Эмерджентность — свойство систем¶

Эмерджентность (от англ. emergence, «появление, возникновение») — философское и системно-научное понятие, обозначающее возникновение у целого набора свойств, отсутствующих у его отдельных частей. Система, составленная из элементов, каждый из которых обладает ограниченным набором свойств, в результате их взаимодействия приобретает новые качества, которые невозможно вывести или предсказать, зная только свойства элементов по отдельности. Эмерджентность лежит в основе объяснения того, как из простых правил и взаимодействий рождаются сложные структуры — от биологических организмов до экономических систем и искусственного интеллекта.

¶Основные характеристики

Ключевые признаки эмерджентности:

• Надсистемность — новые свойства принадлежат системе в целом, а не отдельным элементам.
• Невыводимость — свойства целого нельзя строго вывести из свойств частей даже в принципе, при полном знании микроскопических параметров.
• Независимость от масштаба — эмерджентные свойства проявляются только при достаточном числе взаимодействующих элементов.
• Устойчивость — эмерджентные структуры часто оказываются стабильнее, чем элементы, их составляющие.

¶Классификация

¶Слабая и сильная эмерджентность

В научной литературе принято различать два типа:

• Слабая эмерджентность — новые свойства системы принципиально выводимы из свойств элементов и правил их взаимодействия, но на практике их вычисление настолько сложно, что оказывается практически невозможным. Пример — погода: она полностью подчиняется законам физики, но предсказание более чем на неделю вперёд принципиально затруднено из-за хаотичности.
• Сильная эмерджентность — свойства целого не выводимы из свойств частей даже теоретически. Существование сильной эмерджентности остаётся предметом философских дискуссий; часть учёных считает её свойством лишь нашего непонимания, а не объективной чертой реальности.

¶По областям проявления

¶История понятия

Термин «эмерджентная эволюция» ввёл в научный оборот английский философ Джордж Генри Льюис в 1875 году, однако широкое распространение понятие получило в работах Конвей Ллойд Моргана и Чарлза Огдена Рэйла в начале XX века. В 1972 году философ Филлип Уоррен Андерсон опубликовал влиятельную статью «Больше — это иначе» (More Is Different), в которой обосновал, что научное познание не может быть сведено к физике элементарных частиц: на каждом уровне организации материи возникают свои закономерности.

В России вопросы эмерджентности разрабатывались в рамках системного анализа и теории сложных систем — в трудах Виктора Ивановича Вернадского (учение о ноосфере), а позднее в работах по синергетике Ильи Романовича Пригожина и Германа Хакена.

¶Примеры эмерджентности

¶Муравьиный рой

Отдельный муравей обладает примитивным набором поведенческих правил: следовать феромонам, оставлять феромоны, избегать препятствий. Рой при этом способен строить сложные гнёзда, оптимизировать маршруты к источникам пищи и принимать коллективные решения о переселении. Ни один муравей не «знает» об этих глобальных процессах.

¶Мозг и сознание

Нейрон — клетка, генерирующая электрические импульсы по достаточно простым правилам. Сознание, мышление, эмоции — эмерджентные свойства систем из миллиардов нейронов. Ни один нейрон отдельно не обладает «мышлением».

¶Кристаллизация

При определённых условиях растворённые молекулы соли самопроизвольно образуют упорядоченную кристаллическую решётку — структуру, свойства которой (твёрдость, симметрия, оптические характеристики) не существовали на этапе хаотического раствора.

¶Философский зомби и проблема сознания

В аналитической философии эмерджентность сознания обсуждается в контексте «трудной проблемы сознания»: даже полностью описав физиологию мозга, трудно объяснить, почему возникает субъективный опыт.

¶Эмерджентность и синергетика

Понятие эмерджентности тесно связано с синергетикой — наукой о самоорганизации в сложных системах. Синергетика изучает, как под действием небольших изменений параметров система скачком переходит в новое устойчивое состояние. Термин «синергетика» ввёл Герман Хакен в 1970-х годах. Классические примеры — конвекционные ячейки Бина (появление упорядоченных потоков при нагревании жидкости), лазер (согласованное излучение атомов) и химические осцилляторы Белоусова — Жаботинского.

¶Критика

Не все исследователи признают эмерджентность самостоятельным научным понятием. Редукционисты полагают, что любые свойства системы в принципе выводимы из физики элементарных частиц, а «эмерджентность» лишь отражает ограниченность вычислительных возможностей или неполноту знаний. Противоположная позиция — «эмерджентный реализм» — настаивает, что на уровнях организации действительно возникают новые онтологические свойства, не сводимые к низшим уровням.

¶Применение

Понятие эмерджентности активно используется в:

• искусственном интеллекте — при проектировании нейросетей и алгоритмов машинного обучения;
• управлении организациями — для описания корпоративной культуры и коллективного интеллекта;
• урбанистике — при моделировании городских потоков и транспортных систем;
• криптографии и блокчейне — для описания свойств децентрализованных сетей;
• биологии — в теории эволюции и изучении поведения популяций.

¶Литература

• Андерсон Ф. У. «Больше — это иначе» (1972)
• Хакен Г. «Синергетика» (1978)
• Пригожин И., Стенгерс И. «Порядок из хаоса» (1984)
• Льюис Д. Эмерджентная эволюция (1875)
• Корнвелл Дж. «Эмерджентность» (2009)