Overleg:Emergentie

Definitie

De definitie van 'emergentie' die in de hoofdtekst gegeven wordt wekt de indruk dat er alleen sprake is van emergentie indien dit het gevolg is van de 'ontwikkeling van complexe georganiseerde systemen'. Dat is niet het geval. Enkele voorbeelden:

• het watermolecuul H₂0 heeft eigenschappen, die niet kunnen worden afgeleid uit de eigenschappen dan de samenstellende atomen van waterstof en zuurstof
• een enkele mutatie in een gen kan een totaal ander fenotype (inclusief het gedrag van dat fenotype) tot gevolg hebben
• Zwaartekracht is volgens Erik Verlinde een emergente eigenschap van een microscopische realiteit die samenhangt met informatieverschillen tussen massa's
• Emergentie vindt ook plaats in cellulaire automaten.

De laatste twee voorbeelden staan reeds in de tekst genoemd, Bij cellulaire automaten is de complexiteit juist omgekeerd: een beperkt aantal simpele programmeerregels kunnen leiden tot een zeer complex emergent gedrag. Ik stel daarom voor de definitie te veranderen in:

Er is sprake van emergentie indien een kenmerk van een verschijnsel niet kan worden gereduceerd tot een gevolg van eigenschappen van onderliggende bouwstenen. Die emergente kenmerken zijn alleen waarneembaar gezien van uit een schaal die groter is dan die van het betreffende verschijnsel. Emergente kenmerken kunnen op hun beurt, door onderlinge wisselwerking, aanleiding geven tot nieuwe emergente eigenschappen, zoals bijvoorbeeld in een levende cel gebeurt.

Onder deze definitie zijn de meeste kenmerken van verschijnselen die je in je omgeving ervaart emergent. Van daar uit kun je stellen dat een 'Theorie van Alles" onzin is, omdat emergente eigenschappen niet vanuit die theorie voorspeld kunnen worden. Onder deze definitie vallen ook artefacten, uitvindingen, etc die immers ook eigenschappen hebben die niet kunnen worden afgeleid uit hun samenstellende bouwstenen. I.h.b. kunst: de voorstelling van een schilderij is emergent: die voorstelling kan niet worden afgeleid uit de samenstellende verfmoleculen.

Een bijzonder geval van emergentie treedt op als deze louter het gevolg is van het perspectief van de waarnemer. Bv.:

• de regenboog is een zuiver subjectief emergent verschijnsel: ieder ziet zijn 'eigen' regenboog
• temperatuur: een wezen zonder warmtezintuig begrijpt hier niks van ook al heeft hij kennis van het begrip 'gemiddelde snelheid van moleculen'
• idem bij andere puur zintuigelijke ervaringen (kleur, reuk, smaak, gevoel, geluid)
• de hiervoor genoemde 'kunstbeschouwing'
• een lage entropie is volgens sommigen (bv. Carlo Rovelli ) louter het gevolg van onze macroscopische blik op een schijnbaar geordend verschijnsel.

(dit laatste zou onder het kopje "Schakelen tussen niveaus" passen, alhoewel ik de titel 'Waarnemingsperspectief' beter vind passen.)

Ypan1944 (overleg) 26 dec 2018 11:26 (CET)

Determinisme versus reductionisme bij emergente verschijnselen

Determinisme en reductionisme lijken twee kanten van dezelfde medaille te zijn: determinisme stevent doelgericht af op een eindresultaat, terwijl het reductionisme juist die weg terug volgt. Emergentie en reductionisme zijn per definitie strijdig. Maar geldt dat ook voor determinisme?

Bijna alles wat we in onze omgeving waarnemen is emergent. Alle artefacten die we om ons heen zien, maar ook alle levende wezens zijn emergente verschijnselen, met eigenschappen die niet in hun bouwstenen zijn terug te vinden. De complexe interacties die verantwoordelijk zijn voor het ontstaan van emergente verschijnselen kunnen we vaak niet zien omdat die zich op microscopische (bv. moleculaire) schaal afspelen. Zo heeft een goede kok het talent om verschillende ingrediënten in de goede verhouding met elkaar te combineren zodat er een perfect gebalanceerd gerecht ontstaat. Dit gerecht is emergent omdat het eigenschappen heeft die niet zijn terug te vinden in de afzonderlijke ingrediënten waaruit het is samengesteld. Is dit een deterministisch proces? Als je het nauwkeurig volgen van een recept als een algoritme beschouwt, dan zul je inderdaad hetzelfde kunnen bereiken als de kok die het recept heeft bedacht. Als je echter alleen maar beschikt over het eindresultaat dan is het verrekte moeilijk om te analyseren hoe dit product tot stand is gekomen. Het geheim van de kok laat zich moeilijk reductionistisch analyseren….

