Vznik

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 30. srpna 2022; kontroly vyžadují 4 úpravy .

Emergence nebo emergence ( anglicky od emergent "vyvstávající, neočekávaně se objevující") [1] v teorii systémů  - přítomnost systému vlastností, které nejsou vlastní jeho komponentám samostatně; neredukovatelnost vlastností systému na součet vlastností jeho složek.

Podobné pojmy v teorii systémů a dalších oblastech poznání jsou synergie , holismus , systémový efekt , superaditivní efekt , nekompozičnost .

Věda o materiálech

Fenomén kompozitních materiálů - u některých kompozitních systémů vede interakce složek k tomu, že ve výsledném materiálu není kvantitativní ukazatel alespoň jedné vlastnosti (například elektrická vodivost, pevnost v tahu apod.) jednoduchým součtem. odpovídajících ukazatelů jednotlivých složek. Například zlepšení pevnostních charakteristik kompozitu z uhlíkových vláken s vytvrzovacími pryskyřicemi ve srovnání s jednotlivými uhlíkovými vlákny.

Vznik v přírodě

Vznikající struktury lze nalézt v mnoha přírodních jevech, od fyzikálních po biologické. Například povětrnostní jevy, jako jsou hurikány , jsou emergentními strukturami. Vývoj a růst komplexně uspořádaných krystalů v důsledku náhodného pohybu molekul vody v příznivém přírodním prostředí je dalším příkladem emergentního procesu, kde náhodnost může vést ke vzniku složitých a velmi zajímavých uspořádaných struktur.

Krystaly vody tvořící se na skle vykazují vynořující se fraktální proces, ke kterému dochází za vhodných teplotních a vlhkostních podmínek . Krystalické struktury a hurikány však procházejí obdobím sebeorganizace.

Je důležité rozlišovat tři formy emergentních struktur. Vznikající struktura prvního řádu je výsledkem interakce forem (například vodíkové vazby v molekulách vody vedou k povrchovému napětí ). Vznikající struktura druhého řádu zahrnuje interakci forem, které se důsledně reprodukují v čase (například změna atmosférických podmínek, když sněhová vločka spadne na zem a změní svůj tvar). A konečně, vznikající struktura třetího řádu je důsledkem tvaru, načasování a zděděných instrukcí. Například genetický kód organismu ovlivňuje tvar tělesných systémů v prostoru a čase.

Biologie

Synergické efekty různého druhu hrají důležitou roli v evolučním procesu obecně a v evoluci spolupráce a složitosti zvláště. Přírodní výběr je často zobrazován jako „mechanismus“ nebo personifikován jako kauzální činitel . Ve skutečnosti je rozdílný „výběr“ vlastnosti 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 kontinuitu generací a změny v přírodě.

V evolučních procesech je kauzalita iterativní; účinky jsou také příčiny . A totéž platí pro synergické efekty vytvářené emergentními systémy. Jinými slovy, vynoření samo je hlavním důvodem evoluce emergentních jevů v biologické evoluci; je to Synergie produkovaná organizovanými systémy, která je klíčem k pochopení tohoto [2] .

Rojení  je dobře známé chování mnoha živočišných druhů, od sarančat po hejnové ryby a hejna ptáků . Vznikající struktury jsou běžnou strategií sdílenou mnoha skupinami zvířat: mravenčí kolonie , termitiště , roje včel , hejna ryb, hejna ptáků a stáda / hejna savců .

V mravenčí kolonii královna nedává přímé příkazy ani neříká mravencům, co mají dělat. Místo toho každý mravenec reaguje na pachové podněty od larev , jiných mravenců, vetřelců, potravy a nahromaděného odpadu a zanechává za sebou chemickou stopu, která zase poskytuje podnět ostatním mravencům. Zde je každý mravenec autonomní jednotkou, která reaguje pouze na své místní prostředí a geneticky zakódovaná pravidla pro svůj druh mravence. Navzdory nedostatku centralizovaného rozhodování vykazují mravenčí kolonie složité chování a dokonce prokázaly schopnost řešit geometrické problémy. Například kolonie obvykle nacházejí maximální vzdálenost od všech vchodů do kolonie, aby se zbavily mrtvých těl [3] .

Organizace života

Širší příklad vznikajících vlastností v biologii je vidět v biologické organizaci života , od subatomární úrovně až po úroveň celé biosféry . Jednotlivé atomy mohou být například kombinovány za vzniku molekul , jako jsou polypeptidové řetězce , které se skládají a skládají za vzniku proteinů , které zase vytvářejí ještě složitější struktury. Tyto proteiny, za předpokladu jejich funkčního stavu z jejich prostorové konformace, interagují mezi sebou a s jinými molekulami, aby dosáhly vyšších biologických funkcí a nakonec vytvořily organismus . Dalším příkladem je, jak kaskádové fenotypové reakce podrobně popsané v teorii chaosu vznikají z individuálních genů mutujících na příslušné pozici [4] . Na nejvyšší úrovni tvoří všechna biologická společenství na světě biosféru , kde její lidští členové utvářejí společnosti a komplexní interakce sociálních systémů , jako je akciový trh .

Neživé fyzické systémy

Ve fyzice se emergence používá k popisu vlastnosti, zákona nebo jevu, který se vyskytuje na makroskopických měřítcích (v prostoru nebo čase), ale ne na mikroskopických , a to navzdory skutečnosti, že makroskopický systém lze považovat za velmi velký soubor mikroskopických systémy [5] . Vynořující se vlastnost nemusí být složitější než základní nevynořující se vlastnosti, které ji vyvolávají. Například zákony termodynamiky jsou pozoruhodně jednoduché, i když zákony, jimiž se řídí interakce mezi jednotlivými částicemi, jsou složité. Pojem „vznik“ se tedy ve fyzice nepoužívá k označení složitosti, ale spíše k rozlišení, které zákony a pojmy platí pro makroskopická měřítka a které pro mikroskopická [6] .

Jiný, možná šířeji použitelný způsob chápání emergentní separace však zahrnuje určitý stupeň složitosti, protože numerická možnost přechodu od mikroskopické k makroskopické vlastnosti hovoří o „síle“ emergence. To je lépe pochopitelné, když vezmeme v úvahu následující definici z fyziky:

„Emergentní chování fyzikálního systému je kvalitativní vlastnost, která se může odehrávat pouze v limitu, kdy se počet mikroskopických složek blíží nekonečnu [7] “. Ale protože ve skutečném světě ve skutečnosti neexistují žádné nekonečné systémy, neexistuje žádná zřejmá přirozená představa o pevném oddělení mezi vlastnostmi složek systému a vlastnostmi vznikajícího celku. Předpokládá se, že klasická mechanika pochází z kvantové mechaniky , v principu kvantová dynamika kompletně popisuje vše, co se děje na klasické úrovni. Popsat pohyb padajícího jablka z hlediska uspořádání jeho elektronů by však vyžadovalo počítač větší než je velikost vesmíru , s více časem na výpočet, než je životnost vesmíru. Lze to tedy považovat za „silné“ emergentní oddělení.

Příklady vzniku ve fyzických systémech:

Teplota se někdy používá jako příklad emergentního makroskopického chování. V klasické dynamice snímku stačí okamžitá hybnost velkého množství částic v rovnováze k nalezení průměrné kinetické energie na stupeň volnosti úměrné teplotě. Pro malý počet částic nejsou okamžité impulsy v daném časovém okamžiku statisticky dostatečné k určení teploty systému. Při použití ergodické hypotézy však lze teplotu zjistit s libovolnou přesností dalším zprůměrováním pulzů po dostatečně dlouhou dobu.

Konvekce v kapalině nebo plynu  je dalším příkladem vznikajícího makroskopického chování, které má smysl pouze při zvážení teplotních rozdílů. Konvekční buňky, zejména Bénardovy buňky , jsou příkladem samoorganizujícího se systému nebo disipativního systému , jehož struktura je určena jak omezeními systému, tak náhodnými poruchami: možné realizace tvaru a velikosti buněk závisí na na teplotním gradientu , jakož i na povaze tekutiny a tvaru nádoby, ale které konfigurace jsou skutečně realizovány, je určeno náhodnými odchylkami. Tyto systémy tedy vykazují porušení symetrie .

