 1-37.
  25. ↑ Krugman, Paul (1996), The Self-organizing Economy , Oxford: Blackwell, ISBN978-1-55786-698-1,
  26. ↑ Rejsen til opståen | Emergent Urbanisme . emergenturbanism.com . Hentet: 27. december 2020.
  27. ↑ Batty, Michael (2005), Cities and Complexity , MIT Press.
  28. ↑ Marshall, Stephen (2009), Cities Design and Evolution , Routledge
  29. ↑ Faktaark:   Bygningsøkologi ? . microBEnet: mikrobiologien i Built Environment-netværket (26. maj 2011). Hentet: 27. december 2020.
  30. ↑ BuildingEcology.com - Hal Levin,   redaktør ? . Hentet: 27. december 2020.
  31. ↑ microBEnet: mikrobiologien i det byggede miljø   netværk ? . microBEnet: mikrobiologien i Built Environment-netværket . Hentet: 27. december 2020.
  32. ↑ Roudavski, Stanislav og Gwyllim Jahn (2012). ' Emergent Materiality though an Embedded Multi-Agent System ', i 15th Generative Art Conference, red. af Celestino Soddu (Lucca, Italien: Domus Argenia), s. 348-363.
  33. ↑ Keller, Rudi (1994), On Language Change: The Invisible Hand in Language , London/New York: Routledge.

Litteratur

  • George Masser. Ikke-lokalitet. Et fænomen, der ændrer idéen om rum og tid, og dens betydning for sorte huller, Big Bang og teorier om alting = Musser George. Uhyggelig handling på afstand. - Alpina faglitteratur , 2018. - ISBN 978-5-91671-810-2 .
  • Elfimov G. M. Begrebet "nyt" i teorien om emergent evolution. // Ledelsesrådgivning. SPb., 2009. - Nr. 1. - S. 187-222.
  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier