termití „katedrální“ mohyla, kterou vyrobila termití kolonie: klasický příklad vzniku.
Emergence je proces tvorby složitých vzorů z jednodušších pravidel.
To může být dynamický proces (probíhající v čase), jako je vývoj lidského těla po tisíce po sobě jdoucích generací; nebo vznik může probíhat v různých velikostních škálách, jako jsou interakce mezi velkým počtem neuronů produkujících lidský mozek schopný myšlení (i když jednotlivé neurony nejsou jednotlivě schopné myšlení). Původní termín byl „kategorické novum“ vytvořený Nicolaiem Hartmannem.
Aby mohl být jev označován jako emergentní, měl by být obecně nepředvídatelný z popisu nižší úrovně. Na úplně nejnižší úrovni jev obvykle vůbec neexistuje nebo existuje pouze ve stopovém množství: je neredukovatelný. Jednoduchý jev, jako je pravděpodobnost nalezení rozinky v plátku koláče, který roste s velikostí porce, tedy zpravidla nevyžaduje teorii vzniku k vysvětlení. Může však být prospěšné považovat „vznik“ struktury koláče za poměrně složitý výsledek procesu pečení a směsi ingrediencí.
Stejně jako inteligence v AI je to ústřední pojem v
složitých systémech, přesto je těžké ho definovat a je velmi kontroverzní. Neexistuje vědecký konsenzus o tom, co jsou slabé a silné formy vzniku, nebo o tom, nakolik by se mělo na vznik obecně spoléhat jako na vysvětlení. Zdá se nemožné jednoznačně rozhodnout, zda by se měl jev považovat za emergentní.
Někdy se termín používá v hovorovém významu emerze nebo vzhledu.
Jeden z možných grafických pohledů na princip vzniku, jak je popsán v knize Rogera Lewina „Complexity – Life at the Edge of Chaos“, obr. 10, strana 189.
Jedním z důvodů, proč je těžké předvídat vznikající chování, je skutečnost, že počet interakcí mezi složkami systému se kombinatoricky zvyšuje s počtem složek, což potenciálně umožňuje vznik mnoha nových a subtilních typů chování. Například možné interakce mezi skupinami molekul enormně rostou s počtem molekul tak, že je nemožné, aby počítač spočítal počet uspořádání pro systém tak malý jako 20 molekul.
Na druhou stranu pouhé velké množství interakcí samo o sobě nestačí k zaručení emergentního chování; mnoho interakcí může být zanedbatelných nebo irelevantních nebo se mohou navzájem vyrušit. V některých případech může velké množství interakcí ve skutečnosti působit proti vzniku zajímavého chování tím, že vytváří velký „šum“, aby přehlušil jakýkoli vznikající „signál“; emergentní chování může být třeba dočasně izolovat od jiných interakcí, než dosáhne dostatečného kritického množství, aby bylo soběstačné. Vznik tedy nepodněcuje jen samotný počet propojení mezi složkami; je to také způsob, jakým jsou tato propojení organizována. Hierarchická organizace je jedním z příkladů, který může generovat emergentní chování (byrokracie se může chovat zcela jinak než jednotliví lidé v této byrokracii); ale možná ještě zajímavější je, že emergentní chování může vzniknout i z decentralizovanějších organizačních struktur, jako je například tržiště. V některých případech musí systém dosáhnout kombinovaného prahu diverzity, organizace a konektivity, než se emergentní chování objeví.
Nezamýšlené následky a vedlejší účinky úzce souvisí s emergentními vlastnostmi.
Luc Steels píše o systému s „emergentní funkčností“ ve své práci
Towards a Theory of Emergent Functionality:
„Komponenta má určitou funkčnost, která však není rozpoznatelná jako subfunkce globální funkčnosti. Místo toho komponenta implementuje chování, jehož vedlejší účinek přispívá ke globální funkčnosti […] Každé chování má vedlejší účinek a součet vedlejších účinků dává požadovanou funkčnost“. Jinými slovy, globální nebo makroskopická funkčnost systému s „emergentní funkčností“ je součtem všech „vedlejších účinků“, všech emergentních vlastností a funkcí.
Systémy s emergentními vlastnostmi nebo emergentními strukturami se mohou zdát, že se vzpírají entropickým
principům a druhému termodynamickému zákonu, protože vytvářejí a zvyšují řád navzdory
nedostatku příkazů a centrálního řízení. To je možné, protože otevřené systémy mohou
extrahovat informace a řád z prostředí.
Emergence pomáhá vysvětlit, proč je fallace dělení fallací. Podle emergentní perspektivy se inteligence vynořuje ze spojení mezi neurony a z této perspektivy není nutné navrhovat „duši“, aby se počítalo s tím, že mozek může být inteligentní, i když jednotlivé neurony, z nichž je tvořen, inteligentní nejsou.
Emergentní chování je také důležité ve hrách a herním designu. Například pokerová hra, zejména v neomezených formách bez rigidní sázkové struktury, je do značné míry řízena emergentním chováním. Například žádné pravidlo nevyžaduje, aby se kterýkoli hráč složil, ale obvykle tak mnoho hráčů činí. Protože je hra řízena emergentním chováním, může být hra u jednoho pokerového stolu radikálně odlišná od hry u druhého, zatímco pravidla hry jsou naprosto stejná. Variace her, které se vyvíjejí, jsou příklady emergentní metahry, převládajícího katalyzátoru vývoje nových her.
Na poli videoher lze příklady vzniku nalézt ve hrách jako Sim City, The Legend of Zelda a v novém konceptu her „otevřeného světa“, jako jsou GTA a The Godfather. Také v nekomerčních produktech, jako je Conway’s Game of Life a další pokusy o tvorbu softwaru pomocí evolučních prostředků.
