Comportament emergent

Formarea complexelor simetrice și fractale în cristalele de zăpadă exemplifică comportamentul emergent într-un sistem fizic

În teoria complexității , comportamentul emergent este situația în care un sistem complex prezintă proprietăți macroscopice bine definite, dificil de prezis pe baza legilor care guvernează componentele sale luate individual, decurgând astfel din interacțiunile liniare și neliniare dintre componentele în sine ^[1] : deși este mai ușor de găsit în sistemele de organisme vii sau indivizi sociali sau chiar în sistemele economice, spre deosebire de o credință răspândită astăzi, situația de urgență se manifestă și în contexte mult mai elementare, cum ar fi fizica particulelor ^{[2 ]} și fizica atomică ^[3] .

Poate fi de asemenea definit ca procesul de formare a unor scheme complexe pornind de la reguli mai simple și un exemplu poate fi obținut observând jocul vieții lui John Conway , în care câteva reguli simple fixate pentru câțiva indivizi de bază pot duce la evoluții foarte complexe. . În ciuda imprevizibilității comportamentului emergent, într-un sistem determinist , dacă nu provine din interacțiunea mediului, este o consecință directă a stării inițiale a sistemului.

Descriere

O movilă în formă de „catedrală” produsă de o colonie de termite oferă un exemplu clasic de structură emergentă în natură

Proprietăți emergente

Un comportament emergent sau o proprietate emergentă poate apărea atunci când o serie de entități simple (agenți) operează într-un mediu, dând naștere unor comportamente mai complexe ca colectivitate. Proprietatea în sine nu este ușor previzibilă și reprezintă un nivel ulterior de evoluție al sistemului. Comportamentele complexe nu sunt proprietăți ale entităților individuale și nu pot fi ușor recunoscute sau deduse din comportamentul entităților de nivel inferior. Forma și comportamentul unei turme de păsări sau a unei școli de pești sunt exemple bune de proprietate emergentă.

Unul dintre motivele pentru care apare un comportament emergent este acela că numărul interacțiunilor dintre componentele unui sistem crește combinator cu numărul de componente, permițând apariția potențială a unor tipuri noi și mai subtile de comportament.

Pe de altă parte, un număr mare de interacțiuni nu este în niciun caz suficient pentru a produce un comportament emergent, deoarece multe interacțiuni pot fi irelevante sau se pot anula reciproc. În general, un număr mare de interacțiuni pot contracara apariția unor comportamente interesante, creând un „ zgomot de fond ” puternic care poate „reduce la tăcere” orice semnal de urgență; comportamentul emergent poate fi necesar, în acest caz, să fie temporar izolat de alte interacțiuni, ajungând în același timp la o masă critică care se autosusține.

Prin urmare, se remarcă faptul că nu numai numărul de conexiuni dintre componente este cel care încurajează apariția, ci și organizarea acestor conexiuni. O organizație ierarhică este un exemplu care poate genera un comportament emergent (o birocrație se poate comporta diferit de cea a indivizilor umani din cadrul ei); dar comportamentul emergent poate apărea și din structuri organizaționale mai descentralizate, cum ar fi o piață . În unele cazuri, sistemul trebuie să atingă un anumit prag de combinații de diversitate, organizare și conectivitate înainte ca un comportament emergent să apară.

Aparent, sistemele cu proprietăți emergente sau structuri emergente par să depășească principiul entropic și să învingă a doua lege a termodinamicii , pe măsură ce creează și cresc ordinea. Acest lucru este posibil, deoarece sistemele deschise pot obține informații și ordine din mediu. A doua lege a termodinamicii se referă de fapt la un sistem închis: „ dacă are loc un proces ireversibil, într-un sistem închis, entropia S a sistemului crește întotdeauna, în special nu scade niciodată ”. Cu toate acestea, în sistemele deschise, creșterea entropiei universului nu este încălcată.

Conform unei perspective inovatoare în domeniul psihologiei, inteligenței , limbajului uman, percepția elementelor calitative ( qualia ) și autoreflexivitatea sunt comportamente umane emergente care apar fără a fi inferibile doar din interacțiunea mamă-copil sau din singurii neuroni ^{[ 4] [5]} .

Comportamentul emergent este, de asemenea, important în jocuri și structura lor. De exemplu, jocul de poker , în special în forma sa fără un sistem de pariuri rigid, este în esență condus de urgență. Aceasta înseamnă că jocul la o masă mai degrabă decât la o altă masă poate fi radical diferit, în ciuda faptului că regulile de bază sunt aceleași. Variațiile care se dezvoltă sunt exemple de metagame emergente, principalul catalizator pentru evoluția noilor jocuri.

Structuri emergente în natură

Giant's Causeway din Irlanda de Nord este un exemplu de structură complexă emergentă.

Structurile emergente sunt rezultatul interacțiunilor fiecărei părți cu împrejurimile sale, care printr-un proces complex duce la ordine. S-ar putea concluziona că structurile emergente nu se reduc la conjuncția părților lor, pentru că pentru a putea apărea, simpla coexistență a diferitelor părți nu este suficientă, dar este necesar ca acestea să interacționeze într-un anumit mod.

Un exemplu biologic este o colonie de furnici. Fiecare furnică reacționează la stimuli, sub formă de mirosuri chimice de la larve, alte furnici, intruși, alimente și gunoi și lasă în urmă o urmă chimică care, la rândul său, va servi drept stimul pentru ceilalți. Fiecare furnică este o unitate autonomă care reacționează numai în raport cu mediul, cu regulile genetice ale speciei sale și cu alte furnici. În ciuda lipsei ordinii centralizate, coloniile de furnici prezintă un comportament complex și au demonstrat capacitatea de a face față problemelor geometrice. De exemplu, localizează un punct la distanța maximă de toate intrările coloniei pentru a aranja acolo cadavre.

Acest fenomen este similar cu alte structuri emergente găsite la insectele sociale , bazate în principal pe feromoni chimici și mirosuri. Structurile emergente pot fi observate pentru multe animale care trăiesc în grupuri (roiuri de albine, turme de păsări, șiruri de pești sau haite de lupi, turme și cirezi de mamifere, ...)

Structurile emergente se găsesc în multe fenomene naturale, în câmpurile fizice și biologice . Structura spațială și forma galaxiilor este, de asemenea, o proprietate emergentă care caracterizează distribuția pe scară largă a energiei și a materiei în univers . Fenomenele meteorologice precum uraganele sunt proprietăți emergente. Mulți sunt convinși că conștiința și viața însăși sunt proprietăți emergente ale unei vaste rețele de interacțiuni dintre neuroni și respectiv molecule complexe. Ființele vii sunt ființele care prezintă cea mai mare complexitate.

Sisteme emergente în cultură și știință

Procesele sau comportamentele emergente pot fi observate peste tot, de la organisme biologice multicelulare la tiparele de trafic, în orașe sau în simulări pe computer și automatele celulare . Piața bursei este o urgență la scară largă. În ansamblu, reglementează prețurile relative ale companiilor din lume. Agenții sau investitorii cunosc doar un număr limitat de companii din portofoliile lor și trebuie să respecte regulile pieței. Complexitatea pieței bursiere în ansamblu apare prin interacțiunile investitorilor individuali.

Alte exemple cunoscute sunt GNU / Linux și alte proiecte de software liber , World Wide Web și enciclopedia online Wikipedia . Apariția este, dincolo de meritele fondatorilor Wikipedia Jimbo Wales și Larry Sanger , motivul principal al succesului Wikipedia. Aceste proiecte descentralizate și distribuite nu sunt posibile fără un număr mare de participanți, dintre care niciunul nu cunoaște întreaga structură pe cont propriu. Toată lumea editează și știe doar o parte, dar toată lumea are senzația că participă la ceva mai mare decât ei. Feedback-ul de sus crește motivația și unitatea, în timp ce contribuția de jos crește varietatea. Această unitate în diversitate determină complexitatea structurilor emergente.

Structurile emergente apar la diferite scări de organizare. Auto-organizarea emergentă apare adesea în orașele în care nu există un plan general care să predetermine cum va arăta orașul. Studiul interdisciplinar al comportamentelor emergente nu este în general considerat un câmp omogen, ci este împărțit în funcție de aplicațiile sau domeniile problemei.

Urgență în fizică

Teorii asupra grupurilor de particule

În fizică, apariția este utilizată pentru a descrie o proprietate, lege sau fenomen care are loc la scară macroscopică (în spațiu sau timp), dar nu la nivel microscopic, dincolo de faptul că un sistem macroscopic poate fi considerat ca un set mare de microscopice. sisteme. Cateva exemple:

• Culoare . Particulele elementare precum protoni sau electroni nu au culoare. Numai atunci când sunt aranjați în atomi absorb sau emit lungimi de undă specifice, astfel încât să poată defini culoarea materiei.

• Fricțiune . Particulele elementare nu au frecare sau, mai bine zis, forțele care acționează între ele sunt conservatoare . Fricțiunea apare atunci când luăm în considerare structuri mai complexe ale materiei , ale căror suprafețe pot absorbi energie dacă sunt frecate împreună. Considerații similare pot fi aplicate altor concepte precum vâscozitatea , elasticitatea, rezistența la tracțiune.

• Mecanica clasică . Se poate spune că legile mecanicii clasice apar ca un caz limitativ din regulile mecanicii cuantice aplicate maselor destul de mari. Aceasta pare a fi o contradicție, deoarece mecanica cuantică este în general considerată a fi mai complexă decât mecanica clasică - în timp ce nivelurile inferioare au reguli mai puțin complicate (sau mai puțin complexe ) decât proprietățile emergente.

• Mecanica statistică . Mecanica statistică provine din ideea de a folosi seturi atât de mari încât pot ignora fluctuațiile cu privire la cea mai probabilă distribuție. În consecință, unele concepte au trebuit schimbate sau abandonate în raport cu sistemele microscopice, unde fluctuațiile devin (relativ) importante pentru o descriere realistă a sistemului. De exemplu, masele mici nu prezintă modificări evidente ale fazelor de ordinul întâi, cum ar fi topirea, și cel puțin nu este posibil să se clasifice în mod clar masa drept lichidă sau solidă, deoarece aceste concepte pot fi aplicate doar sistemelor macroscopice.

• Temperatura este adesea folosită ca exemplu de comportament emergent macroscopic. În dinamica clasică, impulsul instantaneu al unui număr suficient de mare de particule la echilibru este suficient pentru a calcula energia cinetică medie pe grad de libertate, care este proporțională cu temperatura. Pentru un număr mic de particule, impulsul instantaneu nu este suficient statistic pentru a determina temperatura sistemului. Cu toate acestea, folosind ipoteza ergodică , este posibil să se obțină temperatura prin normalizarea impulsului pe o perioadă de timp suficient de lungă.

Fizica particulelor

În unele teorii ale fizicii particulelor, chiar și cantitățile de bază, cum ar fi masa , spațiul , timpul , sunt considerate fenomene emergente, care decurg din concepte fundamentale precum bosonul Higgs sau șirurile . În unele interpretări ale mecanicii cuantice , percepția unei realități deterministe, în care fiecare obiect are o poziție definită, un moment etc., este de fapt un fenomen emergent, în timp ce adevărata stare a materiei este descrisă ca o funcție de undă pe care nu o are trebuie să aibă o poziție sau un impuls definit.

Particularități

Spre deosebire de științele comportamentale, o proprietate emergentă nu este neapărat mai complicată decât proprietățile non-emergente care au generat-o. De exemplu, legile termodinamicii sunt deosebit de simple, chiar dacă legile care guvernează interacțiunile dintre particule sunt complexe. Prin urmare, termenul de apariție în fizică nu este folosit pentru a indica complexitatea, ci mai degrabă pentru a distinge care legi și concepte se aplică macrosistemelor și care sistemelor microscopice.

Trebuie avut în vedere că, în aceste cazuri, descrierea unui fenomen emergent la nivel macroscopic poate fi încă rezolvată luând în considerare statistic interacțiunile dintre componentele microscopice care îl compun. Astfel, unele fenomene emergente pot permite unei teorii reducționiste să aspire la explicarea unor aspecte ale sistemelor complexe, cum ar fi ființa umană. Pe de altă parte, alte fenomene emergente ne obligă să aruncăm reducționismul excesiv, deoarece explicația unei proprietăți emergente poate fi prea complicată pentru a fi de folos practic.

De exemplu, dacă considerăm chimia ca ieșind din interacțiunile particulelor subatomice, biologia celulară ca ieșind din interacțiunile chimice, omul ca ieșind din interacțiunile celulare, civilizația ieșind din interacțiunile umane, istoria umană ca ieșind din interacțiunile dintre civilizație, acest lucru nu implică faptul că este deosebit de ușor sau de dorit să încerci să explici istoria umană în termeni de interacțiuni între particule. (Totuși, acest lucru nu i-a descurajat pe unii să speculeze că fenomenul extrem de complex emergent care este istoria umană poate fi descris prin legi mai simple utilizate în mod obișnuit în alte teorii. A se vedea de exemplu valurile lui Kondratiev sau psiho- istoria), mai mult Un exemplu practic de reducționism este încercarea de a proiecta fenomene și sisteme naturale complexe, adică dorința de a reduce toate aceste fenomene la formule sau teorii matematice generalizate.

Notă

Bibliografie

• PW Anderson , More is different , Science, New Series, Vol. 177, No. 4047. (4 august 1972)
• Gregory Bateson , Pași către o ecologie a minții (1972) Ballantine Books, ISBN 0-226-03905-6
• Thomas C. Schelling , Micromotives and Macrobehavior (1978) WW Norton and Company
• Douglas R. Hofstadter , Gödel, Escher, Bach: An etern Golden Braid (1979) Harvester Press
• Kevin Kelly , Out of Control (1994) Perseus Books Group, ISBN 0-201-48340-8
• John Maynard Smith , Eörs Szathmáry , Tranzițiile majore în evoluție (1997) Oxford University Press, ISBN 0-19-850294-X
• John H. Holland , Emergence from haos to order (1998) Oxford University Press, ISBN 0-7382-0142-1
• Armand Delsemme , Originile noastre cosmice: de la Big Bang la apariția vieții și a inteligenței (1998) Cambridge University Press
• Mario Augusto Bunge , Emergence and Convergence (2001)
• Steven Johnson , Emergence (2002) Scribner, ISBN 0-684-86876-8
• Morris Mitchell Waldrop , Complexitate. Bărbați și idei la granița dintre ordine și haos (2002) Instar books
• Stephen Wolfram , Un nou tip de știință (2002), ISBN 1-57955-008-8 .
• Harold J. Morowitz , The Emergence of Everything: How the World Devened Complex (2002) Oxford University Press, ISBN 0-19-513513-X
• Jochen Fromm , Apariția complexității (2004) Kassel University Press, ISBN 3-89958-069-9
• Carlo Conni. Identități și structuri emergente. O perspectivă ontologică din a treia cercetare logică a lui Husserl. Bompiani, Milano, 2005.
• Andrey Korotayev , Artemj Malkov, Daria Andreevna Khaltourina, Introduction to Social Macrodynamics: Compact Macromodels of the World System Growth , Moscova: URSS, 2006. ISBN 5-484-00414-4 [1] .
• De Toni, AF, Comello, L. (2005), Pradă sau păianjeni. Bărbați și organizații în rețeaua complexității , Utet, Torino 2005
• Robert B. Laughlin , Un univers diferit: reinventarea fizicii de jos în jos , 2006, cărți de bază, ISBN 0-465-03829-8
• De Toni, AF, Comello, L. (2007), Călătorie în complexitate , Marsilio, Veneția 2007
• P. Magrassi, Apărarea de complexitate , Franco Angeli 2009

Elemente conexe

• Complexitate
• Teoria haosului
• Sisteme complexe
• Fractal
• Emergentism
• Rețele neuronale
• Model bazat pe agent

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere privind comportamentul emergent

linkuri externe

• ( EN )Comportament emergent /Comportament emergent (altă versiune) / Comportament emergent (altă versiune) , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Portal de ecologie și mediu : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de ecologie și mediu