Aparitie

Un exemplu mai larg de proprietăți emergente în biologie este văzut în organizarea biologică a vieții , de la nivelul subatomic până la nivelul întregii biosfere . De exemplu, atomii individuali pot fi combinați pentru a forma molecule , cum ar fi lanțuri polipeptidice , care se pliază și se pliază pentru a forma proteine , care la rândul lor creează structuri și mai complexe. Aceste proteine, asumându-și statutul funcțional din conformația lor spațială, interacționează între ele și cu alte molecule pentru a realiza funcții biologice superioare și în cele din urmă a crea un organism . Un alt exemplu este modul în care răspunsurile fenotipice în cascadă detaliate în teoria haosului apar din gene individuale care suferă mutații la poziția corespunzătoare [4] . La cel mai înalt nivel, toate comunitățile biologice din lume formează o biosferă , în care membrii săi umani modelează societățile și interacțiunile complexe ale sistemelor sociale, cum ar fi bursa .

Sisteme fizice neînsuflețite

În fizică , apariția este folosită pentru a descrie o proprietate, o lege sau un fenomen care are loc la scară macroscopică (în spațiu sau timp), dar nu pe cele microscopice , în ciuda faptului că un sistem macroscopic poate fi gândit ca un ansamblu foarte mare de microscopii. sisteme [5] . O proprietate emergentă nu trebuie să fie mai complexă decât proprietățile subiacente neemergente care o dau naștere. De exemplu, legile termodinamicii sunt remarcabil de simple, chiar dacă legile care guvernează interacțiunile dintre particulele constitutive sunt complexe. Astfel, termenul de „apariție” în fizică nu este folosit pentru a desemna complexitatea, ci mai degrabă pentru a distinge ce legi și concepte se aplică scărilor macroscopice și care celor microscopice [6] .

Cu toate acestea, un alt mod, poate mai larg aplicabil, de a înțelege separarea emergentă implică un anumit grad de complexitate, deoarece posibilitatea numerică de a trece de la o proprietate microscopică la una macroscopică vorbește despre „puterea” apariției. Acest lucru este mai bine înțeles având în vedere următoarea definiție din fizică:

„Comportamentul emergent al unui sistem fizic este o proprietate calitativă care poate avea loc numai în limită atunci când numărul componentelor microscopice tinde spre infinit [7] ”. Dar din moment ce nu există cu adevărat sisteme infinite în lumea reală, nu există o noțiune naturală evidentă a unei separări rigide între proprietățile constituenților sistemului și proprietățile întregului emergent. Se crede că mecanica clasică provine din mecanica cuantică , în principiu, dinamica cuantică descrie complet tot ceea ce se întâmplă la nivel clasic. Cu toate acestea, descrierea mișcării unui măr în cădere în termeni de aranjamentul electronilor săi ar necesita un computer mai mare decât dimensiunea universului , cu mai mult timp de calcul decât durata de viață a universului. Astfel, se poate considera aceasta o separare emergentă „puternică”.

Exemple de apariție în sistemele fizice:

• Legile mecanicii clasice apar ca un caz limitativ din regulile mecanicii cuantice , aplicate la mase suficient de mari. Acest lucru este deosebit de ciudat, deoarece mecanica cuantică este în general considerată a fi mai complexă decât mecanica clasică.
• Forțele de frecare apar atunci când se iau în considerare structurile materiei care sunt mai complexe decât particulele elementare , ale căror suprafețe pot transforma energia mecanică în energie termică atunci când se frecă unele de altele. Considerații similare se aplică și altor concepte emergente în mecanica continuu -ului , cum ar fi vâscozitatea , elasticitatea , rezistența la tracțiune etc.
• Teren modelat: forme geometrice distincte și adesea simetrice formate din materialul de pământ în zonele periglaciare.
• Rețele electrice : răspunsul conductiv volumetric al rețelelor electrice binare cu aranjamente aleatorii, cunoscut sub numele de răspuns dielectric universal , poate fi privit ca o proprietate emergentă a unor astfel de sisteme fizice. Astfel de mecanisme pot fi folosite ca simple prototipuri fizice pentru a obține formule matematice pentru reacțiile emergente ale sistemelor complexe [8] .
• Vreme

Temperatura este uneori folosită ca exemplu de comportament macroscopic emergent. În dinamica instantanee clasică , momentul instantaneu al unui număr mare de particule aflate în echilibru este suficient pentru a găsi energia cinetică medie pe grad de libertate , proporțională cu temperatura. Pentru un număr mic de particule, impulsurile instantanee la un anumit moment de timp nu sunt suficiente din punct de vedere statistic pentru a determina temperatura sistemului. Cu toate acestea, folosind ipoteza ergodică , temperatura poate fi găsită cu o acuratețe arbitrară prin medierea suplimentară a impulsurilor pe un timp suficient de lung.

Convecția într-un lichid sau gaz  este un alt exemplu de comportament macroscopic emergent care are sens doar atunci când se iau în considerare diferențele de temperatură. Celulele de convecție, în special celulele Bénard , sunt un exemplu de sistem auto-organizat , sau sistem disipativ , a cărui structură este determinată atât de constrângerile sistemului, cât și de perturbații aleatorii: posibilele realizări ale formei și dimensiunii celulelor depind asupra gradientului de temperatură , precum și asupra naturii fluidului și a formei recipientului, dar care configurații sunt realizate efectiv este determinată de perturbări aleatorii. Astfel, aceste sisteme prezintă ruperea simetriei .

Potrivit lui Laughlin , pentru multe sisteme de particule, nimic nu poate fi calculat exact din ecuațiile microscopice, iar sistemele macroscopice sunt caracterizate prin simetrie întreruptă: simetria prezentă în ecuațiile microscopice este absentă în sistemul macroscopic din cauza tranzițiilor de fază [9] . Ca urmare, aceste sisteme macroscopice sunt descrise în propria terminologie și au proprietăți independente de multe detalii microscopice. Asta nu înseamnă că interacțiunile microscopice nu contează, ci doar că nu le mai vezi - vezi doar efectul renormalizat al acestora. Laughlin pune o întrebare pragmatică: dacă s-ar putea să nu reușiți niciodată să calculați proprietățile macroscopice ale simetriei întrerupte din ecuații microscopice, atunci ce rost mai are să vorbim despre reductibilitate?

Fizica materiei condensate

Înțelegerea teoretică a fizicii materiei condensate este strâns legată de conceptul de apariție, în care multe particule se comportă complet diferit față de componentele sale individuale [10] . Acest termen este folosit pentru a descrie o lege sau un fenomen care se manifestă la nivel macroscopic, dar nu la nivel microscopic, în ciuda faptului că sistemul macroscopic este reprezentat ca un set de sisteme microscopice [11] [12]

De exemplu, o serie de fenomene asociate cu supraconductivitatea la temperatură înaltă sunt puțin înțelese, deși fizica microscopică a electronilor și rețelelor individuale este bine cunoscută [13] . În mod similar, au fost studiate modele de sisteme de materie condensată în care excitațiile colective se comportă ca niște fotoni și electroni , descriind astfel electromagnetismul ca un nou fenomen emergent [14] . Proprietăți emergente pot apărea și la interfața materialelor: un exemplu este interfața dintre aluminatul de lantan și titanatul de stronțiu , unde doi izolatori nemagnetici sunt conectați pentru a crea conductivitate, supraconductivitate și feromagnetism [15] .

Fizică cuantică

În unele teorii ale fizicii particulelor , chiar și structurile de bază, cum ar fi masa , spațiul și timpul, sunt văzute ca fenomene emergente care decurg din concepte mai fundamentale, cum ar fi bosonul Higgs sau șirurile . În unele interpretări ale mecanicii cuantice , percepția unei realități deterministe în care toate obiectele au o anumită poziție , impuls etc. , este de fapt un fenomen emergent, cu adevărata stare a materiei descrisă de o funcție de undă , care nu are neapărat o singură poziţie sau impuls. Chimia , la rândul ei, poate fi văzută ca o proprietate emergentă a legilor fizicii. Biologia (inclusiv teoria evoluției ) poate fi văzută ca o proprietate emergentă a legilor chimiei. În mod similar, psihologia poate fi înțeleasă ca o proprietate emergentă a legilor neurobiologice . În cele din urmă, unele teorii economice înțeleg economia ca o trăsătură emergentă a psihologiei.

Potrivit filozofei Jenanne Ismael , pentru a înțelege fenomenele de localitate și nonlocalitate în fizica cuantică , ar trebui să se considere spațiul ca o structură emergentă [16] :

… trebuie să privim spațiul așa cum îl cunoaștem – spațiul de zi cu zi în care judecăm dimensiunile în diferitele sale părți – ca o structură emergentă . Poate că atunci când ne uităm la două părți, vedem același eveniment. Interacționăm cu aceeași bucată de realitate din diferite părți ale spațiului.