Vznikající stavby v přírodě
Vznikající struktury jsou vzory, které nejsou vytvořeny jedinou událostí nebo pravidlem. Neexistuje nic, co by systému přikazovalo vytvořit vzor, ale místo toho interakce každé části s jejím bezprostředním okolím způsobuje složitý proces, který vede k řádu. Dalo by se dojít k závěru, že vznikající struktury jsou více než součet jejich částí, protože vznikající řád nevznikne, pokud jednotlivé části prostě existují vedle sebe; interakce těchto částí je stěžejní.
Biologickým příkladem je mravenčí kolonie. Královna nedává přímé rozkazy a neříká mravencům, co mají dělat. Místo toho každý mravenec reaguje na podněty v podobě chemické vůně z larev, jiných mravenců, vetřelců, potravy a hromadění odpadu a zanechává za sebou chemickou stopu, která následně poskytuje podnět dalším mravencům. Zde je každý mravenec autonomní jednotkou, která reaguje pouze v závislosti na svém místním prostředí a geneticky zakódovaných pravidlech pro svou odrůdu mravenců. Navzdory nedostatku centralizovaného rozhodování vykazují mravenčí kolonie složité chování a dokonce byly schopny prokázat schopnost řešit geometrické problémy. Například mravenčí kolonie běžně zjišťují maximální vzdálenost od všech vchodů do kolonie, aby se zbavily mrtvých těl.
Kromě vylíhnutí v mravenčích koloniích, což je podobně jako u jiných vznikajících struktur
u společenského hmyzu založeného především na feromonech a chemických vůních, lze vylíhnutí
pozorovat v hejnech a rojích. Flocking je
dobře známé chování mnoha živočišných druhů od rojících se kobylek až po
ryby a ptáky. Emergentní struktury jsou oblíbenou strategií
vyskytující se v mnoha zvířecích skupinách: v koloniích mravenců,
hromadách termitů, rojích včel, hejnech ptáků,
stádech savců, hejnech/hejnech ryb a smečkách vlků.
Vznikající struktury lze nalézt v mnoha přírodních jevech,
od fyzikální po biologickou oblast.
Prostorová struktura a tvar galaxií je emergentní vlastnost, která charakterizuje rozsáhlé rozložení energie a hmoty ve vesmíru. Povětrnostní jevy s
podobnou formou, jako jsou hurikány, jsou také emergentní vlastnosti. Mnozí spekulují,
že vědomí a život sám jsou emergentní vlastnosti
sítě mnoha interagujících neuronů, respektive složitých molekul.
Existuje také názor, že počátek a vývoj samotné evoluce lze považovat za emergentní vlastnost fyzikálních zákonů v našem vesmíru, nebo naopak opačný názor, že fyzikální zákony mají jako své složky vzniklé v průběhu času (v takovém případě by nejzákladnějšími principy ve vesmíru byly „evoluce“ a „vznik“).
Emergence in culture and engineering
Vznikající procesy nebo chování lze pozorovat na mnoha místech, od jakéhokoli mnohobuněčného biologického organismu až po dopravní vzorce, města nebo organizační jevy v počítačových simulacích a buněčných automatech. Akciový trh je příkladem vzniku ve velkém měřítku. Jako celek přesně reguluje relativní ceny společností po celém světě, přesto nemá žádného vůdce; neexistuje jediný subjekt, který by kontroloval fungování celého trhu. Agenti nebo investoři mají znalosti pouze o omezeném počtu společností v rámci svého portfolia a musí se řídit regulačními pravidly trhu. Prostřednictvím interakcí jednotlivých investorů vzniká složitost akciového trhu jako celku.
World Wide Web (WWW) je oblíbeným příkladem decentralizovaného systému vykazujícího nové vlastnosti. Neexistuje žádná centrální organizace, která by přidělovala počet odkazů, přesto se počet odkazů směřujících na každou stránku řídí mocenským zákonem, ve kterém je několik stránek spojeno mnohokrát a většina stránek je s nimi spojena jen zřídka. Související vlastností sítě odkazů v celosvětovém webu je, že téměř každá dvojice stránek může být navzájem propojena prostřednictvím relativně krátkého řetězce odkazů. I když je tato vlastnost dnes již poměrně známá, v neregulované síti byla zpočátku neočekávaná. Je sdílena s mnoha dalšími typy sítí, které se nazývají sítě malého světa.
Vznikající struktury se objevují na mnoha různých úrovních organizace nebo jako spontánní řád. Vznikající sebeorganizace se často objevuje ve městech, kde žádný plánovací nebo územní celek nepředurčil uspořádání města. Interdisciplinární studium vznikajícího chování se obecně nepovažuje za homogenní obor, ale rozděluje se mezi jeho aplikační nebo problémové oblasti.
Na rozdíl od behaviorálních věd nemusí být emergentní vlastnost složitější než základní neeemergentní
vlastnosti, které ji vytvářejí. Například zákony termodynamiky jsou pozoruhodně jednoduché, i když zákony, které upravují interakce mezi částicemi složek, jsou složité. Termín vznik ve fyzice se tedy nepoužívá k označení složitosti, ale spíše k rozlišení, které zákony a pojmy se vztahují na makroskopické stupnice a které na
mikroskopické stupnice.
Všimněte si, že termín „vznik“ není obecně v akademické sféře dobře přijímán, zejména mezi těmi, kteří se touto oblastí zabývají. Tento termín je považován za nesmyslný a nejednoznačný, podobně jako mnoho termínů v nových (dalo by se říci „vznikajících“) oborech v oblasti webových technologií.
Články z oblasti robotiky: