Gebruiker:Ypan1944/Kladblok

Systeem definities

Poging 1: Een systeem is een mechanisme (dynamisch systeem) of ordeningsprincipe (statisch systeem) waarmee een samenhangend geheel van verschillende onderdelen kan worden gekarakteriseerd. Het mechanisme of ordeningsprincipe bepaalt welke onderdelen wel of niet tot het systeem kunnen worden toegelaten. Het systeem kan spontaan ontstaan door de interactie van die onderdelen bij geschikte externe omstandigheden (het is dan een emergent verschijnsel), zoals veel fysische (bv. een kristal) en biologische (bv. een cel) systemen, of kunstmatig als een doelgericht ontwerp (zoals bv. een hamer, een computer, een kalender, een beurs, een hiërarchisch stelsel of een democratisch bestel). De onderdelen van een systeem kun zelf ook weer een (sub)systeem zijn.

Door externe invloeden kan het systeem zich aanpassen (adaptief systeem) of verloren gaan. Een zelflerend systeem is ook zo'n adaptief systeem, dat daardoor een zekere robuustheid krijgt tegenover externe invloeden. De onderdelen van een systeem kunnen zich daardoor wijzigen. De onderdelen kunnen zowel concreet als abstract zijn.

Problemen en discussie

De vraag is of RQM elke objectieve werkelijkheid ontkent, of anders gezegd: de totale werkelijkheid is alleen maar subjectief kenbaar. Rovelli beperkt deze rijkweidte door te stellen dat RQM betrekking heeft op de variabelen van een fysisch systeem en niet op de constante, intrinsieke eigenschappen, zoals de massa en de lading van een elektron. Inderdaad voorspelt de Kwantummechanica in het algemeen slechts het gedrag van een fysisch systeem, zoals dat met bepaalde vrijheidsgraden in een faseruimte c.q. toestandsruimte kan worden weergegeven.

Dorato stelt daarentegen dat ook alle intrinsieke eigenschappen van een fysisch systeem, zoals massa en lading, eveneens slechts kenbaar zijn door middel van wisselwerking met de omgeving. Zo'n potentieel kenbare eigenschap noemt Dorato beschikbaar.

• massa: kenmerken zijn traagheid en zwaartekracht. Traagheid komt tot uiting als een weerstand bij een extern teweeg gebrachte verandering van bewegingstoestand; de zwaartekracht komt tot uiting als er een andere massa met een daaraan gekoppeld zwaartekrachtveld in de buurt aanwezig is. Beide kenmerken zijn slechts kenbaar via een wisselwerking met de omgeving.
• voor elektrische lading gelden analoge kenmerken: een wisselwerking met een elektromagnetisch veld vanuit de omgeving, terwijl traagheid zich uit in de vorm van zelfinductie.

. De onuitgesproken gedachte hierachter is dat intrinsieke eigenschappen in wezen ook kwantummechanische eigenschappen zijn.

Kwetsbaarheid van een emergent verschijnsel

Als een emergent verschijnsel ontstaat door samenwerking van verschillende onderdelen, dan is het de vraag of dit emergente verschijnsel blijft bestaan als je een of meer onderdelen weghaalt. Bv.: een mierenkolonie blijft bestaan als je enkele mieren weghaalt uit het nest. Maar als je de koningin weghaalt heeft dat juist een dramatisch effect. Een grote draaikolk in het water zal weinig verstoring ondervinden als je er een steentje in gooit: de mate van verstoring zal afhangen van de relatieve grootte van de steen t.o.v. de draaikolk. Bij sterke emergentie (bv. molecuulvorming) zal het weghalen of vervangen van een onderdeel een dramatisch effect hebben op het geheel: de eigenschappen van het geheel superveniëren over de eigenschappen van de onderdelen.

Filosofische begrippen die hiermee samenhangen zijn: haecceityisme bepaalt de uniekheid van het emergente verschijnsel (bv. de kenmerken van een bepaald persoon), terwijl quiddityisme de te onderscheiden diverse, samenstellende, universele kenmerken zijn, die gezamenlijk de Haecceity van het emergente verschijnsel vormen.

Over complexiteit

In natuurkundige systemen is het aantal variabelen dat nodig is om de toestand van het systeem te beschrijven een maat voor zijn complexiteit. De keuze van die variabelen (ook wel vrijheidsgraden genoemd) is afhankelijk van de schaal waarop men het systeem bekijkt: hoe gedetailleerder hoe meer variabelen er in het algemeen nodig zijn om het systeem te beschrijven. Zo kan men de toestand van een gas macroscopisch beschrijven met behulp van de variabelen druk, temperatuur en volume. Maar op molecuulniveau zijn ook de posities en de snelheden van de afzonderlijke moleculen bepalend voor de complexiteit van het systeem. Verder is die keuze ook afhankelijk van de vraag welke variabelen er nodig zijn om de toekomst van het systeem te kunnen bepalen.