Apariția în societate

Comanda spontană

Grupurile de oameni lăsate în voia lor tind să creeze ordine spontană , mai degrabă decât haosul fără minte de care se tem adesea. A fost observată în societatea umană cel puțin încă de pe vremea lui Chuang Tzu în China antică . Oamenii sunt elementele de bază ale sistemelor sociale care interacționează în mod constant și creează, mențin sau termină legăturile sociale [17] . Legăturile sociale din sistemele sociale se schimbă constant în structura lor. Un bun exemplu este un sens giratoriu , unde mașinile intră și ies cu o organizare atât de eficientă, încât unele orașe moderne au început să înlocuiască semafoarele la intersecțiile problematice cu sensurile giratorii și să obțină rezultate mai bune [18] . Software- ul open source și wiki -urile sunt o ilustrare și mai convingătoare a ordinii spontane. Ori de câte ori există mulți indivizi care interacționează , din tulburare iese un model , o decizie, o structură sau o schimbare de direcție .

În economie

Bursa este un exemplu de apariție pe scară largă. În general, reglementează cu exactitate prețurile relative ale titlurilor de valoare ale companiilor din întreaga lume, dar nu are un lider; când nu există o planificare centrală , nu există o singură organizație care să controleze funcționarea întregii piețe. Agenții sau investitorii cunosc doar un număr limitat de companii din portofoliu și trebuie să respecte reglementările pieței și să analizeze tranzacțiile individual sau în grupuri mari. Tendințele și tiparele apar și sunt studiate intens de analiștii tehnici [19] .

Pe Internet

World Wide Web este un exemplu popular de sistem descentralizat care prezintă proprietăți emergente. Nu există o organizație centralizată care să normalizeze numărul de link -uri , dar numărul de link-uri care indică fiecare pagină urmează o lege a puterii , în care un număr mic de pagini au cele mai multe link-uri și cele mai multe pagini au un număr mic de link-uri. Cu toate acestea, aproape orice pereche de pagini poate fi conectată între ele printr-un lanț relativ scurt de legături. Deși această proprietate este relativ bine cunoscută acum, ea a fost inițial neașteptată într-o rețea nereglementată, care este utilizată împreună cu multe alte tipuri de rețele care au o structură de grafică mondială mică [20] . Traficul pe internet poate prezenta, de asemenea, unele proprietăți emergente. Într-un mecanism de control al congestiei, fluxurile TCP pot fi sincronizate la nivel global la blocaje, crescând și scăzând simultan debitul lor . Congestia rețelei , considerată pe scară largă ca o pacoste, este o proprietate emergentă a propagării blocajelor de rețea în fluxuri mari de trafic , care poate fi considerată ca o tranziție de fază [21] .

Un alt exemplu important de apariție a sistemului web este marcajele sociale . În sistemele de marcaje sociale, utilizatorii atribuie etichete resurselor partajate de alți utilizatori, ceea ce dă naștere tipului de organizare a informațiilor care rezultă din acest proces de crowdsourcing . Studii recente care analizează empiric dinamica complexă a unor astfel de sisteme au arătat că un consens despre distribuțiile stabile și o formă simplă de vocabulare partajate apare chiar și în absența unui vocabular controlat central [22] . Unii cercetători cred că acest lucru se poate datora faptului că utilizatorii care contribuie cu etichetele folosesc același limbaj și împărtășesc aceleași structuri semantice care stau la baza alegerii cuvintelor. Astfel, convergența în tag-urile sociale poate fi interpretată ca apariția unor structuri, atunci când persoanele care au o interpretare semantică similară indexează în comun informațiile online  - are loc un proces numit imitație semantică [23] [24] .

În arhitectura urbană

Structurile emergente apar la multe niveluri diferite de organizare sau ca o ordine spontană . Auto-organizarea emergentă apare adesea în orașe în care nici proiectarea, nici zonarea nu predetermina aspectul orașului [25] . Studiul complex al comportamentului emergent nu este de obicei considerat un domeniu omogen, ci este împărțit în domenii aplicate sau problematice. Arhitecții nu pot proiecta toate pasarelele dintr-un complex de clădiri. În schimb, ele pot permite să apară modele de comportament al pietonilor și apoi să plaseze pavajul pe locul în care au fost plimbați.

Școala de arhitectură a lui Christopher Alexander adoptă o abordare mai profundă a emergenței: ea caută să schimbe însuși procesul de creștere urbană pentru a influența forma acestora, stabilind o nouă metodologie de planificare și proiectare care este asociată atât cu practicile tradiționale, cât și cu urbanismul emergent [26]. ] . Apariția orașelor a fost asociată și cu teoriile complexității urbane [27] și evoluția urbană [28] .

Ecologia clădirii este cadrul conceptual pentru înțelegerea arhitecturii și a mediului construit ca o interfață între elementele de construcție interdependente dinamic, ocupanții acestora și mediul în ansamblu. În loc să privească clădirile ca obiecte neînsuflețite sau statice, ele pot fi văzute ca interfețe sau zone care se intersectează ale sistemelor vii și nevii [29] . Ecologia microbiologică a mediului interior depinde în mare măsură de materialele de construcție , ocupanți, întreținere, contextul ecologic și climatul interior și exterior. Există o relație puternică între chimia atmosferică , calitatea aerului din interior și reacțiile chimice din interior . Produsele chimice pot fi nutritive, neutre sau biocide pentru microorganisme . Microbii produc substanțe chimice care pot afecta materialele de construcție și sănătatea și bunăstarea ocupanților [30] . Oamenii folosesc ventilația, controlează temperatura și umiditatea pentru a atinge confortul cu efectul concomitent asupra microorganismelor care umplu încăperea și se înmulțesc [31] .

Fenomenele emergente din computere au fost folosite și în procesele de proiectare arhitecturală, de exemplu pentru cercetare și experimentare în domeniul materialității digitale [32] .

Limba

Structura și regularitatea gramaticii limbilor și schimbările de limbă sunt un fenomen emergent. În timp ce fiecare vorbitor încearcă pur și simplu să-și atingă propriile obiective de comunicare , el folosește limbajul într-un anumit fel. Dacă un număr mare de vorbitori acționează în același mod, limba se schimbă. Într-un sens mai larg, normele lingvistice, adică acordurile lingvistice între vorbitorii nativi, pot fi privite ca un sistem care apare ca urmare a participării pe termen lung la rezolvarea problemelor de comunicare în diferite condiții sociale [33] .

Vezi și

• Legea creșterii hiperbolice a populației Pământului
• Sinergie
• Peisaj
• evolutie emergenta
• Gestalt
• Supravegherea
• Sinergetice
• Biologia sistemelor
• Științe private

Note

1. ↑ Apariția // Komlev N. G. Dicționar de cuvinte străine . — 2006. (Rusă)
2. ↑ Corning, Peter (2002), „The Re-Emergence of 'Emergence': A Venerable Concept in Search of a Theory”, Complexity , 7 (6): 18-30,
3. ↑ Steven Johnson. 2001. Apariția: viețile conectate ale furnicilor, creierelor, orașelor și software-ului . New York, NY ISBN 0-684-86875-X .
4. ↑ Campbell, Neil și Jane B. Reece. biologie . a 6-a ed. San Francisco: Benjamin Cummings, 2002.
5. ↑ Anderson, Philip W. (09.03.2018). Noțiuni de bază ale fizicii materiei condensate . Presa C.R.C.
6. ↑ Girvin, Steven M.; Yang, Kun (28.02.2019). Fizica modernă a materiei condensate . Cambridge University Press.
7. ↑ Kivelson, Sophia; Kivelson, Steve (2016). „ Definirea apariției în fizică ”. NPJ Quantum Materials . Cercetarea naturii.1.
8. ↑ Almond, D.P.; Budd, CJ; Freitag, M.A.; Hunt, GW; McCullen, NJ; Smith, N.D. (2013). „Originea scalarii emergente a legii puterii în rețelele binare mari”. Fizica A: Mecanica statistică și aplicațiile sale . 392 (4): 1004-1027.
9. ↑ Laughlin, Robert (2005), A Different Universe: Reinventing Physics from the Bottom Down , Cărți de bază, ISBN 978-0-465-03828-2 .
10. ↑ Coleman Piers. Introducere în  fizica multor corpuri . - Cambridge University Press , 2016. - ISBN 978-0-521-86488-6 .
11. ↑ Anderson Philip W. Basic Notions Of Condensed Matter Physics  : [ ing. ] . — CRC Press, 2018-03-09. - ISBN 978-0-429-97374-1 .
12. ↑ Girvin Steven M., Yang Kun. Fizica modernă a materiei condensate  : [ ing. ] . — Cambridge University Press, 28.02.2019. — ISBN 978-1-108-57347-4 .
13. ↑ Înțelegerea apariției (link nu este disponibil) . Fundația Națională de Știință. Preluat la 30 martie 2012. Arhivat din original la 26 octombrie 2012. (nedefinit) 
14. ↑ Levin Michael. Colocviu: Fotonii și electronii ca fenomene emergente  (engleză)  // Reviews of Modern Physics  : journal. - 2005. - Vol. 77 , nr. 3 . - P. 871-879 . - doi : 10.1103/RevModPhys.77.871 . - . - arXiv : cond-mat/0407140 .
15. ↑ Tebano Antonello, Fabbri E., Pergolesi D., Balestrino G., Traversa E. Room-Temperature Giant Persistent Photoconductivity in SrTiO3  / LaAlO3 Heterostructures  // ACS Nano : jurnal. - 2012. - 19 ianuarie ( vol. 6 , nr. 2 ). - P. 1278-1283 . - doi : 10.1021/nn203991q . — PMID 22260261 .
16. ↑ Musser, 2018 , capitolul 6. „Sfârșitul spațiu-timpului”, p. 226.
17. ↑ Luhmann, N. (1995). sistemele sociale . Stanford: Stanford University Press.
18. ↑ A Roundabout Way of Resolving Palo Alto's Midtown Problems, de Patrick Siegman : Articole : Terrain.org . www.terrain.org . Preluat: 25 decembrie 2020. (nedefinit)
19. ↑ Arthur, W. Brian. (2015). Complexitatea și economia . stiinta . 284 . Oxford. pp. 107-9
20. ↑ Albert, Reka; Jeong, Hawoong; Barabási, Albert-Lászlo (9 septembrie 1999). Diametrul World-Wide Web. natura . 401 (6749): 130-131.
21. ^ Smith, Reginald D. (2008), „Dinamica traficului pe internet: auto-asemănarea, auto-organizarea și fenomenele complexe”, Advances in Complex Systems , 14 (6): 905-907.
22. ↑ Valentin Robu, Harry Halpin, Hana Shepherd. Apariția consensului și a vocabularelor partajate în sistemele de etichetare colaborative , ACM Transactions on the Web (TWEB), Vol. 3(4), articolul 14, ACM Press, septembrie 2009.
23. ↑ Fu, Wai-Tat; Kannampallil, Thomas George; Kang, Ruogu (august 2009), „ A Semantic Imitation Model of Social Tagging ”, Proceedings of the IEEE Conference on Social Computing : 66-72.
24. ↑ Fu, Wai-Tat; Kannampallil, Thomas; Kang, Ruogu; El, Jibo (2010), „Imitația semantică în etichetarea socială”, ACM Transactions on Computer-Human Interaction , 17 (3): 1-37.
25. ↑ Krugman, Paul (1996), The Self-Organizzing Economy , Oxford: Blackwell, ISBN978-1-55786-698-1,
26. ↑ Călătoria către Apariție | Urbanism Emergent . emergenturbanism.com . Preluat: 27 decembrie 2020. (nedefinit)
27. ↑ Batty, Michael (2005), Cities and Complexity , MIT Press.
28. ↑ Marshall, Stephen (2009), Cities Design and Evolution , Routledge
29. ↑ Fișă informativă:   Ecologia clădirii ? . microBEnet: microbiologia rețelei de mediu construit (26 mai 2011). Preluat: 27 decembrie 2020.  (nedefinit)
30. ↑ BuildingEcology.com - Hal Levin,   Editor ? . Preluat: 27 decembrie 2020.  (nedefinit)
31. ↑ microBEnet: microbiologia   rețelei de mediu construit ? . microBEnet: microbiologia rețelei de mediu construit . Preluat: 27 decembrie 2020.  (nedefinit)
32. ↑ Roudavski, Stanislav și Gwyllim Jahn (2012). „ Emergent Materiality through an Embedded Multi-Agent System ”, în a 15-a Conferință Generative Art, ed. de Celestino Soddu (Lucca, Italia: Domus Argenia), pp. 348-363.
33. ^ Keller, Rudi (1994), On Language Change: The Invisible Hand in Language , Londra/New York: Routledge.

Literatură

• George Masser. Nonlocalitate. Un fenomen care schimbă ideea de spațiu și timp și semnificația acestuia pentru găurile negre, Big Bang și teoriile tuturor = Musser George. Acțiune înfricoșătoare la distanță. - Alpina non-fiction , 2018. - ISBN 978-5-91671-810-2 .
• Elfimov G. M. Conceptul de „nou” în teoria evoluției emergente. // Consultanță in management. SPb., 2009. - Nr. 1. - P. 187-222.

Dicționare și enciclopedii	Britannica (online) Britannica (online) Britannica (online)