Propiedades emergentes

En filosofía, teoría de sistemas, ciencia y arte, las propiedades emergentes o emergencias ocurren cuando se observa que una entidad tiene propiedades que sus partes no tienen por sí mismas, propiedades o comportamientos que emergen solo cuando las partes interactúan en un todo más amplio.

La emergencia juega un papel central en las teorías de los niveles integradores y de los sistemas complejos. Por ejemplo, el fenómeno de la vida estudiado en biología es una propiedad emergente de la química, y se sabe que muchos fenómenos psicológicos surgen de procesos neurobiológicos subyacentes.

En filosofía, las teorías que enfatizan las propiedades emergentes se denominan emergentismo.

En filosofia

Los filósofos a menudo entienden la emergencia como una afirmación sobre la etiología de las propiedades de un sistema. Una propiedad emergente de un sistema, en este contexto, es aquella que no es una propiedad de ningún componente de ese sistema, pero sigue siendo una característica del sistema como un todo. Nicolai Hartmann (1882-1950), uno de los primeros filósofos modernos en escribir sobre la emergencia, lo denominó novum categorial (nueva categoría).

Definiciones

Este concepto de emergencia data al menos de la época de Aristóteles. Los muchos científicos y filósofos que han escrito sobre el concepto incluyen a John Stuart Mill (Composición de causas, 1843) y Julian Huxley (1887-1975).

El filósofo GH Lewes acuñó el término "emergente", escribiendo en 1875:

Cada resultante es una suma o una diferencia de las fuerzas cooperantes; su suma, cuando sus direcciones son las mismas; su diferencia, cuando sus direcciones son contrarias. Además, cada resultante es claramente identificable en sus componentes, porque estos son homogéneos y conmensurables. Ocurre lo contrario con los emergentes, cuando, en lugar de agregar movimiento medible a movimiento medible, o cosas de un tipo a otros individuos de su tipo, hay una cooperación de cosas de tipos diferentes. Lo emergente es diferente de sus componentes en la medida en que estos son inconmensurables y no puede reducirse a su suma o su diferencia.

En 1999, el economista Jeffrey Goldstein proporcionó una definición actual de emergencia en la revista Emergence. Goldstein inicialmente definió la emergencia como: "el surgimiento de estructuras, patrones y propiedades novedosas y coherentes durante el proceso de autoorganización en sistemas complejos".

En 2002, el científico de sistemas Peter Corning describió las cualidades de la definición de Goldstein con más detalle:

Las características comunes son: (1) novedad radical (características no observadas previamente en los sistemas); (2) coherencia o correlación (es decir, totalidades integradas que se mantienen durante algún período de tiempo); (3) Un "nivel" global o macro (es decir, hay alguna propiedad de "totalidad"); (4) es producto de un proceso dinámico (evoluciona); y (5) es "ostensivo" (se puede percibir).

Corning sugiere una definición más estrecha, que requiere que los componentes sean diferentes en especie (siguiendo a Lewes) y que impliquen la división del trabajo entre estos componentes. También dice que los sistemas vivos (comparable al juego de ajedrez), aunque emergentes, no pueden reducirse a leyes subyacentes de emergencia:

Las reglas o leyes no tienen eficacia causal; de hecho, no 'generan' nada. Sirven simplemente para describir regularidades y relaciones consistentes en la naturaleza. Estos patrones pueden ser muy esclarecedores e importantes, pero las agencias causales subyacentes deben especificarse por separado (aunque a menudo no lo son). Pero aparte de eso, el juego de ajedrez ilustra... por qué las leyes o reglas de emergencia y evolución son insuficientes. Incluso en un juego de ajedrez, no puedes usar las reglas para predecir la 'historia', es decir, el curso de un juego determinado. De hecho, ni siquiera puedes predecir de manera confiable el siguiente movimiento en un juego de ajedrez. ¿Por qué? Porque el 'sistema' implica más que las reglas del juego. También incluye a los jugadores y sus decisiones momento a momento entre un gran número de opciones disponibles en cada punto de elección. El juego de ajedrez es ineludiblemente histórico, aunque también está limitado y moldeado por un conjunto de reglas, sin mencionar las leyes de la física. Además, y este es un punto clave, el juego de ajedrez también está conformado por influencias teleonómicas, cibernéticas e impulsadas por la retroalimentación. No es simplemente un proceso autoordenado; se trata de una actividad organizada, 'propósito'.

Aparición fuerte y débil.

El uso de la noción de "emergencia" puede subdividirse en general en dos perspectivas, la de "emergencia débil" y "emergencia fuerte". Un artículo que analiza esta división es Weak Emergence, del filósofo Mark Bedau. En términos de sistemas físicos, la emergencia débil es un tipo de emergencia en el que la propiedad emergente se puede simular por computadora o formas similares de análisis a posteriori (por ejemplo, la formación de un atasco de tráfico, la estructura de una bandada de estorninos en vuelo o un banco de peces, o la formación de galaxias). Es crucial en estas simulaciones que los miembros que interactúan conserven su independencia. De lo contrario, se forma una nueva entidad con nuevas propiedades emergentes: esto se denomina emergencia fuerte, que se argumenta que no puede simularse ni analizarse.

Algunos puntos comunes entre las dos nociones son que la emergencia se refiere a nuevas propiedades que se producen a medida que el sistema crece, es decir, que no son compartidas con sus componentes o estados anteriores. Además, se supone que las propiedades son supervenientes en lugar de metafísicamente primitivas.

La emergencia débil describe nuevas propiedades que surgen en los sistemas como resultado de las interacciones a nivel elemental. Sin embargo, Bedau estipula que las propiedades solo pueden determinarse observando o simulando el sistema, y ​​no mediante ningún proceso de análisis reduccionista. Como consecuencia, las propiedades emergentes dependen de la escala: solo son observables si el sistema es lo suficientemente grande como para exhibir el fenómeno. El comportamiento caótico e impredecible puede verse como un fenómeno emergente, mientras que a escala microscópica el comportamiento de las partes constituyentes puede ser totalmente determinista.

Bedau señala que la emergencia débil no es un solvente metafísico universal, ya que la hipótesis de que la conciencia emerge débilmente no resolvería las cuestiones filosóficas tradicionales sobre la fisicalidad de la conciencia. Sin embargo, Bedau concluye que adoptar este punto de vista proporcionaría una noción precisa de que la emergencia está involucrada en la conciencia y, en segundo lugar, la noción de emergencia débil es metafísicamente benigna.

La emergencia fuerte describe la acción causal directa de un sistema de alto nivel sobre sus componentes; las cualidades así producidas son irreductibles a las partes constitutivas del sistema. El todo es distinto de la suma de sus partes. Se argumenta entonces que no puede existir ninguna simulación del sistema, ya que tal simulación constituiría en sí misma una reducción del sistema a sus partes constituyentes. La física carece de ejemplos bien establecidos de emergencia fuerte, a menos que se interprete como la imposibilidad en la práctica de explicar el todo en términos de las partes. La imposibilidad práctica puede ser una distinción más útil que una en principio, ya que es más fácil de determinar y cuantificar, y no implica el uso de fuerzas misteriosas, sino que simplemente refleja los límites de nuestra capacidad.

Rechazar la distinción

Sin embargo, el biólogo Peter Corning ha afirmado que "el debate sobre si el todo puede o no predecirse a partir de las propiedades de las partes no tiene sentido. Los todos producen efectos combinados únicos, pero muchos de estos efectos pueden estar codeterminados por el contexto y las interacciones entre el todo y su(s) entorno(s)". De acuerdo con su Hipótesis de Sinergismo,Corning también afirmó: "Son los efectos sinérgicos producidos por todos los que son la causa misma de la evolución de la complejidad en la naturaleza". El novelista Arthur Koestler usó la metáfora de Jano (un símbolo de la unidad que subyace a complementos como abierto/cerrado, paz/guerra) para ilustrar cómo las dos perspectivas (fuerte frente a débil u holística frente a reduccionista) deben tratarse como no exclusivas. y deben trabajar juntos para abordar los problemas de emergencia. El físico teórico PW Anderson lo expresa de esta manera:

La capacidad de reducir todo a simples leyes fundamentales no implica la capacidad de partir de esas leyes y reconstruir el universo. La hipótesis construccionista se derrumba cuando se enfrenta a las dificultades gemelas de escala y complejidad. En cada nivel de complejidad aparecen propiedades completamente nuevas. La psicología no es biología aplicada, ni la biología es química aplicada. Ahora podemos ver que el todo se vuelve no sólo más, sino muy diferente de la suma de sus partes.

Viabilidad de emergencia fuerte

Algunos pensadores cuestionan la plausibilidad de una emergencia fuerte por contravenir nuestra comprensión habitual de la física. Mark A. Bedau observa:

Aunque una emergencia fuerte es lógicamente posible, es incómodamente como magia. ¿Cómo surge un poder causal descendente irreductible pero superveniente, ya que por definición no puede deberse a la agregación de las potencialidades del nivel micro? Tales poderes causales serían bastante diferentes a cualquier cosa dentro de nuestro conocimiento científico. Esto no sólo indica cómo incomodarán las formas razonables de materialismo. Su misterio solo aumentará la preocupación tradicional de que la emergencia implica obtener ilegítimamente algo de la nada.

La emergencia fuerte puede ser criticada por estar causalmente sobredeterminada. El ejemplo canónico se refiere a los estados mentales emergentes (M y M∗) que sobrevienen a los estados físicos (P y P∗) respectivamente. Sean M y M∗ propiedades emergentes. Sea M∗ sobrevenida a la propiedad básica P∗. ¿Qué sucede cuando M causa M∗? Jaegwon Kim dice:

En nuestro ejemplo esquemático anterior, concluimos que M causa M∗ al causar P∗. Entonces M causa P∗. Ahora, M, como emergente, debe tener una propiedad base de emergencia, digamos P. Ahora nos enfrentamos a una pregunta crítica: si un emergente, M, emerge de la condición basal P, ¿por qué P no puede desplazar a M como causa de cualquier efecto putativo? de M? ¿Por qué P no puede hacer todo el trabajo para explicar por qué ocurrió cualquier supuesto efecto de M? Si la causalidad se entiende como suficiencia nomológica (basada en leyes), P, como base de emergencia de M, es nomológicamente suficiente para ella, y M, como causa de P*, es nomológicamente suficiente para P*. De ello se deduce que P es nomológicamente suficiente para P∗ y, por lo tanto, califica como su causa... Si M se mantiene de alguna manera como causa, nos enfrentamos a la consecuencia altamente inverosímil de que cada caso de causalidad descendente implica una sobredeterminación (ya que P sigue siendo una causa de P* también). Además, esto va en contra del espíritu del emergentismo en cualquier caso: se supone que los emergentes hacen contribuciones causales distintivas y novedosas.

Si M es la causa de M∗, entonces M∗ está sobredeterminado porque también puede pensarse que M∗ está determinado por P. Una ruta de escape que podría tomar un emergentista fuerte sería negar la causalidad descendente. Sin embargo, esto eliminaría la razón propuesta de que los estados mentales emergentes deben sobrevenir a los estados físicos, lo que a su vez pondría en duda el fisicalismo y, por lo tanto, sería desagradable para algunos filósofos y físicos.

Mientras tanto, otros han trabajado para desarrollar evidencia analítica de una fuerte emergencia. En 2009, Gu et al. presentó una clase de sistemas físicos infinitos que exhibe propiedades macroscópicas no computables. Más precisamente, si uno pudiera calcular ciertas propiedades macroscópicas de estos sistemas a partir de la descripción microscópica de estos sistemas, entonces sería capaz de resolver problemas computacionales que se sabe que son indecidibles en informática. Estos resultados se refieren a sistemas infinitos, siendo los sistemas finitos considerados computables. Sin embargo, los conceptos macroscópicos que solo se aplican en el límite de los sistemas infinitos, como las transiciones de fase y el grupo de renormalización, son importantes para comprender y modelar sistemas físicos finitos reales. Gu et al. concluido que

Aunque los conceptos macroscópicos son esenciales para comprender nuestro mundo, gran parte de la física fundamental se ha dedicado a la búsqueda de una 'teoría del todo', un conjunto de ecuaciones que describa perfectamente el comportamiento de todas las partículas fundamentales. La opinión de que este es el objetivo de la ciencia se basa en parte en la lógica de que tal teoría nos permitiría derivar el comportamiento de todos los conceptos macroscópicos, al menos en principio. La evidencia que hemos presentado sugiere que este punto de vista puede ser demasiado optimista. Una 'teoría del todo' es uno de los muchos componentes necesarios para una comprensión completa del universo, pero no es necesariamente el único. El desarrollo de leyes macroscópicas a partir de primeros principios puede implicar algo más que una simple lógica sistemática y podría requerir conjeturas sugeridas por experimentos, simulaciones o conocimientos.

Emergencia e interacción

Las estructuras emergentes son patrones que surgen a través de las acciones colectivas de muchas entidades individuales. Para explicar tales patrones, se podría concluir, según Aristóteles, que las estructuras emergentes no son la suma de sus partes bajo el supuesto de que el orden emergente no surgirá si las diversas partes simplemente interactúan independientemente unas de otras. Sin embargo, hay quienes no están de acuerdo.Según este argumento, la interacción de cada parte con su entorno inmediato provoca una cadena compleja de procesos que pueden conducir al orden de alguna forma. De hecho, se observa que algunos sistemas en la naturaleza exhiben un surgimiento basado en las interacciones de partes autónomas, y algunos otros exhiben un surgimiento que al menos en la actualidad no puede reducirse de esta manera. En particular, los métodos de renormalización en física teórica permiten a los científicos estudiar sistemas que no son manejables como la combinación de sus partes.

Calidad objetiva o subjetiva

Crutchfield considera las propiedades de complejidad y organización de cualquier sistema como cualidades subjetivas determinadas por el observador.

Definir la estructura y detectar el surgimiento de la complejidad en la naturaleza son actividades científicas inherentemente subjetivas, aunque esenciales. A pesar de las dificultades, estos problemas se pueden analizar en términos de cómo los observadores de construcción de modelos infieren de las mediciones las capacidades computacionales integradas en los procesos no lineales. La noción de un observador de lo que está ordenado, lo que es aleatorio y lo que es complejo en su entorno depende directamente de sus recursos computacionales: la cantidad de datos de medición sin procesar, de memoria y de tiempo disponible para estimación e inferencia. Sin embargo, el descubrimiento de la estructura en un entorno depende de manera más crítica y sutil de cómo se organizan esos recursos. El poder descriptivo de la clase de modelo computacional elegido (o implícito) del observador, por ejemplo,

Por otro lado, Peter Corning argumenta: "¿Deben percibirse/observarse las sinergias para calificarlas como efectos emergentes, como afirman algunos teóricos? La mayoría enfáticamente no. Las sinergias asociadas con la emergencia son reales y medibles, incluso si no hay nadie allí para observarlos".

La baja entropía de un sistema ordenado puede verse como un ejemplo de emergencia subjetiva: el observador ve un sistema ordenado ignorando la microestructura subyacente (es decir, el movimiento de moléculas o partículas elementales) y concluye que el sistema tiene una baja entropía. Por otro lado, el comportamiento caótico e impredecible también puede verse como emergente subjetivo, mientras que a escala microscópica el movimiento de las partes constituyentes puede ser totalmente determinista.

En religión, arte y humanidades

En religión, la emergencia funda expresiones de naturalismo y sinteísmo religiosos en los que se percibe un sentido de lo sagrado en el funcionamiento de procesos totalmente naturalistas por los que surgen formas más complejas o evolucionan a partir de formas más simples. Los ejemplos se detallan en The Sacred Emergence of Nature de Ursula Goodenough y Terrence Deacon and Beyond Reductionism: Reinventing the Sacred de Stuart Kauffman, ambos de 2006, y en Syntheism – Creating God in The Internet Age de Alexander Bard y Jan Söderqvist de 2014. Los primeros argumentos (1904-1905) para el surgimiento de formaciones sociales, en parte derivadas de la religión, se pueden encontrar en la obra más famosa de Max Weber, La ética protestante y el espíritu del capitalismo.Recientemente, el surgimiento de un nuevo sistema social está relacionado con el surgimiento del orden a partir de relaciones no lineales entre múltiples unidades que interactúan, donde las múltiples unidades que interactúan son pensamientos, conciencia y acciones individuales.