Ander voorbeeld: de partituur van een muziekstuk zou je kunnen beschouwen als het “recept” om het muziekstuk te kunnen uitvoeren. Een vorm van determinisme dus. Maar we weten allemaal dat de kwaliteit van de uitvoerend kunstenaar bepaalt of we het muziekstuk uiteindelijk mooi of lelijk zullen vinden. Evenals bij een recept zijn er allerlei nuanceringen mogelijk die niet in de partituur beschreven staan, gecombineerd met de veerdigheid van de muzikant, die wel van wezenlijke invloed zijn op het eindresultaat. Op dezelfde manier kun je onderscheid maken tussen een echte Rembrandt en een namaak-Rembrandt.

Een uitvinding kun je ook als een emergent verschijnsel opvatten: door onderdelen (die vaak zelf ook weer emergent zijn) slim met elkaar te combineren krijg je iets nieuws met andere eigenschappen, die je niet in die onderdelen kunt terug vinden. Reductionistische analyse van de uitvinding maakt het echter toch vaak mogelijk om die uitvinding na te maken. De uitvinder beschermt zich daartegen door middel van een octrooi.

Of je iets kunt namaken of niet hangt dus sterk af van de ingewikkeldheid van het product. Maar er is geen principiële reden waarom het niet zou kunnen. Je kunt dus wel degelijk een emergent verschijnsel creëren door een deterministisch recept te volgen en omgekeerd, door reductionistische analyse, nagaan hoe zo’n emergent verschijnsel kan ontstaan. Of reductionisme ook praktisch mogelijk is wordt dus vooral beperkt door het aantal factoren dat je in je analyse moet betrekken. En dan loop je al snel tegen grenzen aan….
Het emergente karakter van een uitvinding wordt echter bepaald door de functionaliteit van die uitvinding, die inderdaad niet deterministich vanuit zijn bouwstenen te voorspellen valt (Daarom is het ook een uitvinding!). Die functionaliteit is contextafhankelijk en dat is nu juist weer afhankelijk van het perspectief van de waarnemer. Haal je de context weg, of ben je een waarnemer die de context niet begrijpt, dan verdwijnt de functionaliteit en daarmee ook het emergente karakter.
Een uitvinding (en daarmee alle artefacten) is derhalve subjectief emergent.
Ypan1944 (overleg) 1 jan 2019 18:26 (CET)

Nogmaals: Emergentie en reductionisme

Een emergent verschijnsel ontstaat door interactie van twee of meer (vaak veel meer) samenstellende onderdelen. In de meeste gevallen is die interactie alléén niet voldoende voor het ontstaan van het emergente verschijnsel, maar is die sterk afhankelijk van de context waarin de interactie plaats vindt. Vaak is er bijv. een katalysator nodig of zijn macroscopische omstandigheden (zoals temperatuur) noodzakelijk voor het ontstaan. Het verschijnsel heet emergent indien:

1. Het collectief eigenschappen/kenmerken heeft die niet aanwezig zijn bij de samenstellende onderdelen
2. Bij sterke emergentie zijn die eigenschappen niet herleidbaar uit eigenschappen van de samenstellende onderdelen.

Bij zwakke emergentie (waarbij de samenstellende onderdelen onafhankelijk blijven) zijn die eigenschappen weliswaar vaak niet exact berekenbaar/ voorspelbaar, maar wel numeriek te simuleren. Hiertoe horen bv. veel van de in de chaostheorie beschreven verschijnselen. Controverse lijkt te bestaan uit de schijnbare tegenstelling van reductionisme en emergentisme. Het ontstaan en oplossen van een autofile is prima reductionistisch dmv numerieke simulatie voorspelbaar als je de aard van de wisselwerking tussen de auto’s kent. Om een “longitudinale achteruitlopende golf” te veroorzaken is dan wel nodig dat één auto op een willekeurig moment snelheid mindert (en daarna weer optrekt). Zo’n externe “trigger” behoort (net zoals een katalysator) niet tot die reductionistische theorie zelf en is dus van daaruit ook niet voorspelbaar. Hetzelfde geldt ook voor het gedrag van en vlucht spreeuwen of een school vissen. Er zijn dus vele voorbeelden van chaotische verschijnselen die twijfels wekken over die voorspelbaarheid, meestal omdat de context waarin deze verschijnselen plaats vinden onvoorspelbaar is. Zo is de Tweede wet van de thermodynamica (toename van entropie bij wisselwerkingen) niet reductionistisch afleidbaar uit de bewegingswetten van moleculen die immers deterministisch en tijdomkeerbaar zijn. Op voldoende microscopische schaal is de beweging van deeltjes deterministisch en is er dus altijd sprake van een lage entropie.

Hieruit blijkt eens te meer dat uit de schaalafhankelijkheid van emergentie volgt dat emergente verschijnselen sterk afhangen van het perspectief van de waarnemer. In de deeltjesfysica doet zich het verschijnsel voor dat wat voor een waarnemer puntdeeltjes lijken te zijn met een specifieke massa en elektrische lading, op de (Planck)schaal van die deeltjes zelf er helemaal geen duidelijke massa en elektrische lading is, vanwege toenemende kwantumfluctuaties. Om toch een consistente theorie voor dit soort wisselwerkingen te formuleren (kwantumelektrodynamica QED) is een renormalisatie van die theorie noodzakelijk (Bethe, Feynman e.a.) zodat de waarneming vanuit het perspectief van de waarnemer compatibel is met wat zich op deeltjesniveau afspeelt. Daarmee is echter nog geenszins aangetoond dat die theorie ook compleet is: zij geldt immers alleen binnen de grenzen van de gehanteerde schaalfactoren. Hier lijkt zich hetzelfde euvel voor te doen als bij de rekenkunde: Gödel heeft bewezen dat het corpus van de rekenkunde niet tegelijk consistent en compleet kan zijn. Er zijn altijd emergente ware rekenkundige stellingen te formuleren die niet uit de axioma’s van de rekenkunde kunnen worden afgeleid. Ypan1944 (overleg) 2 feb 2020 16:41 (CET)Ypan1944

Emergentie: een controversieel begrip

Het artikel over emergentie is controversieel omdat er geen eenduidigheid is over de interpretatie van de definitie van emergentie.

Ik vind het daarom wenselijk een paragraaf "kritiek" of "discussie" toe te voegen.

De huidige definitie van emergentie bevat de volgende elementen:

• er is sprake van een wisselwerking van samenstellende (niet noodzakelijk identieke) entiteiten.
• die wisselwerking levert nieuwe eigenschappen op die kenmerkend zijn voor het collectief maar niet aanwezig zijn bij de samenstellende entiteiten.

Deze definitie roept de volgende vragen op:

• De definitie is zo ruim dat vrijwel alles in deze wereld emergent is, omdat alle objecten of verschijnselen die we tegenkomen samengesteld zijn en andere eigenschappen hebben dan hun samenstellende onderdelen. Het is vrijwel onmogelijk om een elementair object/verschijnsel te vinden dat niet is samengesteld. Zelfs op de kleinste (Planck-)schaal komen daardoor emergente verschijnselen voor (zoals ruimte en tijd).
• het optreden van emergentie is schaalafhankelijk en daardoor noodzakelijk subjectief, hetgeen het lastig maakt om een objectieve en universeel geldende definitie te vinden. Bv. entropie in de zin van "wanorde" is een louter subjectief oordeel, die op moleculaire. schaal niet bestaat.
• Het "nieuwe" van emergentie is een vage formulering. Het lijkt onvoldoende om "nieuw" te definiëren als "verschillend van al het voorgaande". Maar als het betreffende verschijnsel een rechtstreeks (deterministisch) gevolg is van de constituerende wisselwerking, dan is het maar de vraag of je dat verschijnsel "nieuw" kunt noemen. Zo is "temperatuur" niets anders dan een andere naam voor de gemiddelde kinetische energie van een groot aantal moleculen.
• Conway's "Artificial Life" is ook zo'n lastig geval: dit is een typisch deterministisch proces waarvan het eindproduct lastig te voorspellen is, met name of het resultaat dynamisch ("levend") zal zijn. Maar is het resultaat daarmee nieuw? I.i.g. is het kenmerk "levend" een typisch subjectief oordeel.
• Een ander aspect dat in de discussie over "nieuwheid" vaak ten tonele wordt gevoerd is dat emergentie spontaan, sui generis lijkt te ontstaan (het gebeurt "vanzelf"). Dat is een misvatting: bij die wisselwerking is altijd sprake van een noodzakelijke energie uitwisseling en/of de uitwisseling van materie, terwijl de omstandigheden waaronder die plaatsvinden gunstig dienen te zijn. Wel kan het moment waarop zo'n emergent verschijnsel ontstaat berusten op een toevallige samenloop van omstandigheden, bv. een vonk, een condensatiekern, de aanwezigheid van een katalysator die het proces triggered, enz.
• Een ander mysterie dat vaak wordt opgevoerd is dat een emergent verschijnsel zichzelf lijkt te (willen) handhaven en daarmee een odium van "doelgerichtheid" krijgt, wat strijdig lijkt met de "doelloosheid" in de natuur. Deze verwarring ontstaat doordat de wisselwerking weliswaar doelloos is, maar of het resultaat van die wisselwerking (het emergente verschijnsel dus) bestendig zal zijn is afhankelijk van de lokale en/of toevallige omstandigheden. Die schijnbare doelgerichtheid is dus meer een interpretatie achteraf.
• Dat levende wezens (als emergente verschijningsvormen) doelgericht zijn op overleving is louter het gevolg van de natuurlijke selectie die in het evolutieproces plaats vindt, waardoor de best geoutilleerde individuen overleven.
• Artefacten vallen net zo goed onder de definitie van emergentie. Hier is de doelgerichtheid evident, maar die is alleen maar duidelijk binnen een geschikte context, waarin de bedoeling van het artefact begrepen wordt. Subjectief sterk emergent dus.

Ypan1944 (overleg) 21 nov 2021 21:13 (CET)