Podle Laughlina pro mnoho částicových systémů nelze nic přesně vypočítat z mikroskopických rovnic a makroskopické systémy se vyznačují porušenou symetrií: symetrie přítomná v mikroskopických rovnicích v makroskopickém systému chybí kvůli fázovým přechodům [9] . Výsledkem je, že tyto makroskopické systémy jsou popsány ve své vlastní terminologii a mají vlastnosti nezávislé na mnoha mikroskopických detailech. To neznamená, že na mikroskopických interakcích nezáleží, jen je už nevidíte – vidíte pouze jejich renormalizovaný efekt. Laughlin klade pragmatickou otázku: pokud možná nikdy nebudete schopni vypočítat makroskopické vlastnosti porušené symetrie z mikroskopických rovnic, jaký pak má smysl mluvit o redukovatelnosti?

Fyzika kondenzovaných látek

Teoretické chápání fyziky kondenzovaných látek úzce souvisí s konceptem emergence, ve kterém se řada částic chová zcela jinak než její jednotlivé složky [10] . Tento termín se používá k popisu zákona nebo jevu, který se projevuje na makroskopické úrovni, nikoli však na mikroskopické úrovni, a to navzdory skutečnosti, že makroskopický systém je reprezentován jako soubor mikroskopických systémů [11] [12]

Například řada jevů spojených s vysokoteplotní supravodivostí je špatně pochopena, ačkoliv mikroskopická fyzika jednotlivých elektronů a mřížek je dobře známa [13] . Podobně byly studovány modely systémů kondenzované hmoty, ve kterých se kolektivní excitace chovají jako fotony a elektrony , čímž se elektromagnetismus popisuje jako nově vznikající jev [14] . Emergentní vlastnosti se mohou objevit i na rozhraní materiálů: jedním příkladem je rozhraní hlinitanu lanthanitého a titaničitanu strontnatého , kde jsou spojeny dva nemagnetické izolanty za účelem vytvoření vodivosti, supravodivosti a feromagnetismu [15] .

Kvantová fyzika

V některých teoriích částicové fyziky jsou dokonce základní struktury, jako je hmota , prostor a čas , považovány za objevující se jevy vyplývající ze zásadnějších pojmů, jako je Higgsův boson nebo struny . V některých interpretacích kvantové mechaniky je vnímání deterministické reality, ve které mají všechny objekty určitou polohu , hybnost atd ., ve skutečnosti emergentním jevem, přičemž skutečný stav hmoty je popsán vlnovou funkcí , která nemusí nutně mít jediná poloha nebo hybnost. Na chemii lze zase nahlížet jako na vynořující se vlastnost fyzikálních zákonů. Na biologii (včetně evoluční teorie ) lze pohlížet jako na vznikající vlastnost zákonů chemie. Podobně lze psychologii chápat jako emergentní vlastnost neurobiologických zákonitostí. Konečně, některé ekonomické teorie chápou ekonomii jako vznikající rys psychologie.

Podle filozofky Jenanne Ismael , abychom porozuměli fenoménu lokality a nelokality v kvantové fyzice , měli bychom uvažovat o prostoru jako o emergentní struktuře [16] :

…musíme se dívat na prostor, jak ho známe – na každodenní prostor, ve kterém posuzujeme dimenze v jeho různých částech – jako na vznikající strukturu . Možná, že když se podíváme na dvě části, vidíme stejnou událost. Interagujeme se stejným kusem reality z různých částí vesmíru.

