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湧現

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突現
過程類型、​屬性類型、​哲學概念
上級分類出現、​屬性 編輯
話題方面複雜、​相互作用 編輯
特性整合層次 編輯
水分子聚集後組成了雪花是一個物理上的創發現象。
一個由白蟻產生一個白蟻塔是一個自然界典型湧現的例子

湧現（英語：emergence）或稱創發、突現、呈展、演生，是一種現象，為許多小實體相互作用後產生了大實體，而這個大實體展現了組成它的小實體所不具有的特性。

湧現在整合層次和複雜系統理論中起着核心作用。例如，生物學中的生命現象是化學的一個湧現。

在哲學中，強調湧現特性的理論被稱為湧現論。[1]

哲學

主條目：湧現論

哲學家常將湧現理解為關於系統性質的原因論主張。在這種情況下，一個系統的湧現性質指只屬於整個系統的特徵，而不屬於系統任一組成部分的性質。尼古拉·哈特曼（1882–1950）是最早研究湧現的現代哲學家之一，他稱其為categorial novum（「新類別」）。

定義

許多人都曾定義過「湧現」這個概念，包括亞里士多德[2]、約翰·斯圖爾特·密爾[3]、朱利安·赫胥黎[4]與喬治·亨利·劉易斯（英語：George Henry Lewes）[5]。傑弗里·戈斯坦（英語：Jeffrey Goldstein）則對湧現作以下定義：[6]

複雜系統中在自我組織的過程中，所產生的各種新奇且清晰的結構、圖案、和特性。

湧現中有兩種學派的看法：弱湧現中，元素層面的互動會造成新的特質出現，而突現特質可以化約到其個別的成分，通常是決定論者的觀點；強湧現裏，新特質是無法化約的，是超過各部分的總和的。[7]

哲學家喬治·亨利·劉易斯在1875年創造了「湧現」一詞，將其與單純的「結果」區分開來：

每個結果都是分力的和或差；方向相同為和，相反為差。此外，每個結果都可以清楚地追溯到其組成，因為它們都同質、可通約。至於湧現則不然，湧現不是可測運動的加和，也不是同類事物間的加和，而是不同質事物間互動的結果。湧現與其組成不同，不僅因為不可約，而且湧現出的事物無法還原為組成的和或差。[8][9]

1999年，經濟學家傑弗里·戈斯坦在期刊《湧現》（Emergence）上提出了湧現現象的現行定義：[10]「在複雜系統的自組織過程中，出現的新的連貫結構、模式或性質」。

2002年，系統科學家彼得·科寧（英語：Peter Corning）更詳細地描述了戈斯坦的定義：

共同特點有(1) 根本的新穎性（以前在系統中沒有觀測到）；(2) 連貫性或相關性（在一段時間內整體相對穩定）；(3) 宏觀水平（即有一定的「整體性」屬性）；(4) 是動態過程的產物（會演化）；(5) 「有形」（可被感知、觀測）。[11]

科寧提出的是較窄的定義，要求各組成在種類上不相似，並表現出分工。他還說生命系統理論（與國際象棋比較）雖然也是湧現，但歸結不出湧現的基本規律：

規律與法則沒有因果效力，它們事實上沒有「產生」任何東西。它們只是用於描述自然界的規律性和一致性關係。這些模式可能十分重要、非常有啟發性，但背後的因果關係必須被單獨指定（雖然往往不是這樣）。拋開這一點不談，象棋說明了 ... 為什麼任何關於湧現和演化的規律與法則都不充分。即使是在象棋中，也不能用規則來還原歷史——即任何給定棋局的歷程。事實上，你甚至無法可靠預測下一步要怎麼走。為什麼？因為「系統」設計的不僅僅是遊戲規則，還包括棋手和他們在每個選擇點大量可能選項中不斷進行的逐時刻決定。象棋因此不可避免地具備了歷史性，雖然也受一套規則的制約與塑造，遑論物理定律。此外，象棋還是由目的學、控制論、反饋驅動影響形成的遊戲，不是一個簡單的自組織過程，而涉及到一個有組織、「有目的」的活動。[11]

強湧現與弱湧現

「湧現」這一概念的使用，一般可分為兩個角度，即「強湧現」和「弱湧現」。哲學家Mark Bedau的一篇論文《弱湧現》討論了這種劃分。就物理系統而言，弱湧現是一種湧現類型，湧現的屬性可通過計算機模擬或類似形式的事後分析實現還原（如交通擁堵的形成、運動中鳥群或魚群的結構、星系的形成等等）。模擬中至關重要的是，相互作用的成員要保持相互獨立，否則就變成了強湧現：會形成新的實體，伴有新湧現出的特徵。有人認為強湧現無法被模擬、分析或還原。

兩者的共同點有，湧現指的是隨着系統規模增加而產生的新屬性：即不屬於系統組成部分的屬性。此外，它還假定這些屬性具有隨附性，而不是形而上的原始屬性。[12]

弱湧現描述了系統中由於基本層面的相互作用產生的新屬性。但Bedau規定， 這些屬性不能由任何還原主義分析得到，只能通過觀察或模擬系統來確定。因此，新屬性與規模有關：只有當系統大到足以表現出這種現象時，才能被觀察到。混沌、不可預測行為也可看做一種湧現，而混沌的每個微觀行為都可被完全確定。

Bedau指出，弱湧現不是一種普遍的形而上學解決方案，因為意識是弱湧現的假設無法解決關於意識物理性的傳統哲學問題。但Bedau的結論是，這種觀點提供了一個精確的概念：湧現參與了意識；其次，弱湧現的概念在形而上學中是良性的。[12]

強湧現描述的則是高級系統對組成的直接因果作用：以這種方式產生的性質以及系統原先的組成無法還原出來。[13]因此，強湧現不可能系統模擬，因為模擬本身就構成了系統對組成的還原。[12]物理學缺乏公認的強湧現例子，除非聲明在實踐中不可能用部分來解釋整體。實際上，實踐上的不可能要優於現有定義，因為前者更容易確定和量化，而且不會涉及任何神秘力，僅僅反映了我們能力的極限。[14]

反對劃分

但生物學家彼得·科寧堅稱「關於是否能從部分預測整體的討論忽略了這一點。整體確實可以產生獨特的性質，但其中許多可能來自系統整體與環境的相互作用。」[15]根據他的協同作用假說，[16][17]Corning還稱：「正是整體產生的協同效應才是自然界複雜性演變的根本原因。」小說家阿瑟·庫斯勒用雅努斯的比喻（象徵開/關、和平/戰爭等互補基礎上的統一性）來說明這兩種分類（強與弱，或整全觀與還原論）應是非排他的，應該共同解決出現的問題。[18]理論物理學家PW Anderson這樣認為：

將一切都歸結為簡單基本規律的能力並不意味着有能力從這些規律出發，重建宇宙。在面對規模和複雜度的雙重困難時，還原主義假說便崩潰了。在每個複雜度層次上，都會出現全新的性質。心理學不是應用生物學，生物學也不是應用化學。我們現在可以看到，整體不僅變得更多，而且與部分的總和也非常不同。[19]

強湧現的可行性

一些思想家質疑強湧現的合理性，認為它違反了我們對物理學的通常理解。Mark A. Bedau指出：

儘管強湧現在邏輯上是可能的，但卻像魔術一樣讓人不舒服。根據定義，強湧現不能來自微觀層面潛能的聚合，那麼隨附的這樣一種不可忽略的向下因果力該從何產生？這樣的因果力將異於我們科學範圍內的任何東西。不僅合理形式的唯物主義會排斥這種東西，其神秘性還會加劇傳統上關於湧現的擔憂：湧現意味着不合任何規律的無中生有。[20]

強湧現可能會導致因果過度決定（英語：Overdetermination）。典型例子如分別監督隨附於物理狀態（P、P∗）的心理狀態（M和M*），其中心理狀態顯然是從物理狀態湧現的屬性。令M∗監督P∗，那麼當M導致了M∗時會發生什麼？金在權認為：

在我們上面的例子中，我們得出結論：M通過引起P∗導致了M∗，所以M導致了P∗。現在，M作為湧現，一定有個物理基礎，如P。現在我們面臨一個關鍵問題：如果M從P湧現而來，為什麼P不能取代M，作為M產生的給定效應的原因？為什麼不能說是P的變化導致了M的所有所謂效應？如果因果關係被理解為法理上的充分性，那麼P作為M出現的基礎，對它來說有着法理上的充分性；而M作為P*的原因，對P*來說也是法理上的充分性。由此可見，P對P*來說也是法理上充分的，因此有資格成為它的因…若M以某種方式被保留為因，我們就面臨一個非常不確定的局面：每個下向因果都涉及過度決定（因為P也是P*的一個原因）。此外，這在任何情況下都違反了湧現論的精神：湧現應有獨特的因果貢獻。[21]

若M導致了M∗，那麼M∗就被過度決定了，因為P也是M∗的因。一個強湧現論者可以採取否認下向因果的手段，但這將消除提出其的理由，即湧現的心理狀態必須監督物理狀態，反過來又會使物理主義受到質疑，因此對一些哲學家和物理學家來說是不可取的。

同時，其他人也在努力開發強湧現的分析性證據。2009年，Gu等人提出了一類宏觀上不可計算的無限物理系統。[22][23]更確切地說，如果能從微觀描述中算出系統的宏觀性質，那麼計算機科學中一些不可解問題便能得到解決。這些結果涉及無限的系統，一般認為有限的系統都可計算出來。然而，只適用於無限系統極限的宏觀概念，如相變和重整化群對於理解、模擬真實的有限物理系統是十分重要的。Gu等人的結論是：

儘管宏觀概念對於理解我們的世界至關重要，但基礎物理的大部分內容都試圖尋找所謂「萬物理論」，即一套能完美描述所有基本粒子行為的方程組。這樣的理論將使我們能從微觀推導出所有宏觀行為，至少在原則上可以做到，據此有觀點稱這就是科學的終極目標。我們發現的證據表明，這種想法似乎過於樂觀了。「萬物理論」確實是完整理解宇宙所需的諸多事物之一，但不一定是唯一。從第一原理發展出的宏觀規律可能不僅涉及系統邏輯，還可能要通過實驗、模擬或洞察等手段提出猜想。[22]

湧現與互動

湧現結構是通過許多實體的集體行動而出現的模式。亞里士多德認為，湧現結構多於各部分的加和，[24] 因為如果各部分相互獨立行動，就不會出現湧現的秩序。但也有人不同意。[25]根據這一論點，每個部分與環境的相互作用會引起一連串複雜的過程，從而表現為某種形式的秩序。事實上，自然界中的一些系統表現出基於組成部分相互作用的湧現，而其他一些系統表現出的湧現，至少在目前無法這樣還原。特別是理論物理中的重整化方法，使科學家能夠研究不能視作各部分簡單組合的系統。[26]

客觀或主觀質性

Crutchfield認為，任何系統的複雜性和組織的性質都是由觀察者決定的主觀質性（英語：Quality (philosophy)）。

定義結構、檢測自然界中複雜度的湧現本質上是主觀的，也是不可或缺的科學活動。建立模型的觀察者如何從觀測中推斷出嵌入非線性過程的計算能力，對這一過程的分析雖然比較困難，但對解決問題有所幫助。觀察者對其環境中什麼有序、什麼隨機、什麼複雜的概念，直接取決於計算資源：原始測量數據的數量、大小及可用於估計和推理的時間。不過，資源的組織方式更關鍵也更微妙地決定了環境中結構的發現。例如，觀察者所選擇（或隱含）的計算模型類描述能力，在發現數據的規律性方面可能是一個壓倒性決定因素。[27]

另一方面，彼得·科寧則認為：「如一些理論家聲稱的那樣，協同作用必須被感知/觀察到才有資格湧現？顯然不是。與湧現有關的協同作用是真實、可測的，即使沒人觀察它們也一樣。」[15]

一個有序系統的低熵可視作是主觀湧現的例子：觀察者通過忽略潛在的微觀結構（即分子或基本粒子的運動）觀察到有序的系統，並得出結論：該系統具有低熵。[28] 另一方面，混亂、不可測的行為也可視作是主觀湧現，微觀尺度上各部件的運動可以完全確定。

宗教、藝術和人文領域

在宗教中，湧現是宗教自然主義和合成主義進行表達的基礎，在完全自然主義的過程中，複雜形式從簡單形式中產生或演化而來。2006年Ursula Goodenough和Terrence Deacon的《自然的神聖湧現》（The Sacred Emergence of Nature （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館））和斯圖亞特·考夫曼的《超越還原論》（ Beyond Reductionism: Reinventing the Sacred （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）），2014年Alexander Bard和Jan Söderqvist的《合成主義——在互聯網時代創造上帝》（Syntheism – Creating God in The Internet Age），以及2022年Brendan Graham Dempsey的《湧現主義：元現代世界的複雜度宗教》。馬克斯·韋伯最著名的作品《新教倫理與資本主義精神》有早期（1904–05）關於社會形態湧現的論點，部分源於宗教。[29]新社會系統的湧現與多個互動部分的湧現有關，後者主要是個人的思想、意識與行為。[30]


在藝術中，湧現被用於探索創意和作者身份的本質。一些文藝理論家（Wheeler, 2006;[31] Alexander, 2011[32]）利用複雜度科學和湧現理論提出了替代後現代「作者身份」的理解，他們認為藝術的自我性和意義是湧現的、相對客觀的現象。Michael J. Pearce用「湧現」描述與當代神經科學有關的藝術作品的體驗。[33]實踐藝術家Leonel Moura則稱他的「藝術機械人」是基於湧現現象的真正創造力。[34]在文學和語言學領域，湧現主要應用於文體學，以解釋文本的句法結構和作者文風間的相互關係（Slautina, Marusenko, 2014）。[35]

在國際發展中，湧現現象用於一個被稱作「SEED-SCALE」的社會變革理論中，以表明社會原則如何通過相互作用，從社會-物態-生物圈中湧現出適合文化、經濟和環境的社會經濟發展。這些原則可以用一連串的標準化任務，利用遞歸的評價標準，以單獨的特定方式進行自組裝來實施。[36]

在後殖民研究中，「湧現文學」指在全球文學領域勢頭強勁的當代文體（v. esp.: J.M. Grassin, ed. Emerging Literatures, Bern, Berlin, etc. : Peter Lang, 1996）。相對地，「新興文學」則是文學理論的概念。

湧現性質與過程

簡單動因在環境中互動，作為一個集體表現出更複雜的行為，也就是湧現。若湧現發生在不同的尺寸尺度，原因通常是尺度間的因果關係——在具有湧現特性的系統中，通常有自上而下的反饋。產生湧現特性的過程通常可從積累變化的模式識別出來，稱作「增長」。湧現行為產生於不同規模與反饋的複雜因果關係，即所謂互連性。複雜行為或性質不是任何此種實體的性質，也無法從低層次實體的行為中輕易推得。[37]鳥群或魚群的形態是湧現特性的良好例子之一。

湧現行為難以預測的一個原因是，系統的組成之間相互作用的數量隨着組分數量呈指數增長，從而允許新的行為類型出現。湧現往往是特定互動模式的產物。負反饋引入了約束，用於固定結構或行為；正反饋則促進變化，允許局部變化發展到全體。相互作用引起湧現的另一種方式是雙相演化，見於間歇性互動的系統，有兩個階段：第一階段，模式形成與增長；第二階段，模式完善或移除。

另一方面，僅是擁有大量相互作用不一定就會湧現，許多作用可能可忽略或互相抵消了。某些情況下，大量相互作用會產生大量「噪音」，淹沒可能的「湧現」。在達到足夠規模以支持自我之前，湧現行為可能需要與其他互動隔離才能顯現出來。因此，應鼓勵的不僅是組分間連接的數量，還有連接的組織方式。等級組織是產生湧現的例子（官僚機構的行為方式可能與各個部分截然不同）；但更分散的組織結構也可以產生湧現，如市場。有時，系統必須兼具一定多樣性、組織性與連接性，才能發生湧現。

意外後果、副作用與用線性質密切相關。Luc Steels寫道：「一個部分一般有一個特定功能，但不能被識別為整體功能的一部分。相反，組件行為的副作用反而有助於整體功能的實現……每個行為都有副作用，副作用的總和也就實現了所需的整體功能。」[38]換句話說，系統的整體功能是所有「副作用」、所有湧現性質和功能的總和。

具有湧現性質或結構的系統看上去違反了熱力學第二定律：在沒有指揮和中央控制時形成了秩序。不過這其實是可能的，因為開放系統可以從環境中提取資訊和秩序。

湧現有助於解釋為什麼分割謬誤是謬誤。

自然界的湧現結構

主條目：自然形態規律
風或水在沙丘上形成的波紋狀圖案是自然湧現結構的一個典型例子
北愛爾蘭巨人堤道是一種複雜湧現結構

在從物理到生物的許多自然現象中，都可以發現湧現結構。例如熱帶氣旋這樣的天氣現象就是一種湧現結構。在有利的自然環境中，由水分子的布朗運動驅動的複雜有序晶體的生長，是另一個湧現過程的例子。這說明隨機性可以產生複雜有序結構。

玻璃上形成的冰晶是在適當溫濕度條件下自然湧現形成的碎形。

不過，據說晶體結構和氣旋也有一個自組織過程。

湧現結構分三階。一階湧現結構是形狀相互作用的結果（如水分子間的氫鍵表現為表面張力）；二階湧現結構涉及隨時間推移而連續發生的形狀相互作用（如雪花形成時，不斷變化的大氣條件塑造其形狀）；三階湧現結構是形狀、時間與可繼承指令共同作用的結果。例如，生物體的遺傳密碼會影響生物體系統在空間和時間上的形式。

無機物理系統

物理學中，湧現用於描述在宏觀尺度（時間或空間）上發生，但不見於微觀的性質、規律或現象，儘管宏觀系統可視作是非常大的微觀系統集合體。[39][40]

湧現性質不需要比產生了它的基本性質更複雜。例如，熱力學定律非常簡單，而支配粒子間相互作用的定律相比之下非常複雜。因此，物理中的湧現並不用於表示複雜性，而是用於區分規律與概念所適用的尺度是宏是微。

而另一種也許更泛用的設想湧現的方式確實涉及一定程度的複雜性：我們可以從微觀到宏觀的計算可行性得知湧現的「強度」。參考下面來自物理學的（弱）湧現定義：

物理系統的湧現行為是一種定性的性質，只能在微觀成分趨近於無限時產生。[41]

由於現實中沒有真正的無限系統，所以在部分性質和整體性質之間並沒有明顯的自然分野。如下所述，一般認為經典力學是量子力學的湧現，儘管在原則上量子力學完全描述了經典水平上發生的一切。但是，從量子力學水平出發，就要用一台比宇宙體積還大的計算機，用比宇宙壽命還長的時間才能描述一個蘋果的運動，[來源請求]因此可以認為，這是一種「強」湧現。

強湧現所需的成分數量可以少得多。例如H2O分子湧現的特性與氫氣和氧氣都有很大不同。

例子如：

經典力學
可以說，經典力學規律是量子力學規則應用於足夠大的質量上出現的一系列特例。這相當奇怪，因為人們通常認為量子力學要比經典力學複雜。
摩擦力
基本粒子間的力是保守力，但對於更複雜的物質結構，非保守力摩擦力就出現了。連續介質力學中其他類似的概念也是湧現，如黏度、彈性、強度等等。
圖案地面
冰川周圍地區的地面物質往往會形成明顯、通常對稱的幾何形狀。
統計力學
最初使用具有足夠大系綜的概念來推導，關於最似然分佈的波動可被完全忽略。然而小的團簇並不表現出尖銳的一階相變（如熔化），在邊界處不可能完全將團簇歸為固體或液體，因為固液概念（非嚴格定義）只適用於宏觀系統。用統計力學方法描述系統，要比用更基本的原子學方法簡單得多。
電路
具有隨機排列的二元（RC）電路的整體傳導響應，被稱為通用直流電響應（UDR），可視作此類物理系統的湧現特徵。這種排列可作為簡單物理原型，推導複雜系統湧現的數學公式。[42]
天氣
溫度也是微觀湧現出的宏觀行為的例子。在經典動力學中，大量粒子在平衡狀態下的瞬時動量狀態足以確定每個自由度的平均動能，其與溫度成正比。對於少量粒子，給定時刻的瞬時動量在統計學上不足以確定溫度。但利用遍歷假設，通過進一步平均足夠長時間內的動量，仍可以獲得任意精度的溫度。
對流
流體中的對流只有考慮溫度差時才有意義。對流單體，特別是貝納德單體是典型的自組織系統（更具體地說是耗散系統），其結構既由系統的約束決定，也受隨機擾動影響：單體的形狀和大小取決於溫度梯度、流體性質與容器形狀，但也受隨機擾動影響（因此這些系統表現出對稱性破缺）。

在一些粒子物理學理論中，甚至像質量、空間和時間這樣的基本結構也被視為湧現，產生於希格斯玻色子或弦等更基本的概念。在對量子力學的一些詮釋中，對決定性現實的感知，即所有物體都有明確的位置、動量之類感知，實際上也是湧現，而物質的真實狀態由波函數描述，不需要有單一的位置或動量。 今日我們所經歷的大多數物理學定律本身，似乎也是在時間過程中湧現的，這樣一來湧現就成了宇宙中最基本的原則，也就出現了一個問題：最基本的物理學定律是什麼？其他所有定律都從它那裏湧現出來。化學可視作是物理規律的湧現，生物學（包括演化）是化學規律的湧現，心理學是神經生物學規律的湧現，一些經濟理論將經濟學視作心理學的湧現。

據Laughlin[13]，對於許多粒子系統，微觀方程式算不出什麼東西，宏觀系統的特徵來自對稱性破缺：由於相變，微觀方程式的對稱性在宏觀不存在。因此宏觀系統擁有屬於自己的規律和描述方式，具有不依賴於微觀細節的性質。這不是說微觀相互作用與其無關，而只是在宏觀上看不到它們，只能看到再規範化的結果。Laughlin是個務實的理論物理學家：如果你不能，可能永遠不能從微觀方程式中算出對稱性破缺的宏觀性質，那談論還原性的意義何在？

生命、生物系統

湧現與演化

參見：生命起源

生命是複雜性的一個主要來源，而演化是生命展現不同形式的主要過程。在這種觀點中，演化是描述自然界複雜性增長的過程，在談到複雜生物、生命形式出現時，也是如此。

一般認為生命出現於早期的RNA世界，當時RNA鏈開始表現出達爾文設想的自然選擇基本條件：遺傳、類型變化與對有限資源的競爭。RNA複製體的適應度（體均增長率）可能是內在適應能力（由核苷酸序列決定）和可用資源的函數。[43][44]三種主要適應能力是(1) 以適中保真度進行繁殖的能力（實現遺傳與類型變化）；(2) 避免腐爛的能力；(3) 獲取、處理資源的能力。[43][44]這些能力最初由RNA複製體的摺疊結構決定（參見核酶），而這反過來又被編碼在各自的核苷酸序列中。複製體間的競爭成敗將取決於適應度。

關於演化中的因果關係，彼得·科寧認為：

各種協同效應在一班演化過程中，特別是在合作與複雜度演化中發揮了重要的因果作用...自然選擇常被描述為一種機制，或被擬人化為一種因果關係...但實際上，形狀或適應度的「選擇」是特定環境中特定生物體成功生存繁衍的結果。從中產生的功能效應最終導致了自然界中的遺傳與突變。[15]

按他對湧現的定義，科寧還談到了湧現與演化：

[在]演化過程中，因果關係是反覆的；效果會成為原因。而這對於由湧現承諾書的協同效應來說同理。換句話說，湧現本身...一直是生物演化中湧現現象演變的根本原因；有組織系統產生的協同效應才是關鍵。[15]

群行行為見於許多種動物。湧現結構是許多動物群體中常見的策略，如螞蟻群、白蟻群、蜂群、魚群、鳥群等等。

蟻群十分典型。蟻后不直接發號施令，每隻螞蟻對來自幼蟲、其他螞蟻、入侵者、食物和廢物的化學氣味刺激作出反應，並留下化學刺激，反過來又給其他螞蟻提供刺激。在這裏，每隻螞蟻都相當於一個單位，只據環境和基因做出所有反應。雖然缺乏集中決策，蟻群還是能表現出複雜行為，甚至有解決幾何問題的能力。例如，蟻群通常會找到離所有蟻穴入口最遠處堆放屍體。[45]

環境因素可能影響湧現。研究表明，Macrotera portalis蜂種存在湧現，湧現的出現模式與降雨量一致。具體說，與西南沙漠的夏末雨季和春旱存在一致。[46]

生物

生物學中湧現的一個更廣泛例子是生物，從亞原子水平到整個生物圈。例如，單個原子可以組成多肽等分子，又可以疊成蛋白質，又可以形成更複雜的結構。這些蛋白質從其空間構象中產生功能，並與其他分子互動，實現更高級的生物功能，並最終創造出有機體。另一個例子是混沌理論中的級聯表型反應如何從單個基因各自的變異中出現。[47]在最高層次上，世界上所有生物群落構成了生物圈，所有人類形成了社會。

意識的湧現

在生命演化論所考慮的現象中，根本問題之一是智人的起源。[48]意識的湧現被作為一種特殊系統知識的獨立現象，稱為「智慧圈」。[49]

人文

自發秩序

參見：自發秩序和自我組織

人類群體如果自由地管理自己，便會自發形成秩序，而不會是無意義的混亂。莊子已經在社會中觀察到這一點。人是社會的基本要素，人永遠在互動，並在創造、維持或解除相互的社會紐帶。社會系統中的社會紐帶在結構不斷重構的意義上是永遠變化的。[50]交通環島是很好的例子，其可以高效組織汽車出入，一些現代城市已經開始用環島代替擁堵路口的紅綠燈，[51]並取得了更好的效果。開源軟件和Wiki項目是更有說服力的證明。

湧現可見於許多地方，如城市、陰謀論、經濟學中市場主導的少數群體現象、計算機模擬中的組織現象和細胞自動機。每當眾多個體相互作用，秩序就會從無序中湧現，出現模式、決定、結構或方向改變。[52]

經濟學

股市（或任何市場）是大規模湧現的例子。作為整體，它精確地調節着世界各地公司的相對安全股價，但沒有領導者；若無經濟規劃，則事實上沒有任何實體能控制整個市場的運作。經紀人或投資者在自己的投資組合中只了解數量有限的公司，必須遵循市場的監管原則，並對交易進行單獨或分組分析。技術分析師會對出現的趨勢和模式進行深入研究。[53]

互聯網

萬維網是去中心化系統的流行離子，表現出湧現性。沒有中央機構配給連結數，但指向每個頁面的連結數遵循冪定律：少數頁面被大量連結，多數頁面很少被連結。萬維網連結網絡中，幾乎任何一對網頁都有相對較短的連結鏈相互連接。雖然這一性質現在眾所周知，但最初是在一個不受管制的網絡中實現，委實令人意想不到。小世界網絡也有這一特徵。[54]

互聯網也表現出一些湧現特徵。在擁堵控制機制中，TCP協議 可以在瓶頸處實現全局同步，同時在協調中增減吞吐量。擁堵是種普遍的困擾，可能是高流量流瓶頸在整個網絡中擴散形成的湧現性質，可視作一種相變。[55]

在基於網絡的系統中，另一種重要的湧現是社交書籤，這種系統中，用戶回會為與其他用戶共享的資源打標籤，眾多用戶打的標籤形成了一種資訊組織。最近的研究從經驗上分析了這類系統的複雜動態[56]，表明即使在沒有統一標籤表的情況下，也出現了關於穩定分佈與較簡單的共同標籤表。有人認為，這可能是因為用戶都說同一種語言，因而在選擇詞彙時有類似的語義結構。因此，社會標籤趨同可被解釋為，具有相似語義解釋的人合作索引線上資訊時出現了有秩序的抽象結構。[57][58]

建築與城市

城市交通模式可看作是自發秩序的一個例子。[來源請求]

湧現結構或表現為自發秩序，或出現在不同綜合層次的組織中。自組織湧現常見於沒有規劃或預先分區的城市。[59]對湧現行為的跨學科研究通常認為不是單一同質領域內的研究，都要下降到應用領域中。

建築師可能不會涉及建築群的所有通道，而可能先讓使用模式自由發展，再在人流量大處鋪設路面。

2007年城市挑戰賽的場上行為和車輛前行可被視為控制論湧現。道路的使用模式、不確定的障礙物清除時間等因素將共同形成一個複雜的湧現模式，無法事先確定計劃。

克里斯托弗·亞歷山大建築學派對湧現採取了更深入的方法，試圖改變城市擴張過程以影響城市形態，建立了與傳統時間相結合的全新規劃設計方法，即湧現城市主義 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）.。城市湧現也與城市複雜性[60]、城市演化[61]理論相聯繫。

建築生態學是理解建築和建築環境的概念框架，是建築、居住者和大環境間動態依賴的元素的界面。建築生態學家Hal Levin不將建築視作無生、靜態物體，而是生物和非生物系統的交界面。[62]室內微生物生態在很大程度上取決於建築材料、居住者、室內物品、環境背景和室內外氣候。大氣化學與室內空氣質素，以及室內發生的化學反應之間的關係非常密切。這些化學物質可能是微生物的營養物、中性物或滅殺劑。微生物生產的化學物質會影響建築材料和居住者的健康。人類會通過通風調節溫濕度，也會影響微生物繁殖演化。[62][63][64]

Eric Bonabeau試圖通過交通定義湧現：「交通擁堵實際上非常複雜而神秘。在個體層面，每個司機都想去某個地方，並遵守（或違反）某些規則，有些是法律上的（限速），有些是社會或個體層面的（減速並道之類）。但交通擁堵是不同的獨立實體，產生於這些個人行為。例如高速路上的擁堵，在所有車都在往前走時，擁堵部分可以無緣無故地向後移動。」他還舉了對市場趨勢和員工行為分析的例子說明湧現。[65]

AI

一些人工智能（AI）電腦程式可以模擬湧現。[66]如Boids，可以模擬鳥群群行行為。[67]

語言

有人認為語法的結構和規律性，或至少是語言變化，也是一種湧現。[68]每個話者只是以一種特定方式試圖達到自己特定的交際目標，如果有足夠多使用者這樣交流，語言也就改變了。[69]在更廣泛的意義上，一種語言的規範可被看做是在各種社會環境中長期解決交際問題形成的系統。[70]

湧現變化過程

在團體促進和組織發展領域，已經出現了一些新的群體過程，旨在用一套最低限度的有效初始條件，最大程度實現湧現和自組織。如SEED-SCALE、欣賞式探詢、未來探索、世界咖啡館、開放空間技術等（Holman, 2010[71]）。

相關條目

參考文獻

引用

  1. ^ O'Connor, Timothy; Wong, Hong Yu. Emergent Properties. Edward N. Zalta (編). The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Spring 2012 Edition). February 28, 2012 [2023-04-25]. （原始內容存檔於2023-04-12）. 
  2. ^ Aristotle, Metaphysics, Book H 1045a 8-10: "... the totality is not, as it were, a mere heap, but the whole is something besides the parts ...", i.e., the whole is greater than the sum of the parts.
  3. ^ "The chemical combination of two substances produces, as is well known, a third substance with properties different from those of either of the two substances separately, or of both of them taken together" (Mill 1843)
  4. ^ 與朱利安·赫胥黎: "now and again there is a sudden rapid passage to a totally new and more comprehensive type of order or organization, with quite new emergent properties, and involving quite new methods of further evolution" (Huxley & Huxley 1947)
  5. ^ (Blitz 1992) "Every resultant is either a sum or a difference of the co-operant forces; their sum, when their directions are the same -- their difference, when their directions are contrary. Further, every resultant is clearly traceable in its components, because these are homogeneous and commensurable. It is otherwise with emergents, when, instead of adding measurable motion to measurable motion, or things of one kind to other individuals of their kind, there is a co-operation of things of unlike kinds. The emergent is unlike its components insofar as these are incommensurable, and it cannot be reduced to their sum or their difference." (Lewes 1875，第412頁)
  6. ^ 原文 "the arising of novel and coherent structures, patterns and properties during the process of self-organization in complex systems".
  7. ^ Who's in Charge?: Free Will and the Science of the Brain [我們真的有自由意志嗎？——意識、抉擇與背後的大腦科學]. 貓頭鷹出版. ISBN 978-9862621295 （中文（繁體））.  改
  8. ^ Lewes, George Henry. Problems of Life and Mind. First Series: The Foundations of a Creed 2. Boston: Osgood. 1875: 369 [24 Mar 2019]. 
  9. ^ Blitz 1992.
  10. ^ Goldstein, Jeffrey. Emergence as a Construct: History and Issues. Emergence. March 1999, 1 (1): 49–72. doi:10.1207/s15327000em0101_4. 
  11. ^ 11.0 11.1 Corning, Peter A., The Re-Emergence of "Emergence": A Venerable Concept in Search of a Theory, Complexity, 2002, 7 (6): 18–30, Bibcode:2002Cmplx...7f..18C, CiteSeerX 10.1.1.114.1724 可免費查閱, doi:10.1002/cplx.10043 
  12. ^ 12.0 12.1 12.2 Bedau 1997.
  13. ^ 13.0 13.1 Laughlin 2005.
  14. ^ Luisi, Pier L. The Emergence of Life: From Chemical Origins to Synthetic Biology. Cambridge, England: Cambridge University Press. 2006: 119. ISBN 978-0521821179. （原始內容存檔於2015-11-17）. 
  15. ^ 15.0 15.1 15.2 15.3 Corning 2002.
  16. ^ Corning 1983.
  17. ^ Corning 2005.
  18. ^ Koestler 1969.
  19. ^ Anderson 1972.
  20. ^ (Bedau 1997)
  21. ^ Kim, Jaegwon. Emergence: Core ideas and issues. Synthese. 2016, 151 (3): 547–59. S2CID 875121. doi:10.1007/s11229-006-9025-0. 
  22. ^ 22.0 22.1 Gu, Mile; et al. More really is different. Physica D: Nonlinear Phenomena. 2009, 238 (9): 835–39. Bibcode:2009PhyD..238..835G. S2CID 61197980. arXiv:0809.0151 可免費查閱. doi:10.1016/j.physd.2008.12.016. 
  23. ^ Binder, P-M. Computation: The edge of reductionism. Nature. 2009, 459 (7245): 332–34. Bibcode:2009Natur.459..332B. PMID 19458701. S2CID 205046586. doi:10.1038/459332a. 
  24. ^ Aristotle, Metaphysics (Aristotle), Book VIII (Eta) 1045a 8–10: "... the totality is not, as it were, a mere heap, but the whole is something besides the parts ...", i.e., the whole is other than the sum of the parts.
  25. ^ Steven Weinberg. A Designer Universe?. [2008-07-14]. （原始內容存檔於2010-05-19）. A version of the original quote from address at the Conference on Cosmic Design, American Association for the Advancement of Science, Washington, D.C. in April 1999 
  26. ^ Longo, Giuseppe; Montévil, Maël; Pocheville, Arnaud. From bottom-up approaches to levels of organization and extended critical transitions. Frontiers in Physiology. 2012-01-01, 3: 232. PMC 3429021 可免費查閱. PMID 22934001. doi:10.3389/fphys.2012.00232 可免費查閱. 
  27. ^ Crutchfield, James P. The Calculi of Emergence: Computation, Dynamics, and Induction. Physica. D (Utrecht). 1993, 75 (1–3): 11–541994 [24 Mar 2019]. Bibcode:1994PhyD...75...11C. doi:10.1016/0167-2789(94)90273-9. （原始內容存檔於2023-05-01）. 
  28. ^ See f.i. Carlo Rovelli: The mystery of time, 2017, part 10: Perspective, p.105-110
  29. ^ McKinnon, AM. Elective affinities of the Protestant ethic: Weber and the chemistry of capitalism (PDF). Sociological Theory. 2010, 28 (1): 108–26 [2023-04-26]. S2CID 144579790. doi:10.1111/j.1467-9558.2009.01367.x. hdl:2164/3035 可免費查閱. （原始內容存檔 (PDF)於2014-08-18）. 
  30. ^ Casti, J. L. Complexification: Explaining a paradoxical world through the science of surprise. New York: Harper Collins. 1994. 
  31. ^ Wheeler, Wendy. The Whole Creature: Complexity, Biosemiotics and the Evolution of Culture. London: Lawrence & Wishart. 2006: 192. ISBN 978-1-905007-30-1. 
  32. ^ Alexander, Victoria N. The Biologist's Mistress: Rethinking Self-Organization in Art, Literature, and Nature. Litchfield Park, AZ: Emergent Publications. 2011. ISBN 978-0-9842165-5-0. （原始內容存檔於2014-12-08）. 
  33. ^ Pearce, Michael J. Art in the Age of Emergence. Manchester, England: Cambridge Scholars Publishing. 2015. ISBN 978-1443870573. （原始內容存檔於2015-05-22）. 
  34. ^ Leonel Moura. Robot Art: An Interview with Leonel Moura. Arts. 16 July 2018, 7 (3): 28. doi:10.3390/arts7030028 可免費查閱. 
  35. ^ Slautina, Maria; Marusenko, Mikhail. L'émergence du style. Les méthodes stylométriques pour la recherche de paternité des textes médiévaux. Les Cahiers du Numérique. 2014, 10 (4): 179–215 [2023-04-26]. doi:10.3166/lcn.10.4.179-215. （原始內容存檔於2023-07-09）. 
  36. ^ Daniel C. Taylor, Carl E. Taylor, Jesse O. Taylor, Empowerment on an Unstable Planet: From Seeds of Human Energy to a Scale of Global Change (New York: Oxford University Press, 2012)
  37. ^ Flying in V-formation gives best view for least effort. New Scientist. 2007-04-21 [2023-04-26]. （原始內容存檔於2023-05-02）. 
  38. ^ Steels 1991，第454頁.
  39. ^ Anderson, Philip W. Basic Notions Of Condensed Matter Physics. CRC Press. 2018-03-09. ISBN 978-0-429-97374-1 （英語）. 
  40. ^ Girvin, Steven M.; Yang, Kun. Modern Condensed Matter Physics. Cambridge University Press. 2019-02-28. ISBN 978-1-108-57347-4 （英語）. 
  41. ^ Kivelson, Sophia; Kivelson, Steve. Defining Emergence in Physics. NPJ Quantum Materials (Nature Research). 2016, 1. doi:10.1038/npjquantmats.2016.24 可免費查閱. 
  42. ^ Almond, D.P.; Budd, C.J.; Freitag, M.A.; Hunt, G.W.; McCullen, N.J.; Smith, N.D. The origin of power-law emergent scaling in large binary networks. Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications. 2013, 392 (4): 1004–1027. Bibcode:2013PhyA..392.1004A. S2CID 15801210. arXiv:1204.5601 可免費查閱. doi:10.1016/j.physa.2012.10.035. 
  43. ^ 43.0 43.1 Bernstein, H; Byerly, HC; Hopf, FA; Michod, RA; Vemulapalli, GK. The Darwinian Dynamic. Quarterly Review of Biology. 1983, 58 (2): 185–207. JSTOR 2828805. S2CID 83956410. doi:10.1086/413216. 
  44. ^ 44.0 44.1 Michod RE. (2000) Darwinian Dynamics: Evolutionary Transitions in Fitness and Individuality. Princeton University Press, Princeton, New Jersey ISBN 0691050112
  45. ^ Steven Johnson. 2001. Emergence: The Connected Lives of Ants, Brains, Cities, and Software
  46. ^ Danforth, Bryan. Female Foraging and Intranest Behavior of a Communal Bee, Perdita portalis (Hymenoptera: Andrenidae). Annals of the Entomological Society of America. 1991, 84 (5): 537–48. doi:10.1093/aesa/84.5.537. 
  47. ^ Campbell, Neil A., and Jane B. Reece. Biology. 6th ed. San Francisco: Benjamin Cummings, 2002.
  48. ^ Emergence | science | Britannica. www.britannica.com. [2023-04-27]. （原始內容存檔於2023-07-16）. 
  49. ^ 130+ million publications organized by topic on ResearchGate. （原始內容存檔於2014-10-31）. 
  50. ^ Luhmann, N. Social systems. Stanford: Stanford University Press. 1995. 
  51. ^ A Roundabout Way of Resolving Palo Alto's Midtown Problems, by Patrick Siegman : Articles. Terrain.org. [2022-03-18]. （原始內容存檔於2023-04-30）. 
  52. ^ Miller, Peter. 2010. The Smart Swarm: How understanding flocks, schools, and colonies can make us better at communicating, decision making, and getting things done. New York: Avery.
  53. ^ Arthur, W. Brian. Complexity and the economy 284. Oxford. 2015: 107–9. ISBN 978-0-19-933429-2. OCLC 876140942. PMID 10103172. doi:10.1126/science.284.5411.107.  |journal=被忽略 (幫助); |issue=被忽略 (幫助)
  54. ^ Albert, Jeong & Barabási 1999，第130–31頁.
  55. ^ See review of related research in (Smith 2008，第1–31頁)
  56. ^ Valentin Robu, Harry Halpin, Hana Shepherd Emergence of consensus and shared vocabularies in collaborative tagging systems, ACM Transactions on the Web (TWEB), Vol. 3(4), article 14, ACM Press, September 2009.
  57. ^ Fu, Wai-Tat; Kannampallil, Thomas George; Kang, Ruogu, A Semantic Imitation Model of Social Tagging, Proceedings of the IEEE Conference on Social Computing, August 2009: 66–72 [2023-04-27], ISBN 978-1-4244-5334-4, S2CID 10229043, doi:10.1109/CSE.2009.382, （原始內容存檔於2018-11-26） 
  58. ^ Fu, Wai-Tat; Kannampallil, Thomas; Kang, Ruogu; He, Jibo, Semantic Imitation in Social Tagging, ACM Transactions on Computer-Human Interaction, 2010, 17 (3): 1–37, S2CID 6964273, doi:10.1145/1806923.1806926 
  59. ^ Krugman 1996，第9–29頁.
  60. ^ Batty 2005.
  61. ^ Marshall 2009.
  62. ^ 62.0 62.1 Fact Sheet: Building Ecology. 2011-05-26 [2011-08-04]. （原始內容存檔於2012-02-03）. 
  63. ^ microBEnet: the microbiology of the Built Environment network. microBEnet: the microbiology of the Built Environment network. （原始內容存檔於2011-07-23）. 
  64. ^ http://buildingecology.com 互聯網檔案館的存檔，存檔日期2011-08-08.
  65. ^ Bonabeau E. Predicting the Unpredictable. Harvard Business Review [serial online]. March 2002. 80(3):109–16. Available from: Business Source Complete, Ipswich, MA. Accessed February 1, 2012.
  66. ^ Gordon, Goren. Social behaviour as an emergent property of embodied curiosity: A robotics perspective. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 2019, 374 (1771). PMC 6452242 可免費查閱. PMID 30853006. doi:10.1098/rstb.2018.0029. 
  67. ^ Ikegami, Takashi; Mototake, Yoh-Ichi; Kobori, Shintaro; Oka, Mizuki; Hashimoto, Yasuhiro. Life as an emergent phenomenon: Studies from a large-scale boid simulation and web data. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2017, 375 (2109). Bibcode:2017RSPTA.37560351I. PMC 5686407 可免費查閱. PMID 29133449. doi:10.1098/rsta.2016.0351. 
  68. ^ Hopper, Paul J. Emergent grammar. The new psychology of language: Cognitive and functional approaches to language structure. 1998: 155–175. 
  69. ^ Keller 1994.
  70. ^ Määttä, Urho. Kielitieteen emergenttinen metateoria. Virittäjä. 4 January 2000, 104 (4): 498 [24 March 2022]. ISSN 2242-8828. （原始內容存檔於2023-05-03） （芬蘭語）. 
  71. ^ Holman, Peggy. Engaging Emergence: Turning Upheaval into Opportunity (PDF). Pegasus Communication: The Systems Thinker. December 2010 – January 2011, 21. （原始內容存檔 (PDF)於2013-04-18）. 

來源

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