En el arte, la emergencia se utiliza para explorar los orígenes de la novedad, la creatividad y la autoría. Algunos teóricos del arte/literatura (Wheeler, 2006; Alexander, 2011) han propuesto alternativas a la comprensión posmoderna de la "autoría" utilizando las ciencias de la complejidad y la teoría de la emergencia. Sostienen que la personalidad y el significado artísticos son fenómenos emergentes y relativamente objetivos. Michael J. Pearce ha utilizado la emergencia para describir la experiencia de las obras de arte en relación con la neurociencia contemporánea. El artista en ejercicio Leonel Moura, a su vez, atribuye a sus "artbots" una creatividad real, aunque rudimentaria, basada en principios emergentes.En literatura y lingüística, el concepto de emergencia se ha aplicado en el dominio de la estilometría para explicar la interrelación entre las estructuras sintácticas del texto y el estilo del autor (Slautina, Marusenko, 2014).

En el desarrollo internacional, los conceptos de emergencia se han utilizado dentro de una teoría del cambio social denominada ESCALA DE SEMILLA para mostrar cómo interactúan los principios estándar para generar un desarrollo socioeconómico ajustado a los valores culturales, la economía comunitaria y el entorno natural (soluciones locales que surgen de la mayor socio-econo-biosfera). Estos principios se pueden implementar utilizando una secuencia de tareas estandarizadas que se ensamblan a sí mismas en formas específicas individuales utilizando criterios de evaluación recursivos.

En los estudios poscoloniales, el término "Literatura Emergente" se refiere a un cuerpo contemporáneo de textos que está cobrando impulso en el panorama literario mundial (v. esp.: JM Grassin, ed. Emerging Literatures, Bern, Berlin, etc.: Peter Lang, 1996). Por oposición, "literatura emergente" es más bien un concepto utilizado en la teoría de la literatura.

Propiedades y procesos emergentes

Un comportamiento emergente o propiedad emergente puede aparecer cuando una serie de entidades simples (agentes) operan en un entorno, formando comportamientos más complejos como colectivo. Si la emergencia ocurre en escalas de tamaño dispares, entonces la razón suele ser una relación causal en diferentes escalas. En otras palabras, a menudo existe una forma de retroalimentación de arriba hacia abajo en los sistemas con propiedades emergentes. Los procesos que causan las propiedades emergentes pueden ocurrir tanto en el sistema observado como en el observador, y son comúnmente identificables por sus patrones de cambio acumulado, generalmente llamado "crecimiento". Los comportamientos emergentes pueden ocurrir debido a las intrincadas relaciones causales a través de diferentes escalas y retroalimentación, lo que se conoce como interconectividad. La propiedad emergente en sí misma puede ser muy predecible o impredecible y sin precedentes, y representan un nuevo nivel de evolución del sistema. El comportamiento o las propiedades complejas no son propiedad de ninguna de esas entidades, ni pueden predecirse o deducirse fácilmente del comportamiento de las entidades de nivel inferior.La forma y el comportamiento de una bandada de pájaros o un banco de peces son buenos ejemplos de propiedades emergentes.

Una de las razones por las que el comportamiento emergente es difícil de predecir es que el número de interacciones entre los componentes de un sistema aumenta exponencialmente con el número de componentes, lo que permite que surjan muchos tipos de comportamiento nuevos y sutiles. La emergencia es a menudo un producto de patrones particulares de interacción. La retroalimentación negativa introduce restricciones que sirven para fijar estructuras o comportamientos. Por el contrario, la retroalimentación positiva promueve el cambio, permitiendo que las variaciones locales se conviertan en patrones globales. Otra forma en que las interacciones conducen a propiedades emergentes es la evolución de dos fases. Esto ocurre cuando las interacciones se aplican de forma intermitente, lo que lleva a dos fases: una en la que se forman o crecen patrones, la otra en la que se refinan o eliminan.

Por otro lado, el mero hecho de tener un gran número de interacciones no es suficiente por sí solo para garantizar un comportamiento emergente; muchas de las interacciones pueden ser insignificantes o irrelevantes, o pueden anularse entre sí. En algunos casos, un gran número de interacciones puede, de hecho, dificultar la aparición de un comportamiento interesante, creando mucho "ruido" para ahogar cualquier "señal" emergente; Es posible que el comportamiento emergente deba aislarse temporalmente de otras interacciones antes de que alcance suficiente masa crítica para mantenerse a sí mismo. Por lo tanto, no es solo la gran cantidad de conexiones entre los componentes lo que fomenta la emergencia; es también cómo se organizan estas conexiones. Una organización jerárquica es un ejemplo que puede generar un comportamiento emergente (una burocracia puede comportarse de una manera bastante diferente a los departamentos individuales de esa burocracia); pero el comportamiento emergente también puede surgir de estructuras organizacionales más descentralizadas, como un mercado. En algunos casos, el sistema tiene que alcanzar un umbral combinado de diversidad, organización y conectividad antes de que aparezca un comportamiento emergente.

Las consecuencias no deseadas y los efectos secundarios están estrechamente relacionados con las propiedades emergentes. Luc Steels escribe: "Un componente tiene una funcionalidad particular, pero no se reconoce como una subfunción de la funcionalidad global. En cambio, un componente implementa un comportamiento cuyo efecto secundario contribuye a la funcionalidad global... Cada comportamiento tiene un efecto secundario y la suma de los efectos secundarios da la funcionalidad deseada". En otras palabras, la funcionalidad global o macroscópica de un sistema con "funcionalidad emergente" es la suma de todos los "efectos secundarios", de todas las propiedades y funcionalidades emergentes.

Puede parecer que los sistemas con propiedades emergentes o estructuras emergentes desafían los principios entrópicos y la segunda ley de la termodinámica, porque forman y aumentan el orden a pesar de la falta de mando y control central. Esto es posible porque los sistemas abiertos pueden extraer información y orden del entorno.

La emergencia ayuda a explicar por qué la falacia de la división es una falacia.

Estructuras emergentes en la naturaleza

Las estructuras emergentes se pueden encontrar en muchos fenómenos naturales, desde el dominio físico hasta el biológico. Por ejemplo, la forma de los fenómenos meteorológicos como los huracanes son estructuras emergentes. El desarrollo y crecimiento de cristales complejos y ordenados, impulsados ​​por el movimiento aleatorio de las moléculas de agua dentro de un entorno natural propicio, es otro ejemplo de un proceso emergente, donde la aleatoriedad puede dar lugar a estructuras ordenadas complejas y profundamente atractivas.

Sin embargo, se dice que la estructura cristalina y los huracanes tienen una fase de autoorganización.

Es útil distinguir tres formas de estructuras emergentes. Se produce una estructura emergente de primer orden como resultado de interacciones de forma (por ejemplo, los enlaces de hidrógeno en las moléculas de agua conducen a la tensión superficial). Una estructura emergente de segundo orden implica interacciones de formas que se desarrollan secuencialmente a lo largo del tiempo (por ejemplo, el cambio de las condiciones atmosféricas cuando un copo de nieve cae al suelo se construye y altera su forma). Finalmente, una estructura emergente de tercer orden es consecuencia de la forma, el tiempo y las instrucciones heredables. Por ejemplo, el código genético de un organismo afecta la forma de los sistemas del organismo en el espacio y el tiempo.

Sistemas físicos no vivos

En física, la emergencia se usa para describir una propiedad, ley o fenómeno que ocurre a escalas macroscópicas (en el espacio o el tiempo), pero no a escalas microscópicas, a pesar de que un sistema macroscópico puede verse como un conjunto muy grande de sistemas microscópicos..

Una propiedad emergente no necesita ser más complicada que las propiedades subyacentes no emergentes que la generan. Por ejemplo, las leyes de la termodinámica son notablemente simples, incluso si las leyes que gobiernan las interacciones entre las partículas componentes son complejas. Por lo tanto, el término emergencia en física no se usa para significar complejidad, sino más bien para distinguir qué leyes y conceptos se aplican a escalas macroscópicas y cuáles se aplican a escalas microscópicas.

Sin embargo, otra forma de concebir la división emergente, quizás de aplicación más amplia, implica una dosis de complejidad en la medida en que la viabilidad computacional de pasar de la propiedad microscópica a la macroscópica indica la "fuerza" de la emergencia. Esto se entiende mejor dada la siguiente definición de emergencia (débil) que proviene de la física:

Un comportamiento emergente de un sistema físico es una propiedad cualitativa que sólo puede ocurrir en el límite en que el número de constituyentes microscópicos tiende a infinito.

Dado que en realidad no hay sistemas infinitos en el mundo real, no existe una noción natural obvia de una separación estricta entre las propiedades de los constituyentes de un sistema y las del todo emergente. Como se analiza a continuación, se cree que la mecánica clásica surge de la mecánica cuántica, aunque, en principio, la dinámica cuántica describe completamente todo lo que sucede en un nivel clásico. Sin embargo, se necesitaría una computadora más grande que el tamaño del universo con más tiempo de cómputo que el tiempo de vida del universo para describir el movimiento de una manzana que cae en términos de las ubicaciones de sus electrones; por lo tanto, podemos tomar esto como una división emergente "fuerte".

En el caso de una emergencia fuerte, el número de constituyentes puede ser mucho menor. Las propiedades emergentes de una molécula de H _{2 O son muy diferentes de las de sus partes constituyentes, oxígeno e hidrógeno.}

Algunos ejemplos incluyen:Mecanica clasicaSe puede decir que las leyes de la mecánica clásica emergen como un caso límite de las reglas de la mecánica cuántica aplicadas a masas suficientemente grandes. Esto es particularmente extraño ya que generalmente se piensa que la mecánica cuántica es más complicada que la mecánica clásica.FricciónLas fuerzas entre partículas elementales son conservativas. Sin embargo, la fricción surge cuando se consideran estructuras de materia más complejas, cuyas superficies pueden convertir la energía mecánica en energía térmica cuando se frotan entre sí. Se aplican consideraciones similares a otros conceptos emergentes en la mecánica continua, como la viscosidad, la elasticidad, la resistencia a la tracción, etc.Suelo estampadolas formas geométricas distintas, ya menudo simétricas, formadas por el material del suelo en las regiones periglaciales.Mecánica estadísticaderivado inicialmente utilizando el concepto de un conjunto lo suficientemente grande como para que las fluctuaciones sobre la distribución más probable puedan ignorarse. Sin embargo, los cúmulos pequeños no muestran transiciones de fase de primer orden bruscas, como la fusión, y en el límite no es posible categorizar completamente el cúmulo como líquido o sólido, ya que estos conceptos (sin definiciones adicionales) solo son aplicables a sistemas macroscópicos. Describir un sistema usando métodos de mecánica estadística es mucho más simple que usar un enfoque atomístico de bajo nivel.Redes electricasLa respuesta conductiva masiva de las redes eléctricas binarias (RC) con arreglos aleatorios, conocida como Respuesta dieléctrica universal (UDR), puede verse como propiedades emergentes de tales sistemas físicos. Dichos arreglos pueden usarse como prototipos físicos simples para derivar fórmulas matemáticas para las respuestas emergentes de sistemas complejos.TiempoLa temperatura se utiliza a veces como ejemplo de un comportamiento macroscópico emergente. En dinámica clásica, una instantánea de los momentos instantáneos de un gran número de partículas en equilibrio es suficiente para encontrar la energía cinética promedio por grado de libertad que es proporcional a la temperatura. Para un pequeño número de partículas, los momentos instantáneos en un momento dado no son estadísticamente suficientes para determinar la temperatura del sistema. Sin embargo, usando la hipótesis ergódica, la temperatura aún se puede obtener con una precisión arbitraria promediando aún más los momentos durante un tiempo lo suficientemente largo.Convecciónen un líquido o gas es otro ejemplo de comportamiento macroscópico emergente que tiene sentido solo cuando se consideran diferenciales de temperatura. Las celdas de convección, particularmente las celdas de Bénard, son un ejemplo de un sistema autoorganizado (más específicamente, un sistema disipativo) cuya estructura está determinada tanto por las restricciones del sistema como por perturbaciones aleatorias: las posibles realizaciones de la forma y el tamaño del Las celdas dependen del gradiente de temperatura, así como de la naturaleza del fluido y la forma del recipiente, pero las configuraciones que realmente se realizan se deben a perturbaciones aleatorias (por lo tanto, estos sistemas exhiben una forma de ruptura de simetría).

En algunas teorías de la física de partículas, incluso estructuras tan básicas como la masa, el espacio y el tiempo se consideran fenómenos emergentes que surgen de conceptos más fundamentales como el bosón de Higgs o las cuerdas. En algunas interpretaciones de la mecánica cuántica, la percepción de una realidad determinista, en la que todos los objetos tienen una posición definida, un momento, etc., es en realidad un fenómeno emergente, describiéndose el verdadero estado de la materia por una función de onda que no necesita tienen una sola posición o impulso. La mayoría de las leyes de la física en sí, tal como las experimentamos hoy, parecen haber surgido durante el transcurso del tiempo, lo que hace que la emergencia sea el principio más fundamental del universo.y planteando la cuestión de cuál podría ser la ley más fundamental de la física de la que surgieron todas las demás. La química, a su vez, puede verse como una propiedad emergente de las leyes de la física. La biología (incluida la evolución biológica) puede verse como una propiedad emergente de las leyes de la química. De manera similar, la psicología podría entenderse como una propiedad emergente de las leyes neurobiológicas. Finalmente, algunas teorías económicas entienden la economía como una característica emergente de la psicología.

Según Laughlin, para muchos sistemas de partículas, nada se puede calcular exactamente a partir de las ecuaciones microscópicas, y los sistemas macroscópicos se caracterizan por una simetría rota: la simetría presente en las ecuaciones microscópicas no está presente en el sistema macroscópico, debido a las transiciones de fase. Como resultado, estos sistemas macroscópicos se describen en su propia terminología y tienen propiedades que no dependen de muchos detalles microscópicos. Esto no significa que las interacciones microscópicas sean irrelevantes, sino simplemente que ya no las ves, solo ves un efecto renormalizado de ellas. Laughlin es un físico teórico pragmático: si no puedes, posiblemente nunca, calcular las propiedades macroscópicas de simetría rota a partir de las ecuaciones microscópicas, ¿cuál es el punto de hablar de reducibilidad?

Sistemas biológicos vivos

Aparición y evolución

La vida es una fuente importante de complejidad, y la evolución es el proceso principal detrás de las diversas formas de vida. Desde este punto de vista, la evolución es el proceso que describe el crecimiento de la complejidad en el mundo natural y habla del surgimiento de seres vivos y formas de vida complejos.

Se cree que la vida surgió en el mundo primitivo del ARN cuando las cadenas de ARN comenzaron a expresar las condiciones básicas necesarias para que la selección natural operara tal como la concibió Darwin: heredabilidad, variación de tipo y competencia por recursos limitados. La aptitud de un replicador de ARN (su tasa de aumento per cápita) probablemente sería una función de las capacidades de adaptación que eran intrínsecas (en el sentido de que estaban determinadas por la secuencia de nucleótidos) y la disponibilidad de recursos. Las tres capacidades adaptativas primarias pueden haber sido (1) la capacidad de replicar con fidelidad moderada (dando lugar tanto a la heredabilidad como a la variación de tipo); (2) la capacidad de evitar la descomposición; y (3) la capacidad de adquirir y procesar recursos.Estas capacidades habrían sido determinadas inicialmente por las configuraciones plegadas de los replicadores de ARN (ver "Ribozima") que, a su vez, estarían codificadas en sus secuencias de nucleótidos individuales. El éxito competitivo entre diferentes replicadores habría dependido de los valores relativos de estas capacidades de adaptación.

Con respecto a la causalidad en la evolución, Peter Corning observa:

Los efectos sinérgicos de varios tipos han desempeñado un papel causal importante en el proceso evolutivo en general y en la evolución de la cooperación y la complejidad en particular... La selección natural a menudo se presenta como un "mecanismo", o se personifica como una agencia causal... En realidad, la "selección" diferencial de un rasgo, o una adaptación, es consecuencia de los efectos funcionales que produce en relación con la supervivencia y el éxito reproductivo de un organismo dado en un ambiente dado. Son estos efectos funcionales los que en última instancia son responsables de las continuidades transgeneracionales y los cambios en la naturaleza.

Según su definición de emergencia, Corning también aborda la emergencia y la evolución:

[En] los procesos evolutivos, la causalidad es iterativa; los efectos también son causas. Y esto es igualmente cierto de los efectos sinérgicos producidos por los sistemas emergentes. En otras palabras, la emergencia misma... ha sido la causa subyacente de la evolución de los fenómenos emergentes en la evolución biológica; son las sinergias producidas por los sistemas organizados las que son la clave

El enjambre es un comportamiento bien conocido en muchas especies animales, desde langostas en marcha hasta cardúmenes de peces y aves en bandada. Las estructuras emergentes son una estrategia común que se encuentra en muchos grupos de animales: colonias de hormigas, montículos construidos por termitas, enjambres de abejas, cardúmenes/bancos de peces, bandadas de pájaros y manadas/manadas de mamíferos.

Un ejemplo a considerar en detalle es una colonia de hormigas. La reina no da órdenes directas y no les dice a las hormigas qué hacer. En cambio, cada hormiga reacciona a los estímulos en forma de olor químico de las larvas, otras hormigas, intrusos, comida y acumulación de desechos, y deja un rastro químico que, a su vez, proporciona un estímulo a otras hormigas. Aquí, cada hormiga es una unidad autónoma que reacciona dependiendo únicamente de su entorno local y de las reglas codificadas genéticamente para su variedad de hormiga. A pesar de la falta de una toma de decisiones centralizada, las colonias de hormigas exhiben un comportamiento complejo e incluso han demostrado la capacidad de resolver problemas geométricos. Por ejemplo, las colonias encuentran rutinariamente la distancia máxima desde todas las entradas de la colonia para deshacerse de los cadáveres.

Parece que los factores ambientales pueden influir en la emergencia. La investigación sugiere la emergencia inducida de la especie de abeja Macrotera portalis. En esta especie, las abejas emergen en un patrón consistente con las lluvias. Específicamente, el patrón de emergencia es consistente con las lluvias de fines de verano de los desiertos del sudoeste y la falta de actividad en la primavera.

Organización de la vida

Un ejemplo más amplio de propiedades emergentes en biología se ve en la organización biológica de la vida, que va desde el nivel subatómico hasta la biosfera entera. Por ejemplo, los átomos individuales pueden combinarse para formar moléculas como cadenas polipeptídicas, que a su vez se pliegan y repliegan para formar proteínas, que a su vez crean estructuras aún más complejas. Estas proteínas, asumiendo su estado funcional a partir de su conformación espacial, interactúan entre sí y con otras moléculas para lograr funciones biológicas superiores y eventualmente crear un organismo. Otro ejemplo es cómo las reacciones de fenotipo en cascada, como se detalla en la teoría del caos, surgen de genes individuales que mutan en el posicionamiento respectivo.Al más alto nivel, todas las comunidades biológicas del mundo forman la biosfera, donde sus participantes humanos forman sociedades y las complejas interacciones de sistemas metasociales como el mercado de valores.

Emergencia de la mente

Entre los fenómenos considerados en el relato evolutivo de la vida, como una historia continua, marcada por etapas en las que han aparecido formas fundamentalmente nuevas: el origen de la inteligencia sapiens. El surgimiento de la mente y su evolución se investiga y se considera como un fenómeno separado en un sistema especial de conocimiento llamado noogénesis.

En la humanidad

Orden espontáneo

Los grupos de seres humanos, libres de regularse a sí mismos, tienden a producir un orden espontáneo, en lugar del caos sin sentido que a menudo se teme. Esto se ha observado en la sociedad al menos desde Chuang Tzu en la antigua China. Los seres humanos son los elementos básicos de los sistemas sociales, que interactúan perpetuamente y crean, mantienen o desenredan lazos sociales mutuos. Los lazos sociales en los sistemas sociales están cambiando perpetuamente en el sentido de la reconfiguración en curso de su estructura. Una rotonda de tráfico clásica también es un buen ejemplo, con automóviles que entran y salen con una organización tan efectiva que algunas ciudades modernas han comenzado a reemplazar los semáforos en las intersecciones problemáticas con rotondas y obtienen mejores resultados. El software de código abierto y los proyectos Wiki forman una ilustración aún más convincente.

Los procesos o comportamientos emergentes se pueden ver en muchos otros lugares, como ciudades, cábalas y fenómenos de minorías dominantes en el mercado en economía, fenómenos organizacionales en simulaciones por computadora y autómatas celulares. Siempre que hay multitud de individuos interactuando, del desorden surge un orden; ocurre un patrón, una decisión, una estructura o un cambio de dirección.

Ciencias económicas

El mercado de valores (o cualquier mercado para el caso) es un ejemplo de surgimiento a gran escala. En su conjunto, regula con precisión los precios relativos de los valores de las empresas de todo el mundo, pero no tiene un líder; cuando no existe una planificación central, no hay una entidad que controle el funcionamiento de todo el mercado. Los agentes, o inversionistas, tienen conocimiento de solo un número limitado de empresas dentro de su cartera, y deben seguir las reglas regulatorias del mercado y analizar las transacciones individualmente o en grandes grupos. Los analistas técnicos estudian intensamente las tendencias y patrones que surgen.

World Wide Web e Internet

La World Wide Web es un ejemplo popular de un sistema descentralizado que exhibe propiedades emergentes. No hay una organización central que racione la cantidad de enlaces, pero la cantidad de enlaces que apuntan a cada página sigue una ley de potencia en la que algunas páginas se enlazan muchas veces y la mayoría de las páginas rara vez se enlazan. Una propiedad relacionada de la red de enlaces en la World Wide Web es que casi cualquier par de páginas se pueden conectar entre sí a través de una cadena de enlaces relativamente corta. Aunque ahora es relativamente conocida, esta propiedad inicialmente fue inesperada en una red no regulada. Se comparte con muchos otros tipos de redes llamadas redes de mundo pequeño.

El tráfico de Internet también puede exhibir algunas propiedades aparentemente emergentes. En el mecanismo de control de congestión, los flujos TCP pueden sincronizarse globalmente en los cuellos de botella, aumentando y luego disminuyendo simultáneamente el rendimiento en coordinación. La congestión, ampliamente considerada como una molestia, es posiblemente una propiedad emergente de la propagación de cuellos de botella a través de una red en flujos de alto tráfico que pueden considerarse como una transición de fase.

Otro ejemplo importante de surgimiento en sistemas basados ​​en la web es el marcador social (también llamado etiquetado colaborativo). En los sistemas de marcadores sociales, los usuarios asignan etiquetas a los recursos compartidos con otros usuarios, lo que da lugar a un tipo de organización de la información que surge de este proceso de crowdsourcing. Investigaciones recientes que analizan empíricamente la compleja dinámica de tales sistemasha demostrado que efectivamente surge un consenso sobre distribuciones estables y una forma simple de vocabularios compartidos, incluso en ausencia de un vocabulario central controlado. Algunos creen que esto podría deberse a que todos los usuarios que contribuyen con etiquetas usan el mismo idioma y comparten estructuras semánticas similares que subyacen a la elección de las palabras. Por lo tanto, la convergencia en las etiquetas sociales puede interpretarse como el surgimiento de estructuras a medida que las personas que tienen una interpretación semántica similar indexan colaborativamente información en línea, un proceso llamado imitación semántica.

Arquitectura y ciudades

Las estructuras emergentes aparecen en muchos niveles diferentes de organización o como orden espontáneo. La autoorganización emergente aparece con frecuencia en ciudades donde ninguna entidad de planificación o zonificación predetermina el diseño de la ciudad. El estudio interdisciplinario de los comportamientos emergentes generalmente no se considera un campo homogéneo, sino que se divide en sus aplicaciones o dominios de problemas.

Los arquitectos no pueden diseñar todos los caminos de un complejo de edificios. En su lugar, podrían dejar que surjan patrones de uso y luego colocar pavimento donde los caminos se han desgastado, como un camino de deseo.

La acción en curso y la progresión del vehículo del Urban Challenge 2007 posiblemente podrían considerarse como un ejemplo de emergencia cibernética. Los patrones de uso de la carretera, los tiempos de franqueamiento de obstáculos indeterministas, etc. trabajarán juntos para formar un patrón emergente complejo que no se puede planificar de forma determinista por adelantado.

La escuela de arquitectura de Christopher Alexander adopta un enfoque más profundo de la emergencia, intentando reescribir el proceso de crecimiento urbano en sí mismo para afectar la forma, estableciendo una nueva metodología de planificación y diseño ligada a las prácticas tradicionales, un Urbanismo Emergente. La emergencia urbana también se ha relacionado con las teorías de la complejidad urbana y la evolución urbana.

La ecología de la construcción es un marco conceptual para comprender la arquitectura y el entorno construido como la interfaz entre los elementos dinámicamente interdependientes de los edificios, sus ocupantes y el entorno más amplio. En lugar de ver los edificios como objetos inanimados o estáticos, el ecologista de la construcción Hal Levin los ve como interfaces o dominios de intersección de sistemas vivos y no vivos.La ecología microbiana del ambiente interior depende en gran medida de los materiales de construcción, los ocupantes, el contenido, el contexto ambiental y el clima interior y exterior. La fuerte relación entre la química atmosférica y la calidad del aire interior y las reacciones químicas que ocurren en el interior. Los productos químicos pueden ser nutrientes, neutros o biocidas para los organismos microbianos. Los microbios producen sustancias químicas que afectan los materiales de construcción y la salud y el bienestar de los ocupantes. Los humanos manipulan la ventilación, la temperatura y la humedad para lograr la comodidad con los efectos concomitantes sobre los microbios que pueblan y evolucionan.

El intento de Eric Bonabeau de definir los fenómenos emergentes es a través del tráfico: "los atascos son en realidad muy complicados y misteriosos. A nivel individual, cada conductor está tratando de llegar a algún lugar y está siguiendo (o rompiendo) ciertas reglas, algunas legales (el límite de velocidad) y otros sociales o personales (disminuya la velocidad para permitir que otro conductor cambie a su carril). Pero un atasco de tráfico es una entidad separada y distinta que surge de esos comportamientos individuales. El embotellamiento en una carretera, por ejemplo, puede retroceder sin razón aparente, incluso cuando los autos avanzan". También comparó los fenómenos emergentes con el análisis de las tendencias del mercado y el comportamiento de los empleados.

IA informática

Algunas aplicaciones informáticas con inteligencia artificial (IA) simulan el comportamiento emergente. Un ejemplo es Boids, que imita el comportamiento de enjambre de las aves.

Idioma

Se ha argumentado que la estructura y la regularidad de la gramática del lenguaje, o al menos el cambio del lenguaje, es un fenómeno emergente. } Si bien cada hablante simplemente trata de alcanzar sus propios objetivos comunicativos, utilizan el lenguaje de una manera particular. Si suficientes hablantes se comportan de esa manera, el idioma cambia. En un sentido más amplio, las normas de una lengua, es decir, las convenciones lingüísticas de su sociedad de habla, pueden verse como un sistema que surge de una participación prolongada en la resolución de problemas comunicativos en diversas circunstancias sociales.

Procesos de cambio emergentes

Dentro del campo de la facilitación de grupos y el desarrollo organizacional, ha habido una serie de nuevos procesos grupales que están diseñados para maximizar la emergencia y la autoorganización, al ofrecer un conjunto mínimo de condiciones iniciales efectivas. Ejemplos de estos procesos incluyen SEED-SCALE, investigación apreciativa, Future Search, el café del mundo o café del conocimiento, Open Space Technology y otros (Holman, 2010).