Vznik ve společnosti

Spontánní objednávka

Skupiny lidí ponechané samy sobě mají tendenci vytvářet spontánní řád , spíše než bezduchý chaos , kterého se často obáváme. V lidské společnosti byl pozorován přinejmenším od doby Chuang Tzu ve staré Číně . Lidé jsou základními prvky sociálních systémů , které se neustále ovlivňují a vytvářejí, udržují nebo ukončují sociální vazby [17] . Sociální vazby v sociálních systémech se neustále mění ve své struktuře. Dobrým příkladem je kruhový objezd , kam auta vjíždějí a vyjíždějí s tak efektivní organizací, že některá moderní města začala nahrazovat semafory na problematických křižovatkách kruhovými a dosahují lepších výsledků [18] . Open source software a wiki jsou ještě přesvědčivějším příkladem spontánního řádu. Kdykoli existuje mnoho interagujících jedinců , z poruchy se vynoří vzorec , rozhodnutí, struktura nebo změna směru .

V ekonomii

Akciový trh je příkladem vzniku ve velkém měřítku. Obecně přesně reguluje relativní ceny cenných papírů společností po celém světě, ale nemá lídra; když neexistuje centrální plánování , neexistuje žádná organizace, která by kontrolovala fungování celého trhu. Agenti nebo investoři znají pouze omezený počet společností ve svém portfoliu a musí dodržovat tržní předpisy a analyzovat transakce jednotlivě nebo ve velkých skupinách. Trendy a vzorce se objevují a jsou intenzivně studovány technickými analytiky [19] .

Na internetu

World Wide Web je oblíbeným příkladem decentralizovaného systému, který vykazuje nové vlastnosti. Neexistuje žádná centralizovaná organizace, která by normalizovala počet odkazů , ale počet odkazů směřujících na každou stránku se řídí mocenským zákonem , ve kterém malý počet stránek má nejvíce odkazů a většina stránek má malý počet odkazů. Téměř libovolnou dvojici stránek však lze vzájemně propojit pomocí relativně krátkého řetězce odkazů. I když je tato vlastnost nyní poměrně dobře známá, byla původně neočekávaná v neregulované síti, která se používá ve spojení s mnoha dalšími typy sítí , které mají strukturu malého světového grafu [20] . Internetový provoz může také vykazovat některé naléhavé vlastnosti. V mechanismu řízení zahlcení mohou být toky TCP globálně synchronizovány na úzkých místech a současně zvyšovat a snižovat jejich propustnost . Přetížení sítě , obecně považované za obtíž, je nově vznikající vlastností šíření úzkých hrdel sítě ve vysokých provozních tocích , což lze považovat za fázový přechod [21] .

Dalším důležitým příkladem vzniku webového systému je social bookmarking . V systémech sociálních záložek uživatelé přiřazují značky zdrojům sdíleným jinými uživateli, což vede k typu organizace informací, která je výsledkem tohoto procesu crowdsourcingu . Nedávné studie, které empiricky analyzují komplexní dynamiku takových systémů, ukázaly, že konsenzus o stabilních distribucích a jednoduché formě sdílených slovníků se objevuje i při absenci centrálně řízeného slovníku [22] . Někteří výzkumníci se domnívají, že to může být způsobeno tím, že uživatelé , kteří tagy přispívají, používají stejný jazyk a sdílejí stejné sémantické struktury , které jsou základem výběru slov. Konvergenci v sociálních značkách lze tedy interpretovat jako vznik struktur, kdy lidé, kteří mají podobnou sémantickou interpretaci , společně indexují online informace  – dochází k procesu zvanému sémantická imitace [23] [24] .

V městské architektuře

Vznikající struktury se objevují na mnoha různých úrovních organizace nebo jako spontánní řád . K naléhavé samoorganizaci často dochází ve městech, kde ani design, ani zonace nepředurčují uspořádání města [25] . Komplexní studium emergentního chování se obvykle nepovažuje za homogenní obor, ale dělí se na aplikované nebo problémové oblasti. Architekti nemohou navrhnout všechny chodníky v rámci komplexu budov. Místo toho mohou dovolit , aby se objevily vzorce chování chodců , a poté umístit chodník tam, kde se procházeli.

Architektonická škola Christophera Alexandra zaujímá hlubší přístup ke vzniku: snaží se změnit samotný proces růstu měst , aby ovlivnila jejich podobu, zavádí novou metodologii plánování a navrhování , která je spojena jak s tradičními postupy, tak s nastupujícím urbanismem [26 ] . Vznik měst byl také spojován s teoriemi městské komplexity [27] a městské evoluce [28] .

