Введение

Непредсказуемое явление в сложных системах

В философии, теории систем, науке и искусстве эмерджентность возникает, когда сложная сущность обладает свойствами или поведением, которыми её части не обладают по отдельности, и проявляется только при их взаимодействии в более широком целом. Эмерджентность играет центральную роль в теориях интегративных уровней и теории сложных систем. Например, феномен жизни, изучаемый в биологии, является эмерджентным свойством химии и квантовой физики. В философии теории, акцентирующие внимание на эмерджентных свойствах, называют эмерджентизмом. Среди многочисленных учёных и философов, писавших об этой концепции, – Джон Стюарт Милль («Состав причин», 1843) и Джулиан Хаксли (1887–1975). Философ Г. Х. Льюз ввёл термин «эмерджентный» в 1875 году, отличая его от простого «результирующего»: каждый результирующий эффект является либо суммой, либо разностью совместно действующих сил; их суммой, когда направления совпадают, и их разностью, когда направления противоположны. Более того, каждый результирующий эффект чётко прослеживается в его компонентах, поскольку они однородны и соизмеримы. Иначе обстоит дело с эмерджентными свойствами, когда вместо сложения измеримого движения с измеримым движением или вещей одного рода с другими представителями того же рода происходит взаимодействие вещей различного рода. Эмерджентное свойство несхоже со своими компонентами, поскольку они несоизмеримы, и его нельзя свести к их сумме или разности.

Сильное и слабое появление

Использование понятия «эмерджентность» (возникновение) обычно подразделяется на два подхода: «слабая эмерджентность» и «сильная эмерджентность». Одна из работ, посвященных этому разделению, – «Слабая эмерджентность» философа Марка Бедау. В отношении физических систем, слабая эмерджентность – это тип эмерджентности, при котором эмерджентное свойство поддается компьютерному моделированию или аналогичным формам последующего анализа (например, образование пробки, структура стаи птиц в полете или косяка рыб, или формирование галактик). Важно, чтобы во время этих симуляций взаимодействующие элементы сохраняли свою независимость. В противном случае формируется новая сущность с новыми эмерджентными свойствами: это называется сильной эмерджентностью, и утверждается, что ее нельзя смоделировать, проанализировать или свести к составляющим. Дэвид Чалмерс отмечает, что эмерджентность часто вызывает путаницу в философии и науке из-за неспособности разграничить сильную и слабую эмерджентность, которые являются «совершенно разными концепциями». Общим для обоих подходов является то, что эмерджентность связана с появлением новых свойств по мере роста системы, то есть свойств, не свойственных ее компонентам или предыдущим состояниям. Также предполагается, что эти свойства супервенируют, а не являются метафизически первичными. Слабая эмерджентность описывает новые свойства, возникающие в системах в результате взаимодействий на фундаментальном уровне. Однако Бедау подчеркивает, что свойства можно определить только путем наблюдения или моделирования системы, а не посредством редукционистского анализа. Следовательно, эмерджентные свойства зависят от масштаба: они наблюдаются только в том случае, если система достаточно велика, чтобы проявлять данное явление. Хаотичное, непредсказуемое поведение можно рассматривать как эмерджентное явление, в то время как на микроскопическом уровне поведение составляющих частей может быть полностью детерминированным. Бедау отмечает, что слабая эмерджентность не является универсальным метафизическим решением, поскольку гипотеза о слабой эмерджентности сознания не разрешит традиционные философские вопросы о физической природе сознания. Однако Бедау заключает, что принятие этого взгляда позволит сформулировать точное представление о вовлеченности эмерджентности в сознание и, во-вторых, что понятие слабой эмерджентности метафизически безопасно. Сильная эмерджентность описывает прямое причинное воздействие системы высокого уровня на ее компоненты; качества, возникающие таким образом, несводимы к составным частям системы. Целое отличается от суммы его частей. Утверждается, что любое моделирование такой системы невозможно, поскольку само моделирование будет представлять собой сведение системы к ее составляющим. В физике нет общепризнанных примеров сильной эмерджентности, если только это не интерпретируется как практическая невозможность объяснить целое в терминах его частей. Практическая невозможность может быть более полезным разграничением, чем принципиальная, поскольку ее легче определить и количественно оценить, и она не предполагает использования таинственных сил, а лишь отражает границы наших возможностей.

Жизнеспособность сильного появления

Некоторые мыслители ставят под сомнение правдоподобность сильной эмерджентности, поскольку она противоречит нашему обычному пониманию физики. Марк А. Беду отмечает:

Сильную эмерджентность можно критиковать за то, что она приводит к причинной переопределённости. Классический пример касается эмерджентных ментальных состояний (M и M*) которые супервенируют на физические состояния (P и P*) соответственно. Пусть M и M* – эмерджентные свойства. Пусть M* супервенирует на базовое свойство P*. Что происходит, когда M вызывает M*? Яегвон Ким говорит:

В нашем схематическом примере выше мы заключили, что M вызывает M*, вызывая P*. Таким образом, M вызывает P*. Теперь, M, как эмерджентное явление, должно само иметь базовое свойство эмерджентности, скажем, P. Теперь мы сталкиваемся с ключевым вопросом: если эмерджентное явление M возникает из базового состояния P, почему P не может вытеснить M как причину любого предполагаемого эффекта M? Почему P не может полностью объяснить, почему произошел какой-либо предполагаемый эффект M? Если причинность понимается как номологическая (основанная на законах) достаточность, то P, как база эмерджентности M, номологически достаточна для него, а M, как причина P*, номологически достаточна для P*. Следовательно, P номологически достаточна для P* и, следовательно, может считаться его причиной. Если M каким-то образом сохраняется как причина, мы сталкиваемся с крайне маловероятным следствием, что каждый случай нисходящей причинности включает в себя переопределённость (поскольку P остаётся причиной P*). Более того, это в любом случае противоречит духу эмерджентизма: предполагается, что эмердженты вносят отличный и новый причинный вклад. Если M является причиной M*, то M* переопределена, поскольку M* также можно рассматривать как определяемую P. Один из путей выхода, который мог бы выбрать сторонник сильной эмерджентности, – это отрицание нисходящей причинности. Однако это устранило бы предполагаемую причину, по которой эмерджентные ментальные состояния должны супервенировать на физические состояния, что, в свою очередь, поставило бы под сомнение физикализм и, следовательно, было бы неприемлемо для некоторых философов и физиков.

Объективное или субъективное качество

Кратчфилд рассматривает свойства сложности и организованности любой системы как субъективные качества, определяемые наблюдателем. Определение структуры и выявление возникновения сложности в природе по своей сути субъективны, хотя и являются важными научными задачами. Несмотря на трудности, эти проблемы можно анализировать с точки зрения того, как наблюдатели, строящие модели, выводят из измерений информацию о вычислительных возможностях, заложенных в нелинейных процессах. Представление наблюдателя о том, что является упорядоченным, случайным или сложным в его окружении, напрямую зависит от его вычислительных ресурсов: объема исходных данных измерений, объема памяти и времени, доступного для оценки и логического вывода. Однако обнаружение структуры в окружающей среде зависит еще более критично и тонко от организации этих ресурсов. Например, описательная сила выбранного (или подразумеваемого) класса вычислительных моделей наблюдателя может являться решающим фактором при поиске закономерностей в данных. Низкая энтропия упорядоченной системы может рассматриваться как пример субъективного возникновения: наблюдатель воспринимает систему как упорядоченную, игнорируя лежащую в основе микроструктуру (то есть движение молекул или элементарных частиц) и заключает, что система обладает низкой энтропией. С другой стороны, хаотичное, непредсказуемое поведение также может восприниматься как субъективное возникновение, в то время как на микроскопическом уровне движение составляющих частей может быть полностью детерминированным.

В науке

В физике, эмерджентность используется для описания свойства, закона или явления, которое возникает в макроскопических масштабах (в пространстве или времени), но не наблюдается в микроскопических масштабах, несмотря на то, что макроскопическую систему можно рассматривать как очень большой ансамбль микроскопических систем. Эмерджентное поведение физической системы – это качественное свойство, которое может проявиться лишь в пределе, когда число микроскопических составляющих стремится к бесконечности. По словам Роберта Лофлина, для многих многочастичных систем невозможно точно вычислить что-либо из микроскопических уравнений, а макроскопические системы характеризуются нарушенной симметрией: симметрия, присутствующая в микроскопических уравнениях, отсутствует в макроскопической системе из-за фазовых переходов. В результате, эти макроскопические системы описываются собственной терминологией и обладают свойствами, не зависящими от множества микроскопических деталей. Писатель Артур Кестлер использовал метафору Януса (символ единства, лежащего в основе взаимодополняющих понятий, таких как открыто/закрыто, мир/война), чтобы проиллюстрировать, как две перспективы (сильная/слабая или холистическая/редукционистская) следует рассматривать как неисключающие друг друга и как они должны взаимодействовать для решения проблем эмерджентности. Теоретический физик П.В. Андерсон выражает это следующим образом:

Тем временем, другие работали над разработкой аналитических доказательств сильной эмерджентности. Методы перенормировки в теоретической физике позволяют физикам изучать критические явления, которые не поддаются анализу как комбинация их частей. В 2009 году Gu и др. представили класс бесконечных физических систем, демонстрирующих невычислимые макроскопические свойства. Точнее, если бы можно было вычислить определенные макроскопические свойства этих систем из микроскопического описания, то можно было бы решить вычислительные задачи, известные как неразрешимые в информатике. Эти результаты относятся к бесконечным системам, в то время как конечные системы считаются вычислимыми. Однако макроскопические концепции, применимые только в пределе бесконечных систем, такие как фазовые переходы и группа перенормировки, важны для понимания и моделирования реальных, конечных физических систем. Gu и др. заключили, что

Несмотря на то, что макроскопические концепции необходимы для понимания нашего мира, значительная часть фундаментальной физики была посвящена поиску «теории всего» – набора уравнений, которые идеально описывают поведение всех фундаментальных частиц. Взгляд на то, что это является целью науки, частично основан на предположении, что такая теория позволит нам вывести поведение всех макроскопических концепций, по крайней мере, в принципе. Представленные нами данные позволяют предположить, что этот взгляд может быть чрезмерно оптимистичным. «Теория всего» – это лишь один из многих компонентов, необходимых для полного понимания Вселенной, и не обязательно единственный. Разработка макроскопических законов из первых принципов может включать в себя нечто большее, чем просто систематическую логику, и может потребовать гипотез, предложенных экспериментами, симуляциями или интуицией. Ранний аргумент (1904–1905) в пользу эмерджентности социальных образований можно найти в самой известной работе Макса Вебера «Протестантская этика и дух капитализма». В последнее время эмерджентность новой социальной системы связывают с возникновением порядка из нелинейных взаимосвязей между множеством взаимодействующих единиц, где взаимодействующими единицами являются отдельные мысли, сознание и действия. В лингвистике концепция эмерджентности применяется в области стилометрии для объяснения взаимосвязи между синтаксическими структурами текста и стилем автора (Слаутина, Марусенко, 2014). Также утверждается, что структура и регулярность языковой грамматики, или, по крайней мере, языковые изменения, являются эмерджентным явлением. Хотя каждый говорящий просто стремится достичь своих коммуникативных целей, он использует язык определенным образом. Если достаточное количество говорящих ведет себя таким образом, язык меняется. В более широком смысле, нормы языка, то есть языковые конвенции его речевого сообщества, можно рассматривать как систему, возникающую в результате длительного участия в решении коммуникативных задач в различных социальных обстоятельствах. Экономические тенденции и закономерности, которые возникают, интенсивно изучаются экономистами. В области групповой фасилитации и организационного развития было разработано ряд новых групповых процессов, предназначенных для максимизации эмерджентности и самоорганизации путем предоставления минимального набора эффективных начальных условий. Примерами этих процессов являются SEED SCALE, appreciative inquiry, Future Search, world cafe или knowledge cafe, Open Space Technology и другие (Holman, 2010). В международном развитии концепции эмерджентности использовались в теории социальных изменений, называемой SEED SCALE, для демонстрации того, как стандартные принципы взаимодействуют для продвижения социально-экономического развития, соответствующего культурным ценностям, местной экономике и природной среде (местные решения, возникающие из более широкой социально-экономической биосферы). Эти принципы могут быть реализованы с использованием последовательности стандартизированных задач, которые самоорганизуются индивидуально специфическими способами, используя рекурсивные оценочные критерии.

В технологии

Общий проводящий отклик бинарных (RC) электрических сетей со случайным расположением, известный как универсальный диэлектрический отклик (UDR), можно рассматривать как эмерджентные свойства таких физических систем. Подобные расположения могут использоваться в качестве простых физических прототипов для вывода математических формул, описывающих эмерджентные отклики сложных систем. Интернет-трафик также может демонстрировать некоторые кажущиеся эмерджентными свойства. В механизме управления перегрузками TCP-потоки могут глобально синхронизироваться в узких местах, одновременно увеличивая и затем уменьшая пропускную способность согласованно. Перегрузка, часто рассматриваемая как нежелательное явление, возможно, является эмерджентным свойством распространения узких мест по сети при интенсивном трафике, что можно рассматривать как фазовый переход. Некоторые приложения искусственного интеллекта (ИИ) моделируют эмерджентное поведение. Одним из примеров является Boids, имитирующий стайное поведение птиц.

В религии и искусстве

В религии концепция эмерджентности (возникновения) лежит в основе религиозного натурализма и синтеизма, в которых ощущение священного переживается в функционировании исключительно натуралистических процессов, посредством которых более сложные формы возникают или эволюционируют из более простых. Примеры подробно описаны в книгах "Священное возникновение природы" Урсулы Гудено и Терренса Дикона, и "За пределами редукционизма: переосмысление священного" Стюарта Кауфмана (обе 2006 года), а также в "Синтеизм – Создание Бога в эпоху Интернета" Александра Барда и Яна Содерквиста (2014 год) и "Эмергентизм: религия сложности для метамодерного мира" Брендана Грэма Демпси (2022 год). Майкл Дж. Пирс использовал эмерджентность для описания восприятия произведений искусства в контексте современной нейробиологии. Художник Леонель Мура, в свою очередь, приписывает своим "артботам" подлинное, хотя и элементарное, творчество, основанное на эмерджентных принципах.