Emergentie

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Naar navigatie springen Naar zoeken springen
Een termietenheuvel is een klassiek voorbeeld van emergentie

Emergentie is een begrip dat met name centraal staat in de systeemtheorie en de wetenschapsfilosofie. Het betreft vaak de ontwikkeling van complexe georganiseerde systemen, die bepaalde eigenschappen vertonen die niet herleidbaar zijn door louter een reductie van hun samenstellende delen. Door interactie ontstaan eigenschappen, patronen, regelmatigheden en/of geheel nieuwe entiteiten. Een mogelijke definitie is:

  • Een emergent verschijnsel ontstaat door interactie van factoren (die van alles zijn kunnen zijn: objecten, golven, krachten, ideeën) waardoor nieuwe entiteiten (objecten, patronen, reacties, inzichten) ontstaan die kenmerken/eigenschappen hebben die niet herleidbaar zijn uit eigenschappen van samenstellende/onderliggende factoren/bouwstenen.

Dat betekent niet dat zo'n emergent "onverklaarbaar" is: eenmaal gevonden of ontdekt kun je, terug redenerend, wel nagaan hoe het ontstaan kan zijn (waarbij toevalsfactoren vaak een rol spelen ). Er is dan sprake van een gelukkige combinatie van toevallig aanwezige factoren/bouwstenen (soms een hyperstructuur genoemd, zie Nils A. Baas and Claus Emmeche: On Emergence and Explanation). Emergentie is dus altijd het resultaat van een wisselwerking.
Kenmerken en gevolgen van emergentie zijn:

  • Het nieuwe, emergente verschijnsel is alleen waarneembaar voor waarnemers/systemen die op dezelfde schaal of groter werkzaam zijn. I.h.b. geldt dat voor emergente verschijnselen die, door onderlinge wisselwerking aanleiding kunnen geven voor het ontstaan van nieuwe emergente verschijnselen, zoals bv. in een levende cel gebeurt.
  • Deze laatste eis betekent dat emergentie een relatief begrip is, omdat het optreden van emergentie afhangt van het perspectief van de waarnemer.
  • Een "Theorie van Alles" gaat uit van een reductionistische verklaring van "Alles". Emergentie beweert juist het tegenovergestelde: er zijn talloze verschijnselen die niet reductionistisch verklaard kunnen worden uit eigenschappen van hun samenstellende onderdelen, hetgeen overigens niet betekent dat het ontstaan van zo'n emergent verschijsel niet deterministisch gesimuleerd kan worden (zie hiervoor de voorbeelden).
  • Men kan onderscheid maken tussen objectieve en subjectieve emergentie: subjectieve emergentie[1] wordt louter bepaald door het perspectief van de waarnemer. Bv. alle zintuiglijke opgeroepen sensaties: licht en kleur (bv. de regenboog), smaak, geur, geluid en gevoel en ook hallucinaties worden strikt persoonlijk vanuit het perspectief van de waarnemer ervaren. Objectief is een emergent verschijnsel indien deze ook aanwezig is "zonder dat er iemand waarneemt": bv. eigenschappen als de vloeibaarheid van water en de ijskristalvorming bij 0 C. Vaak treden beide tegelijk op: bv. de muziek die een orkest speelt is een objectief emergent verschijnsel, maar de emotie die het bij verschillende luisteraars oproept is weer subjectief emergent.

Emergentie/determinisme/superveniëntie[bewerken]

Het determinisme, waarbij oorzaak en gevolg relaties nauwkeurig op elkaar zijn afgestemd faalt dus in het verklaren van optredende emergente verschijnselen. Bij emergentie draait het om wisselwerkingen, waarvan het resultaat niet bij voorbaat (zoals in het determinisme) vaststaat. In simpele gevallen (bv. het gedrag van autofiles, zwermen spreeuwen, visscholen en cellulaire automaten)kan door simulatie m.b.v. algoritmes wel een toestand gecreëerd worden waar emergentie mogelijk is, maar de uiteindelijke herkenning van het emergente gedrag gebeurt door de waarnemer zelf vanuit zijn perspectief.
Superveniëntie is een bijzondere vorm van emergentie waarbij er een één-op-één relatie bestaat tussen het emergente (superveniërende) verschijnsel en zijn onderliggende bouwstenen. Zo supervenieert een molecuul boven zijn samenstellende atomen. En in de biologie supervenieert het fenotype over het genotype: een mutatie in de genen heeft direct repercussies voor het fenotype dat daar het gevolg van is. Er is hier sprake van een causaal verband, maar geen deterministisch verband. De meeste emergente verschijnselen hebben echter niet één oorzaak, maar zijn het resultaat van een veelheid van oorzaken.

Voorbeelden[bewerken]

  • Kleur: individuele atomen hebben geen kleur, maar wanneer een (groot) aantal atomen op een bepaalde wijze gerangschikt zijn, dan zijn ze in staat om licht van bepaalde golflengtes te absorberen of te emitteren, waardoor een kleur zichtbaar wordt. Kleur is in dit geval een emergente eigenschap.[2]
  • Temperatuur: De ervaring van temperatuur, warmte en koude, wordt veroorzaakt door de energie, de snelheid, van een groot aantal moleculen. Bijvoorbeeld de botsende luchtmoleculen van de lucht op de huid doet de ervaring van temperatuur ontstaan, maar moleculen zelf hebben geen temperatuur.
  • Vloeibaarheid: bijvoorbeeld van water bij kamertemperatuur, dat bestaat uit zeer vele watermoleculen die elk afzonderlijk niet vloeibaar zijn.
  • Leven in biologische zin wordt ook als een emergente eigenschap beschouwd. Een cel bestaat namelijk uit vele organische moleculen. De individuele organische moleculen leven niet, maar de complexe interacties tussen al die organische moleculen zorgen ervoor dat de cel zich in leven kan houden. Het geheel (leven) is dus meer dan de som der delen (organische moleculen).
  • Bewustzijn wordt door velen gezien als een emergent verschijnsel dat optreedt bij een voldoende complex neuraal netwerk. Dat roept dan weer de vraag op of een computer met een voldoende complex netwerk van parallele processoren "bewustzijn" kan worden toegekend.
  • Entropie is een voorbeeld van subjectieve emergentie: het perspektief van de waarnemer die een geordende structuur (=lage entropie) ziet, waarbij hij de onderliggende microstructuur veronachtzaamt, creëert voor zichzelf het beeld van een lage entropie. [3]
  • Ruimte en tijd kunnen gezien worden als kwantummechanische verstrengelingsentropie en als emergente eigenschappen.[4][5]
  • De werking van een katalysator (bv. een enzym) wordt pas emergent als hij in de buurt komt van geschikte chemische stoffen om een reactie te bewerkstelligen.
  • Uitvindingen en alle artefacten (bv. kunstwerken) kunnen als emergent worden beschouwd omdat hier samenstellende onderdelen op een bijzondere manier worden gecombineerd, waardoor het geheel andere/nieuwe eigenschappen krijgt. Dat geldt ook op het geestelijke vlak: een nieuw inzicht of zienswijze bij de oplossing van een probleem kan als emergent worden beschouwd.

Schakelen tussen niveaus[bewerken]

Zo bezien is dus bijna alles wat zich aan ons voordoet emergent. Maar hierin zijn wel verschillende niveaus te onderscheiden: In de Deeltjesfysica bestudeert men elementaire wisselwerkingen, die op hun beurt wellicht uit snaren bestaan. Een emergentiestap hoger is de bouw van een atoom, terwijl een molecuul weer uit atomen bestaat. Op dit moleculaire niveau is de scheikunde en de Vastestoffysica bezig, terwijl de microbiologie zich weer met nog complexere moleculen bezig houdt. Op elk niveau worden weer nieuwe emergente eigenschappen ontdekt, die kenmerkend zijn voor dat niveau. Elk wetenschappelijk specialisme houdt zich dus bezig met het onderzoek naar emergente verschijnselen die passen bij dat niveau. Interdisciplinair onderzoek naar emergentie wordt in Nederland gepubliceerd op het het platform DIEP(Dutch Institute for Emergent Phenomena).

Sterke en zwakke emergentie[bewerken]

Er wordt onderscheid gemaakt tussen sterke en zwakke emergentie. Bij zwakke emergentie blijven de samenstellende onderdelen onafhankelijk van elkaar. De wisselwerking waardoor een emergent verschijnsel ontstaat is tijdelijk van aard (bv. een draaikolk, een vlucht spreeuwen, een autofile, paniek in een mensenmassa). Bij sterke emergentie verliezen de samenstellende onderdelen hun onafhankelijkheid en vormen een nieuwe, emergente, hyperstructuur die min of meer stabiel is (bv. een chemische reactie, kristalvorming, kernfusie, evolutie, een artefact). Het onderscheid is niet altijd even scherp te maken: zijn de mieren in een mierenkolonie onafhankelijk van elkaar? En is dus de kolonie zwak emergent? Ook een cellulaire automaat is een onduidelijk geval van emergentie.

Filosofische betekenis[bewerken]

Het gegeven dat emergentie pas betekenis heeft vanuit een macroscopisch perspectief heeft tot gevolg dat emergente eigenschappen geen universele geldigheid hebben zoals bv. de wetten van de klassieke en quantummechanica die wel hebben. Niettemin is het evident dat niveaus van toenemende complexiteit overal in wereld als emergent verschijnsel waarneembaar zijn. Het feit dat emergentie altijd het gevolg is van een wisselwerking (waaronder ook de wisselwerking met een waarnemer) ondersteunt de opvattingen van de relationele quantummechanica[6]. Deze visie huldigt de opvatting dat de werkelijkheid uitsluitend uit wisselwerkingen bestaat, i.h.b. de wisselwerking met een waarnemer/meetinstrument.

Zie ook[bewerken]

Literatuur[bewerken]

  • De ontdekking van de aarde, Pieter Westbroek, 2012

Externe Links[bewerken]

  • Dutch Institute for Emergent Phenomena DIEP
  • http://www.nbi.dk/~emmeche/coPubl/97d.NABCE/ExplEmer.html
  • Manus Visser over Emergentie; temperatuur, vloeibaarheid van water, wrijving, kleur. Geraadpleegd 7 maart 2018.
  • [zie bv. Carlo Rovelli: Het mysterie van de tijd (Prometheus, Amsterdam, 2018) waarin hij ook uitlegt dat "tijd" een emergent verschijnsel is, samenhangend met "entropie"]
  • Esc.fnwi.uva.nl Manus Visser: Over de oorsprong van ruimte en tijd, Inleiding Masterscriptie Theoretische Natuurkunde Universiteit van Amsterdam, zonder jaar. Geraadpleegd 25 juni 2017.
  • Quantumuniverse.nl Manus Visser en Marcel Vonk: Emergente zwaartekracht en het donkere heelal. Geraadpleegd 25 juni 2017.
  • [Rovelli, C.: "Relational Quantum Mechanics"; International Journal of Theoretical Physics 35; 1996: 1637-1678; arXiv:quant-ph/9609002.