Er is een contradictie: naarmate een systeem méér geordend is (i.e. complexer is) neemt de entropie af. Echter: een systeem kan zo complex zijn dat het verschil met chaos (beheerst door toeval) onzichtbaar wordt. En chaos heeft, zoals we weten een maximale entropie.

Hypothese: voor het ontstaan van zelf-organisatie is altijd een externe "trigger" nodig (bv. in de vorm van toegevoerde energie of een geordende structuur die als voorbeeld van navolging kan dienen; ,maar zo'n geordende structuur kan ook toevallig ontstaan zijn, of onder invloed van een katalysator)

De basis van zelforganisatie is altijd (?) een recursief proces. Zo'n recursief proces kan, op grotere schaal, leiden tot een emergent fenomeen, dat zich, afhankelijk van de omstandigheden, verder (autonoom) kan ontwikkelen.

Analoog aan Kolmogorov's opvatting over complexiteit kan complexiteit gedefinieerd wordt als de lengte van het algoritme om de beschouwde toestand te kunnen genereren. Bij recursieve processen is er sprake van een aaneenschakeling van generatieve processen, elk met z'n eigen complexiteit. Het totaal heeft een hoge entropie, terwijl de basis (het elementaire recursieve proces ) heel eenvoudig kan zijn. Ook kan er sprake zijn van vertakking (denk aan de Boom van Pythagoras) als er een of meerdere kopieën van hetzelfde proces worden gegenereerd. Ook kunnen twee verschillende recursieve processen met elkaar iets nieuws opbouwen door onderlinge wisselwerking.

Over emergentie en complexiteit

• Neem een bak zand. De zandkorrels liggen onbeweeglijk in een vaste positie. Als je verder geen energie toevoert door bv.te gaan roeren, dan zou je de entropie op 0 kunnen stellen: er is immers maar één positie en dat is de huidige (Je veronachtzaamt nu wel de interne structuur van de zandkorrels). Hetzelfde geldt voor een bak identieke knikkers. Als je die knikkers echter nummert door er een cijfer op te plakken, dan wordt de situatie anders: er zijn dan N! verschillende mogelijkheden (N is het aantal knikkers) om die knikkers op dezelfde manier in die bak te krijgen. De entropie is dan (per definitie) log₂ N. Hetzelfde geldt als je een kamer vol met mensen propt: die mensen zijn allemaal verschillend. Als je die van positie wilt laten veranderen gaat dat met veel pijn gepaard. Op een volle dansvloer heb je enige uitwijkmogelijkheden, als de muziek heftiger wordt (= energietoevoer) dan dijt die dansmassa vanzelf uit. Vergelijk met een gas in de ruimte: de beweging van moleculen verdeeld zich in druk op de wand, die groter wordt als de temperatuur toeneemt.
• Is complexiteit hetzelfde als entropie? Op zijn Kolmogorov's is complexiteit de lengte van het kortste algoritme om de toestand (ook bewegingstoestand) te beschrijven. Bij een gas kun je weinig anders doen dan de positie en de snelheid van elk molecuul op te sommen: dat zijn dus 6N getallen. Aangezien je de moleculen niet van elkaar kunt onderscheiden (je kunt ze niet "nummeren" zoals bij knikkers) is er geen interne structuur: er heerst m.a.w. chaos. Zodra je structuur aanbrengt (bv. moleculen die allemaal dezelfde kant op bewegen) dan is die toestand eenvoudiger te beschrijven en is dus de complexiteit (en de entropie) minder.
• Dat lijkt contra-intuïtief: naarmate je méér structuur aanbrengt en er derhalve meer constructieregels nodig zijn om die structuur te beschrijven verwacht je dat de complexiteit groter wordt.

• Complexiteit betreft altijd systemen. Een systeem is een samenhangend geheel van componenten, waartussen relaties/wisselwerkingen bestaan. De complexiteit van een systeem hangt samen met het aantal componenten en de relaties tussen die componenten. Op z'n Kolmogorov's zou je kunnen stellen dat de complexiteit van een systeem wordt bepaald door het aantal noodzakelijke stappen dat moet worden ondernomen (als algoritme) om zo'n systeem te creëren. Anderzijds kan het gedrag van het systeem als geheel meer of minder complex zijn, verschillend van de complexiteit van het interne systeem zelf. Zo is de complexiteit van een planetenstelsel relatief simpel: er is maar één soort relatie (de zwaartekrachtswet van Newton) en een beperkt aantal planeten. Het gedrag van dit stelsel is echter bar ingewikkeld (zie het drie-lichamen probleem)
• De eigenschappen van een systeem verschillen van de eigenschappen van zijn componenten. Het zijn eigenschappen van het gehele systeem en zijn derhalve emergent. Je kunt die eigenschappen onderzoeken door zijn wisselwerking met de omgeving (input/output) te onderzoeken. Die emergente eigenschappen kunnen relatief eenvoudig te bepalen zijn (zoals bv. de druk, temperatuur en volume van een gas in een afgesloten ruimte), terwijl het vinden van de oorzaak bij de samenstellende componenten (gasmoleculen) een ingewikkelde is, en vaak alleen maar statistisch is te bepalen. De macroscopische complexiteit van het systeem kan dus relatief eenvoudig zijn, terwijl de microscopische complexiteit heel groot kan zijn. Een kwestie van schaal dus. Zo is de werking van een computer door de gebruiker simpel uitvoerbaar als het systeem gebruiksvriendelijk ontworpen is, terwijl de werking van de computer op microniveau zeer complex is. Ook de eigenschappen van een levend wezen zijn relatief simpel te beschrijven, terwijl de onderliggende processen in een levend wezen buitengewoon ingewikkeld zijn. Een hefboom is een simpel systeem, maar de eisen die je aan de onderdelen van een hefboom moet stellen (bv. stijfheid van de hefboom, sterkte van het steunpunt/draaipunt) kunnen best ingewikkeld zijn en lastig te realiseren.
• Over het verschil tussen complexiteit en "gecompliceerd": Complexiteit verwijst ernaar dat in een probleem veel actoren aanwezig zijn die elkaar als in een onontwarbaar netwerk wederzijds beïnvloeden. Het gedrag van het geheel zal zeker afhangen van de individuele eigenschappen van al die actoren. Soms echter blijkt het collectieve patroon van interacties, dus het totale web van wederzijdse invloeden, veel bepalender voor het uiterlijk gedrag.. Dat emergente, collectieve patroon van interacties is vaak eenvoudiger (en dus minder "gecompliceerd") te beschrijven als het onderliggende web van interacties. En dat zelfde geldt ook voor de interacties van het beschouwde systeem met zijn omgeving.
• Complexiteit is dus (evenals entropie en emergentie) schaalafhankelijk. Vaak is die complexiteit op grotere schaal geringer (dus eenvoudiger) dan bij de onderliggende structuren. Ook dat geldt ook voor entropie.
• Het emergente gedrag van een systeem kan meer of minder kwetsbaar zijn. Denk aan een ontsteking: een klein oppervlakkig wondje kan onschuldig zijn, maar als een tetanusbacil de kans krijgt kun je er ernstig ziek van worden. Bij een auto-immuunziekte wordt het interne evenwicht verstoord waardoor een soort sneeuwbaleffect ontstaat. Relatie met superveniëntie?

Als je een kleine steen in een forse draaikolk gooit heeft dat weinig effect: weinig kwetsbaar dus. Dat is echter maar schijn: een vlinderslag hier in Nederland kan uiteindelijk essentieel blijken te zijn voor het ontstaan van een hurricane in de VS. De kinematische relaties tussen lucht- en watermoleculen zijn niet lineair, maar exponentieel,waardoor een klein verschil in beginsituatie uiteindelijk een groote verschil in de eindsituatie kan veroorzaken. De aard van de relaties bepaalt dus ook de kwetsbaarheid van het systeem.

• Relaties tussen componenten verlagen de entropie (en dus de complexiteit ). Voorbeeld: neem een gas met een bepaald volume. Bij thermisch evenwicht heeft zo'n gas zijn maximale entropie - chaos dus. Stel nu dat een of meer componenten een chemische reactie met elkaar kunnen aangaan (=relatie) - hetgeen dan ook dus ook gebeurt (waarbij de temperatuur toeneemt). Het eindproduct heeft duidelijk minder vrijheidsgraden dan de uitgangsversie en heeft dus een lagere entropie, ondanks het feit dat de entropie als geheel wel toeneemt (door de eerder genoemde temperatuurstijging). Relaties zorgen lokaal dus voor meer ordening (= lagere entropie).
• De eigenschappen van een systeem worden bepaald door de relaties tussen de componenten. Als er geen relaties zijn dan heeft elke component z'n eigen vrijheidsgraden en is er sprake van chaos, en dan is het dus geen systeem meer. De complexiteit van het systeem wordt bepaald door het aantal verschillende relaties waaruit het systeem is opgebouwd. Een kristal heeft weinig relaties nodig om de kristalstructuur volledig, deterministisch te bepalen. De kristalgrootte speelt hier geen rol: een groot (maar zuiver) kristal is even complex als een klein kristal van dezelfde soort. Bij kristalgroei neemt de lokale entropie af, maar de complexiteit blijft hetzelfde (totdat een verstoring optreedt). Bij een planetenstelsel is er ook sprake van één relatie (nl. de zwaartekrachtswet van Newton) maar omdat die relatie niet-lineair is, is het gedrag van 3 of meer planeten, toch op den duur onvoorspelbaar (en wordt chaotisch). Bij biologische (recursieve) groeiprocessen zijn er telkens andere relaties die de groei bepalen, waarbij zowel genetische informatie als invloeden van buitenaf een rol spelen. Bij een computer spelen deterministische processen een hoofdrol, maar door recursief te programmeren kan het programma leren onder invloed van externe signalen en zijn eigen programma aanpassen (i.e. artificiële intelligentie).
• Een geordende structuur (een systeem dus) gedijt het beste in een chaotische omgeving.

Emergentie en symmetriebreking - een systeembenadering.

Ik heb het idee dat het "nieuw" zijn van het optreden van emergentie sterk samenhangt met symmetriebreking. We brengen in herinnering dat een systeem een verzameling (tenminste twee) entiteiten is (die zelf ook weer systemen kunnen zijn) waarvan de karakteristieke samenhang wordt bepaald een gemeenschappelijk stelsel gedrag- of ordeningsregels. Dat kunnen de regals van natuurwetten zijn, maar ook artificieel afgesproken regels. Als het natuurwetten zijn dan zijn die reductionistisch verklaarbaar (hoewel dat vaak in de praktijk lastig te realiseren is). De stabiliteit en handhaving van zo'n systeem staat en valt met de stabiliteit van die systeemregels. ten opzichte van de invloed van interacties met de omgeving. Het planetenstelsel is een voorbeeld van een systeem dat langdurig kan bestaan omdat het weinig interactie heeft met z'n omgeving (i.c. andere sterren). Onder meer aardse omstandigheden staat zo'n systeem echter voortdurend in wisselwerking met zijn directe omgeving. De stabiliteit van zo'n systeem is dan afhankelijk van de sterkte van de onderlinge interacties t.o.v. die met de omgeving. Een molecuulsysteem (bv. een kristal) kan bv. een sterke binding tussen zijn componenten hebben en daardoor robuust zijn voor interacties met zijn omgeving. Dat robuuste karakter wordt in de natuurkunde symmetrie genoemd (in brede zin). Onder invloed van bepaalde, meestal externe omstandigheden kan de stabiliteit van het systeem verstoord worden, doordat de samenhang die het systeem bepaalt van karakter en/of sterkte verandert hetgeen symmetriebreking genoemd wordt. Maar het kunnen ook intrinsieke wijzigingen zijn: in biologische systemen kunnen componenten groeien, waardoor ze zich anders gaan gedragen en niet meer goed in het systeem passen. Als die verstoring zich doorzet, doordat ook andere componenten zich anders gaan gedragen, leidt dat tot verstoring van het gehele systeem. Het systeem valt dan uiteen in twee of (meestal) meer deelsystemen die elk een ander -nieuw- gedrag vertonen dat er aanvankelijk niet was, terwijl de samenstellende delen feitelijk onveranderd zijn gebleven. Dat is dus emergent gedrag. Het oorspronkelijke systeem kan zelfs als zodanig geheel verdwijnen en vervangen worden door een nieuw systeem met nieuwe regels, terwijl de componenten hetzelfde zijn gebleven.

Voorbeeld is vb. een faseovergang: bij afkoeling van een vloeistof treedt plotseling kristallisatie op, mits getriggered door bv. een "vuiltje" (een condensatiekern). De ordening die optreedt bij kristallisatie is emergent. Omgekeerd kan bij verhitting een kristal van smelten of verdampen, waardoor het gedrag van de componenten chaotisch wordt.

De fenomenologische beschrijving van die gedrags-/ordeningsregels van een systeem kent vaak beperkingen c.q. vereenvoudigingen, die onder "normale" omstandigheden geen problemen opleveren, maar in extremo - bij zgn. singulariteiten - geen goede beschrijving vormen. Bv. de onderlinge aantrekkingskracht van twee puntmassa's gaat volgens de gravitatiewet van Newton naar oneindig als de de afstand tussen beide puntmassa's naar nul gaat. Dit probleem worden de praktijk meestal "opgelost" door renormalisatie van die aantrekkingskracht. Dat is echter een mathematische kunstgreep waar vraagtekens bij geplaatst kunnen worden.

Opnieuw: een systeem is een verzameling (tenminste twee) entiteiten (die zelf ook weer systemen kunnen zijn) waarvan de karakteristieke samenhang wordt bepaald door een gemeenschappelijk stelsel gedrag- of ordeningsregels. Dat kunnen de regels van natuurwetten zijn, maar ook artificieel afgesproken regels. Het gedrag en/of ordeningsregels maken gebruik van een aantal vrijheidsgraden waarbinnen het systeem gedefinieerd kan worden (i.e. er zijn verschillende representanten van hetzelfde systeem mogelijk). Om er voor te zorgen dat elke waarnemer elke representant tot hetzelfde systeem rekent (objectiviteitseis) heeft het systeem bepaalde symmetrie-kenmerken, dat zijn eigenschappen van het systeem die voor alle waarnemers hetzelfde zijn (bv. behoud van energie). Als het systeem in evenwicht verkeert (dwz in een lokale energieput zit) dan heeft het een zekere robuustheid tov externe verstoringen (bij artificiële systemen geldt een zekere tolerantie tov verstoringen). De verstoring kan echter een kritiek punt bereiken voorbij welke het systeem in een andere, emergente modus terecht komt met andere symmetrie-eigenschappen.

Vanuit de systeemtheorie

In de systeemtheorie komt emergentie veelvuldig voor. Een systeem wordt gekenmerkt doordat zijn onderdelen een karakteristieke samenhang vertonen. Die samenhang is emergent omdat dit kenmerk niet aanwezig is bij elk van de afzonderlijke onderdelen. Die karakteristieke samenhang kan beschreven worden m.b.v. een theorie of een ontwerp (bij kunstmatige systemen). Bij natuurlijke systemen zijn de theorieën om die samenhang te beschrijven sterk afhankelijk van de schaal waarop het systeem werkzaam is. Op het niveau van elementaire deeltjes bijvoorbeeld blijken symmetrie-eigenschappen en belangrijke rol te spelen bij de beschrijving van het systeem (het zgn. standaardmodel). Op macroscopische schaal bieden de klassieke natuurwetten veelal een voldoende beschrijving van de meeste natuurlijke systemen. Zo zijn er ook verschillende chemische en biologische theorieën en tevens economische, sociologische, psychologische en politieke theorieën die elk op hun terrein systemen trachten te beschrijven.

Elk systeem wordt tevens gekenmerkt door een zekere tolerantie t.a.v. onderdelen die een afwijkend gedrag vertonen. Vaak zijn die afwijkingen het gevolg van externe invloeden, maar de onderdelen van een systeem kunnen ook zelf een veranderlijk gedrag vertonen. Als het systeem dit kan opvangen (homeostase) dan spreekt men vaak van een adaptief (of lerend) systeem. Als de tolerantiegrens echter wordt overschreden dan raakt het systeem uit evenwicht - het kan zelfs geheel uiteenvallen - en er ontstaat een nieuwe situatie waarin nieuwe, emergente systemen een rol kunnen spelen, die elk voor zich weer een andere verklaringstheorie vereisen. Voorbeelden systeemveranderingen zijn:

• In de natuurkunde van elementaire deeltjes spreekt men dan van symmetriebreking
• In de statistische mechanica spelen faseovergangen zo'n rol
• In de biologische evolutie is het ontstaan van nieuwe soorten een teken van systeemverandering
• In de sociologie is groepsvorming een kenmerk van systeemverandering
• in de politieke theorie is een revolutie een voorbeeld van systeemverandering.

Al deze voorbeelden leveren nieuwe, emergente systemen op.

Niet elk emergent verschijnsel is automatisch een systeem. Het vormt pas een systeem als er onderzoek op wordt losgelaten om de eigenschappen van het emergente verschijnsel binnen een bepaalde context te kunnen verklaren . Dit noemt men een systeembenadering en is derhalve een typisch menselijke activiteit. Een systeem is dus niet een objectief vast te stellen feit, maar het resultaat van onderzoek of ontwerp (bij kunstmatige systemen).

Niet elk emergent verschijnsel is automatisch een systeem: voorbeeld: een regenboog, een zeepbel. Ook het omgekeerde is niet altijd waar bv. een notatiesysteem, een bibliotheeksysteem, een boekhoudsysteem. Dit soort systemen zijn bedoeld om ordening aan te brengen in een bepaalde werkwijze

De schaalafhankelijkheid van emergentie kan als volgt begrepen worden: de (nieuwe) eigenschappen van een emergent verschijnsel zijn slechts zichtbaar in de context waarin het verschijnsel zich voordoet. Die context is minstens van dezelfde schaal als het emergente verschijnsel zelf. Die context kan ook bepalen welke eigenschappen van dat emergente verschijnsel zichtbaar worden en welke niet (verborgen). Zo kan bv. een brave huisvader plotseling een massamoordenaar blijken te zijn.

Relaties vormen de essentie van de realiteit

Dit is maar een gedachte:

De overeenkomst tussen:

• Vanuit de Relationele QM: er zijn slechts "events", wisselwerkingen tussen entiteiten
• (nog in te vullen medioschalige events)
• Lavinas: De ontmoeting met de Ander is essentieel voor de mensvormig

Kwantumtoestand

Een kwantumtoestand is de kwantummechanische weergave van een bepaalde fysische toestand. In de klassieke mechanica wordt die fysische toestand meestal weergegeven met behulp van een toestandsfunctie, waarmee een verband aangegeven wordt tussen verschillende meetbare kenmerken van die toestand. In de kwantummechanica kan die toestand slechts worden weergegeven als een kans op het aantreffen van een bepaalde toestand, meestal aangegeven door middel van een waarschijnlijkheidsamplitude: $|\Psi \rangle$. Er zijn meer belangrijke verschillen:

• In de klassieke mechanica wordt de fysische toestand wiskundig meestal weergegeven met behulp van een faseruimte, opgespannen door reële, meetbare variabelen, die gebonden zijn aan bepaalde vrijheidsgraden en randvoorwaarden. In de kwantummechanica wordt die toestandsruimte wiskundig weergegeven door middel van een complexe Hilbertruimte, opgespannen door orthogonale eigenvectoren die elk de kans op een mogelijke uitkomst van een meting weergeven.
• In de klassieke mechanica is een punt in de faseruimte een weergave van direct meetbare kenmerken van de fysische toestand. In de kwantummechanica is er een tussenkomst noodzakelijk van een observabele (i.e. een meetbare eigenschap), die wiskundig wordt vertaald als operator in de Hilbertruimte. Die operator projecteert de kwantumtoestand $|\Psi \rangle$ op een of meer mogelijke eigentoestanden. Het resultaat van de meting is één van die eigentoestanden, waarmee tevens de oorspronkelijke kwantumtoestand veranderd is in die eigentoestand. Bij elke observabele kan een (Hermitische) operator worden gedefinieerd met bijbehorende eigentoestanden. Dat kan een beperkt aantal zijn (bv. spintoestanden, kwantumgetallen in het algemeen) of oneindig veel (bv. plaats- of snelheidscoördinaten binnen bepaalde randvoorwaarden)
• In de klassieke mechanica gaat men er van uit dat het meetproces (mits zorgvuldig uitgevoerd) niet van invloed is op de meetbare kenmerken van het fysische verschijnsel zelf. Ook kan men vaak meerdere metingen tegelijk uitvoeren zonder daarbij het verschijnsel te verstoren. In de kwantummechanica is de invloed van een meting echter onontkoombaar, doordat de kwantumtoestand wezenlijk verandert in een bepaalde eigentoestand.
• Indien een kwantumtoestand door middel van een operator (als meting van een observabele) ondubbelzinnig (i.e. 100%) op een eigentoestand wordt geprojecteerd, dan spreekt men van een zuivere toestand (pure state). Door zo'n meting verandert die kwantumtoestand ook definitief in die eigentoestand met bijbehorende eigenwaarde.
• Kwantumtoestanden die meerdere verschillende zuivere toestanden omvatten vormen gezamelijk vaak een gemengde toestand (mixed state), waarbij de kans op het aantreffen (na meting) van een bepaalde eigentoestand ook minder dan 100% is.
• Gevolg van het gelijktijdig uitvoeren van verschillende metingen aan een gemengde toestand (bv. de plaats en de snelheid van een deeltje) is dat deze leiden tot onzekere uitkomsten zoals weergegeven wordt in de onzekerheidsrelatie van Heisenberg.
• Een bijzonder geval vormen de zgn. verstrengelde toestanden, waarbij de verstrengeling zelf (bv. de tegengestelde spin van twee componenten) een zuivere toestand is, maar waarbij de spin van elke afzonderlijke component compleet onzeker is (0 %). Die verstrengeling blijft bestaan, ongeacht de onderlinge afstand tussen de twee componenten. Dit wordt bv. toegepast in een qubit.

• De evolutie in de tijd van een fysische toestand wordt in de klassieke mechanica bepaald door de Newtoniaanse bewegingsvergelijkingen; de evolutie van een kwantumtoestand wordt beschreven met behulp van de Schrödingervergelijking.
• De kwantumtoestand $|\Psi \rangle$ wordt in de Hilbertruimte weergegeven als een complexwaardige vector een genormeerde lengte 1, waarmee, samen met de bovengenoemde Schrödingervergelijking alle mogelijke kennis omtrent die kwantumtoestand is samengevat (i.e. er zijn geen "verborgen variabelen"; de kwantummechanica is "compleet")

Bewustzijn etc.

Laten we simpel beginnen met een voorbeeld uit het dagelijks leven: veel handelingen die je doet, doe je automatisch, zonder er bij na te hoeven denken. In wezen zijn dat een soort algoritmen, werkwijzen die verlopen volgens een standaardprocedure, met een bepaald te bereiken doel. Pas als die werkwijze mislukt door toevallige omstandigheden, komt ons bewustzijn in actie om ons handelen te corrigeren.

Die algoritmische werkwijzen (die overvloedig in ons dagelijks handelen voorkomen) maken het aantrekkelijk om te simuleren met behulp van computers met daaraan gekoppelde machines in de vorm van robots. Robots handelen deterministisch op basis van algoritmische programma's. Slimme robots kunnen hun programma's zelfs aanpassen en verbeteren op basis van bereikte resultaten (dat kunnen dus ook mislukkingen zijn). Zijn die slimme robots ook "bewust"? Nee, want zij handelen immers automatisch, op basis van standaardprocedures (ook procedures om verbeteringen aan te brengen). Pas als die falen en er geen standaard procedures beschikbaar zijn, moet er een bewust denkend persoon aan te pas komen, die "out of the box" kan denken om "niet-standaard" oplossingen te vinden.

Neem bv. "killer robots". Die hebben een nauw omschreven "target" en een kaart van de omgeving waarin ze die target kunnen vinden. Die kaart is onvermijdelijk van een beperkte detaillering en gemaakt in het (recente) verleden. De actuele situatie kan echter drastisch anders zijn: er kunnen bv. andere mensen in de directe omgeving zijn (spelende kinderen bv.). Het nemen van een beslissing omtrent een aanval kan dan best moeilijk zijn en het is te hopen dat de killer robot zijn besturing dan overdraagt aan een meekijkend bewuste mens!

Vergelijk nu met een roofinsect zoals een libel. Deze heeft een flinke collectie algoritmen in huis om op verschillende insecten te jagen. Bovendien kan hij kiezen uit een verscheidenheid aan tactieken, mede afhankelijk van kenmerken van de omgeving waarin hij jaagt. Toch is zijn zenuwstelsel maar beperkt in omvang. De vraag is nu: vliegt hij rond als een zombie of heeft hij bewustzijn?

Dezelfde vraag kun je ook stellen bij een kat die een muis ziet. Is hier het soort algoritme van een killer robot van toepassing? Natuurlijk is het brein van een kat oneindig veel gecompliceerder dan van een libel. Als de omgeving weinig gecompliceerd is en er geen concurrentie van andere katten is, dan lijkt het voor de hand liggen dat het katten-algoritme om de muis te vangen in stelling wordt gebracht en de kat "als een zombie" die muis zal verschalken. Als de omgeving echter gecompliceerder is en er meerdere gevaren op de loer liggen dan moet er een afweging van mogelijkheden plaats vinden. Daarbij moet je wel bedenken al die algoritmische opties waaruit gekozen moet worden allemaal elektrochemische processen in het neuronen netwerk zijn, die resulteren in emoties (veroorzaakt door hormonale processen). In het algemeen zal waarschijnlijk gekozen worden voor het algoritme met de sterkste emotie. De vraag is nu of dit keuzeproces bewust wordt doorgemaakt?

De overgang van onbewust algoritmisch naar bewust denken lijkt vaag en zou misschien zelfs variabel kunnen zijn. Je kunt immers een standaard werkwijze die faalt, opnieuw bewust rationeel volgen om te zien waar de werkwijze spaak loopt.

Van Dale omschrijft de de toestand "bewustzijn" als "ergens weet van hebben, of beseffen". Het gaat hierbij om informatie die nu of in het verleden verkregen is uit een wisselwerking met de omgeving of zichzelf. Ter onderscheid beschouw ik bewustzijn over zichzelf (zoals "ik besta") als zelfbewustzijn.

Informatie verkregen door wisselwerking met de omgeving beschouw ik als "empirisch" en vindt plaats via onze zintuigen maar ook door "intuïtief aanvoelen". Die informatie wordt verwerkt en opgeslagen in een neuraal netwerk en gaat vaak gepaard met chemische signalen zoals serotonine, dopamine en andere hormonen, die zorgen voor bevestigings-gevoel van de opgeslagen informatie plus eventuele daarbij behorende emotionele connotaties.

De basis van deze neurale netwerken vormen deterministische reacties van neuronen op hun omgeving die met elkaar een algoritme kunnen vormen, zeker als een herhaalde empirische ervaring tot het activeren van hetzelfde neurale netwerk leidt. Het netwerk is adaptief: herhaalde soortgelijke empirische ervaringen leiden tot aanpassingen, nuanceringen en detailleringen, die ook hun plek in het netwerk krijgen en die daarmee gecompliceerder wordt.

De opbouw van dit netwerk geschiedt al van jongs af aan: zelf al in de baarmoeder worden algoritmische netwerken gevormd die allerlei automatische functies hebben en genetisch bepaald zijn (zoals bv. de zuigreflex van de baby aan de moederborst). Een groot deel van de groeiende hersenen is echter nog niet gedetermineerd: het kan allebei netwerken vormen (net zoals bv. stamcellen alles kunnen worden)

Omdat "bewustzijn" en "denken" vaak in samenhang gebruikt worden stel ik voor (als werkdefinitie) het volgende onderscheid te maken:

• "denken" is elke vorm van informatieverwerking. Computers denken dus ook, evenals een thermostaat. Elke vorm van onbewuste informatieverwerken valt onder denken
• "nadenken" is bewust denken, dus een bewuste vorm van informatieverwerking.
• er zijn nog allerlei andere vormen van informatieverwerking, zoals: "intuïtief aanvoelen", "indenken", "meevoelen", die veelal onbewust beginnen, maar wel bewust kunnen worden gemaakt
• Ga uit van een fysieke gebeurtenis waarbij een wisselwerking met een waarnemer plaats vindt. Het resultaat van die waarneming kan op verschillende manieren geïnterpreteerd worden (c.q. een betekenis geven aan het waarnemingsresultaat). Die "verklaring" van de waarneming wordt in een neuraal netwerk opgeborgen en kan ook bewust weer worden opgeroepen. Die mentale weergave is dus niets anders als het resultaat van een neuraal netwerkconstructie. Hierbij wordt het "mentale" een fysiek te traceren netwerkconstructie.
• Mentale toestanden worden dus bepaald door bepaalde neurale netwerkconstructies. Die kunnen onderling ook wisselwerkingen vertonen, net zoals externe fysieke gebeurtenissen. Denk bv. aan het oplossen van de Stelling Van Pythagoras .

Bij kunstmatige intelligentie

Een ander argument dat tegen sterke AI pleit is dat het referentiekader van een computer zich beperkt tot de rationele behandeling van (digitaal verworven) kennis, terwijl mensen een referentiekader hebben dat ook gevuld wordt met zintuiglijke ervaringen die niet in woorden zijn uit te drukken: de zgn. qualia. Je kunt een robot wel uitrusten met sensoren, maar die leveren hooguit een simulatie van zintuiglijke ervaringen op die niet vergelijkbaar is met de qualia-ervaring van mensen. In het bijzonder geldt dat voor het gevoel: een robotcomputer kan nooit een zinnig antwoord geven op de vraag "Hoe voel je je vandaag?" (hij kan natuurlijk wel liegen).

Kennis

De kennis die is opgeslagen in je geheugen kun je onderscheiden in: praktische kennis - weten hoe je iets moet doen of aanpakken en wetenswaardigheden, opgeslagen zintuigelijke ervaringen die ooit zijn waargenomen. Daarnaast is er talige kennis waarmee de verworven kennis kan worden aangeduid en eventueel toegelicht (bv. als theorie)

Over artefacten

Je moet onderscheid maken tussen ontdekkingen en uitvindingen: Bij een ontdekking gaat het om iets wat al bestaat, een uitvinding is iets wat nog niet bestaat en dus "nieuw" is. In beide gevallen krijgt het resultaat betekenis in een (subjectieve) context, die met anderen gedeeld kan worden. Een ontdekking is hooguit in epistemologische zin emergent, omdat het "nieuw" is in de subjectieve context van de waarnemer.

Een uitvinding is emergent omdat het entiteiten samenvat in een nieuwe entiteit, met eigenschappen die niet in de samenstellende entiteiten aanwezig zijn. Het "nieuw" zijn is ook hier een subjectieve beoordeling, die dus niet voor iedereen hetzelfde hoeft te zijn. Voorbeelden: een hamer, een hefboom, de stelling van Pythagoras. Het is evenmin zo dat het bijeenbrengen van de samenstellende onderdelen, automatisch tot een uitvinding leidt. De rol van de uitvinder is hier cruciaal. Dit is een voorbeeld van sterke emergentie.

Over sterke emergentie and downward causation

Neerwaartse oorzakelijkheid is nauw verbonden met het begrip emergentie: de wisselwerking tussen componenten die een emergent verschijnsel veroorzaken kan ook omgekeerd het gedrag van die componenten weer beïnvloeden. De causale werking wordt hier als het ware omgekeerd. Dat is niet strijdig met het causaliteitsprincipe: in beide gevallen gaat het om dezelfde wisselwerking, alleen vanuit een verschillend standpunt bekeken.