Stavební ekologie je koncepčním rámcem pro pochopení architektury a zastavěného prostředí jako rozhraní mezi dynamicky na sobě závislými stavebními prvky, jejich obyvateli a prostředím jako celkem. Namísto toho, abychom na budovy nahlíželi jako na neživé nebo statické objekty, lze je vnímat jako rozhraní nebo protínající se oblasti živých a neživých systémů [29] . Mikrobiologická ekologie vnitřního prostředí je vysoce závislá na stavebních materiálech , obyvatelích, údržbě, ekologickém kontextu a vnitřním a venkovním klimatu. Mezi atmosférickou chemií , kvalitou vnitřního vzduchu a vnitřními chemickými reakcemi existuje silný vztah . Chemikálie mohou být výživné, neutrální nebo biocidy pro mikroorganismy . Mikrobi produkují chemikálie, které mohou ovlivnit stavební materiály a zdraví a pohodu obyvatel [30] . Lidé používají ventilaci, regulují teplotu a vlhkost, aby dosáhli pohodlí se současným účinkem na mikroorganismy , které zaplňují místnost a množí se [31] .

Emergentní jevy v počítačích byly také využity v procesech architektonického navrhování, například pro výzkum a experimentování v oblasti digitální materiality [32] .

Jazyk

Struktura a pravidelnost gramatiky jazyků a jazykové změny jsou objevujícím se fenoménem. Zatímco každý mluvčí se jednoduše snaží dosáhnout svých vlastních komunikačních cílů , používá jazyk určitým způsobem. Pokud se stejným způsobem chová velký počet mluvčích, jazyk se mění. V širším smyslu lze jazykové normy, tedy jazykové dohody mezi rodilými mluvčími, chápat jako systém, který vzniká v důsledku dlouhodobé účasti na řešení komunikačních problémů v různých společenských podmínkách [33] .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Vznik // Komlev N. G. Slovník cizích slov . — 2006.
  2. ↑ Corning, Peter (2002), "Opětovné vynoření 'Emergence': Ctihodný koncept při hledání teorie", Complexity , 7 (6): 18-30,
  3. ↑ Steven Johnson. 2001. Vznik: Propojené životy mravenců, mozků, měst a softwaru . New York, NY ISBN 0-684-86875-X .
  4. ↑ Campbell, Neil a Jane B. Reece. biologie . 6. vyd. San Francisco: Benjamin Cummings, 2002.
  5. ↑ Anderson, Philip W. (2018-03-09). Základní pojmy fyziky kondenzovaných látek . C.R.C. Press.
  6. ↑ Girvin, Steven M.; Yang, Kun (28. 2. 2019). Moderní fyzika kondenzovaných látek . Cambridge University Press.
  7. ↑ Kivelson, Sophia; Kivelson, Steve (2016). „ Definování vzniku ve fyzice “. NPJ kvantové materiály . Výzkum přírody.1.
  8. ↑ Mandle, D.P.; Budd, CJ; Freitag, M. A.; Hunt, GW; McCullen, NJ; Smith, N. D. (2013). „Původ power-law emergentního škálování ve velkých binárních sítích“. Physica A: Statistická mechanika a její aplikace . 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. Úvod do  fyziky mnoha těles . - Cambridge University Press , 2016. - ISBN 978-0-521-86488-6 .
  11. ↑ Anderson Philip W. Základní pojmy fyziky kondenzovaných látek  : [ eng. ] . — CRC Press, 2018-03-09. - ISBN 978-0-429-97374-1 .
  12. ↑ Girvin Steven M., Yang Kun. Moderní fyzika kondenzovaných látek  : [ eng. ] . — Cambridge University Press, 2019-02-28. — ISBN 978-1-108-57347-4 .
  13. ↑ Pochopení Emergence (odkaz není k dispozici) . Národní vědecká nadace. Získáno 30. března 2012. Archivováno z originálu dne 26. října 2012. 
  14. ↑ Levin Michael. Kolokvium: Fotony a elektrony jako emergentní jevy  (anglicky)  // Reviews of Modern Physics  : journal. - 2005. - Sv. 77 , č. 3 . - str. 871-879 . - doi : 10.1103/RevModPhys.77.871 . - . - arXiv : cond-mat/0407140 .
  15. ↑ Tebano Antonello, Fabbri E., Pergolesi D., Balestrino G., Traversa E. Obří perzistentní fotovodivost při pokojové teplotě v heterostrukturách SrTiO3  / LaAlO3  // ACS Nano : deník. - 2012. - 19. ledna ( roč. 6 , č. 2 ). - S. 1278-1283 . - doi : 10.1021/nn203991q . — PMID 22260261 .
  16. ↑ Musser, 2018 , Kapitola 6. „Konec časoprostoru“, s. 226.
  17. ↑ Luhmann, N. (1995). sociální systémy . Stanford: Stanford University Press.
  18. ↑ Kruhový objezd, jak vyřešit problémy středního města Palo Alto, Patrick Siegman: Články: Terrain.org . www.terrain.org . Staženo: 25. prosince 2020.
  19. ↑ Arthur, W. Brian. (2015). Složitost a ekonomika . věda . 284 . Oxford. str. 107-9
  20. ↑ Albert, Řeka; Jeong, Hawoong; Barabási, Albert-Lászlo (9. září 1999). Průměr World-Wide Web. příroda . 401 (6749): 130-131.
  21. ↑ Smith, Reginald D. (2008), "Dynamika internetového provozu: sebepodobnost, sebeorganizace a složité jevy", Advances in Complex Systems , 14 (6): 905-907.
  22. ↑ Valentin Robu, Harry Halpin, Hana Shepherd. Vznik konsensu a sdílených slovníků v kolaborativních značkovacích systémech , ACM Transactions on the Web (TWEB), sv. 3(4), článek 14, ACM Press, září 2009.
  23. ↑ Fu, Wai-Tat; Kannampalil, Thomas George; Kang, Ruogu (srpen 2009), " A Semantic Imitation Model of Social Tagging ", Sborník z konference IEEE o sociálních počítačích : 66-72.
  24. ↑ Fu, Wai-Tat; Kannampalil, Thomas; Kang, Ruogu; He, Jibo (2010), "Sémantická imitace v sociálním značkování", 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. ↑ Cesta k vynoření | Vznikající urbanismus . emergenturbanism.com . Staženo: 27. prosince 2020.
  27. ↑ Batty, Michael (2005), Města a složitost , MIT Press.
  28. ↑ Marshall, Stephen (2009), Cities Design and Evolution , Routledge
  29. ↑ Fakta: Stavební   ekologie ? . microBEnet: mikrobiologie sítě Built Environment (26. května 2011). Staženo: 27. prosince 2020.
  30. ↑ BuildingEcology.com - Hal Levin,   redaktor ? . Staženo: 27. prosince 2020.
  31. ↑ microBEnet: mikrobiologie   sítě Built Environment ? . microBEnet: mikrobiologie sítě Built Environment . Staženo: 27. prosince 2020.
  32. ↑ Roudavski, Stanislav a Gwyllim Jahnovi (2012). ' Emergent Materiality through an Embedded Multi-Agent System ', v 15th Generative Art Conference, ed. od Celestino Soddu (Lucca, Itálie: Domus Argenia), str. 348-363.
  33. ↑ Keller, Rudi (1994), On Language Change: The Invisible Hand in Language , London/New York: Routledge.

Literatura

  • George Masser. Nelokálnost. Fenomén, který mění představu o prostoru a čase a jeho význam pro černé díry, Velký třesk a teorie všeho = Musser George. Strašidelná akce na dálku. - Alpina literatura faktu , 2018. - ISBN 978-5-91671-810-2 .
  • Elfimov G. M. Koncept „nového“ v teorii emergentní evoluce. // Manažerské poradenství. SPb., 2009. - č. 1. - S. 187-222.
  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie