Emergenssi

Emergenssi () on alun perin filosofinen ja nykyään yhä voimakkaammin olemassaolon systeemeihin liittyvä käsite, joka tarkoittaa tietystä kokonaisuudesta nousevaa ja syntyvää uutta ilmiötä, ominaisuutta tai toiminnan tasoa. Emergentismillä tarkoitetaan filosofiassa ontologista kantaa, jossa johonkin fysikaaliseen systeemiin ilmestyy uusia ominaisuuksia. Muutosta alatason (yksinkertaisista) säännöistä ylätason (kompleksiseksi) kehittyneeksi järjestelmäksi kutsutaan emergenssiksi. Emergenssin luonnetta ja ehtoja tutkii emergenssioppi.

Holismi ja emergenssi

Holismin mukaan kokonaisuus on tiettyjen edellytysten vallitessa enemmän kuin osansa tai enemmän kuin osiensa summa, ja kokonaisuudesta kehkeytyy (engl. emerge) silloin ominaisuuksia, joita ei ole havaittavissa sen osissa. Esimerkiksi yksittäisellä kulta-atomilla ei ole ulottuvaisuutta, muotoa eikä väriä, mutta lukuisien kulta-atomien muodostamalla kokoomalla, kultahipulla, on mainitut ominaisuudet.

Emergenssi ja filosofia

Emergentti materialismi on ontologinen kanta, jossa esimerkiksi tietoisuutta ja mieltä ei pyritä palauttamaan – redusoimaan tai eliminoimaan – fyysisiksi tai fysiologisiksi ominaisuuksiksi. Tietoisuus kehkeytyy aivojen, ihmisolennon ja ympäristön vuorovaikutuksessa. Muun muassa tietoisuus nähdään siis todellisuuden emergentiksi ominaisuudeksi. 

Emergenssin lähtökohtina voidaan pitää muun muassa filosofi Georg Wilhelm Friedrich Hegelin käsitystä määrällistä muutosta (jossain vaiheessa) seuraavasta laadullisesta muutoksesta. Myös filosofit Auguste Comte ja Herbert Spencer sekä biokemisti ja tieteen historioitsija Joseph Needham ovat käsitelleet aihetta. 1900-luvulla emergenssioppia ovat käsitelleet eri näkökulmista esimerkiksi filosofit Karl Popper, Ilkka Niiniluoto, Sami Pihlström ja Leo Näreaho.

Tietoisuuden jäsentäminen 

Emergenteistä ilmiöistä filosofeja on eniten kiinnostanut tietoisuus: kuinka aivot (aineellinen olio) voivat olla tietoiset? Tätä kutsutaan mieli–ruumis-ongelmaksi tai psykofyysiseksi ongelmaksi. Samanlaisia ongelmia voidaan kuitenkin erottaa myös muilta ontologian tasoilta: yhtä hyvin voitaisiin puhua atomi–molekyyli-ongelmasta tai solu–elin-ongelmasta. Ongelman jäsentämistä vaikeuttaa se, että ruumiista tulee tietoisia vähintään kahden emergentin siirtymän kautta: elävä hermosto → tajuisuus → tietoisuus. Emergenssin ohella tietoisuuden ongelmaa on koetettu ratkaista seuraavin keinoin, joita periaatteessa voitaisiin soveltaa muillekin emergenssiasteille: reduktionismi, dualismi ja panpsykismi.

Emergenssi ja olemassaolon systeemit 

Yksinkertainen emergentti ilmiö on esimerkiksi veden kiehuminen 100 asteessa, eli nesteen kiehuminen ja muuttuminen kaasuksi, siirtyminen uuteen olomuotoon. Vesi ei muutu heti lämpötilan noustessa kaasuksi, koska haihtuminen vaatii paljon enemmän energiaa kuin veden lämpötilan nostaminen sataan asteeseen.

Toinen esimerkki lukumäärän lisääntymisen oleellisesta vaikutuksesta on todennäköisyys. Kun heitämme noppaa, meillä ei ole mitään mahdollisuuksia tietää, mikä kuudesta numerosta tulee nopan arvoksi. Kun heitämme noppaa 1000 kertaa, voimme suurella varmuudella sanoa, että kutakin nopan arvoa esiintyy noin kuudesosa kokonaismäärästä. Lukumäärä lisää siis tietämistä.

Yleisesti emergenssi näkyy loivana S-käyränä: Ensin ei pitkään aikaan tapahdu juuri mitään Y:n arvolle X:n arvon kasvaessa. Tietyllä X:n arvolla Y:n arvo alkaa nousta nopeasti, Y siirtyy uudelle tasolle. Sitten Y vakiintuu jälleen matalan kasvun tasolle. Emergenssiin tarvitaan siis (suurta) määrää, kompleksisuutta. Kompleksisuus on (yksi) emergenssin, uusien systeemien lähde, prosessuaalisuus toinen.

Edellä esitetyn S-käyrän muutoksen kohdat riippuvat systeemin yksityiskohtaisesta rakenteesta ja ominaisuuksista. Siis esimerkiksi
 montako alatason ilmiötä tarvitaan kasvuvaiheen saavuttamiseen
 milloin kasvuvaihe alkaa
 kuinka nopea kasvuvaihe on
 missä vaiheessa uusi taso saavutetaan ja kuinka nopeasti kasvu lakkaa.

Joseph Needham on käsitellyt emergenssiä termin "Integrative levels" alla, kuten myös professori Tom Wilson.

Kompleksisuustutkija Stuart Kauffman käsittelee teoksessaan At Home in the Universe: The Search for the Laws of Self-Organization and Complexity kompleksisuuden ja emergenssin välistä suhdetta. Teos on ensimmäisiä yrityksiä luoda emergenssin teoriaa. 

Kauffman osoittaa kirjassaan, miten kompleksisuudesta syntyy automaattisesti järjestystä ilmaiseksi, order for free, kuten hän toteaa. Tutkittuaan kompleksisia verkkoja tietokonesimulaationa Kauffman pystyy osoittamaan, miten niistä syntyy kolmenlaisia systeemejä:
 järjestynyt kokonaisuus (regime)
 kaoottinen kokonaisuus ja 
 siirtymävaiheen kokonaisuus (transition regime).

Ensimmäinen syntyy, kun verkon solmujen välillä on keskimäärin alle kaksi yhteyttä per solmu. Järjestynyt kokonaisuus on kokonaisilmiönä stabiili, muuttumaton.

Kaoottinen kokonaisuus syntyy, kun verkon solmujen välillä on keskimäärin yli kaksi yhteyttä per solmu. Kaoottinen kokonaisuus on nimensä mukaisesti kaoottinen, ilman järjestystä missään vaiheessa.

Mielenkiintoisin systeemi on siirtymävaiheen kokonaisuus. Se syntyy kun verkon solmujen välillä on keskimäärin kaksi yhteyttä. Siirtymävaiheen kokonaisuuden ominaisuuksia on stabiilien, mutta muuttumiskykyisten alikokonaisuuksien, hahmojen, muodostuminen systeemiin. Tämä ominaisuus viittaa vahvasti evoluutioon. Kyse on järjestyksestä kaaoksen rajalla. Mm. elämä on Kauffmanin mukaan juuri sitä.

Stabiilien mutta muuttumiskykyisten alikokonaisuuksien, hahmojen, syntyminen kompleksiseen järjestelmään on emergenssiä. Aivoissa hahmon voidaan ajatella olevan jollain tasolla ajatus, biologiassa yksi solun reaktioketju (ja ketjujen verkko solun aineenvaihdunta), taloudessa yritys (ja yritysten verkkotalous), teknologiassa järjestelmä (ja järjestelmien verkkoteknologia) jne. Erityyppisiä emergenttejä ilmiöitä ei kuitenkaan voida samastaa suoralta kädeltä keskenään.

Kauffmanin mukaan Charles Darwinin luonnon valinnan rinnalle on nostettava itseorganisoitumisen periaate. Biologia, talous ja tekniikka noudattavat Kauffmanin mukaan mitä ilmeisimmin mainittuja periaatteita.

Suomalainen fyysikko Kari Enqvist (1998) toteaa emergenssistä: "Emergenssiä on olemassa, mutta se on osoitus kuvailun karkeudesta, ei sen kohoamisesta uusiin, tuntemattomiin sfääreihin." Tämä on yhteneväinen Kauffmanin order for Free -periaatteen kanssa. Myös Enqvist esittää saman idean. Vaikka hahmoja, ylätason kokonaisuuksia syntyy, ne ovat aina vain alatason ilmiöitä, joskin kompleksisesti niistä johtuvia. Hahmot on saatavissa näkyviin karkeistamalla näkymää, hukkaamalla tietoa, kuten Enqvist toteaa.

Uuden tason saaminen näkyviin olisi siis vain abstraktiotason nostamista, tiedon hukkaamista. Ymmärryksen ja viisauden luominen on periaatteessa samanlainen ilmiö. Tarvitaan paljon alatason ilmiöitä ja sitten paljon prosessointia niiden yhtäläisyyksien löytämiseksi ja siis tiedon hukkaamiseksi, yksinkertaistamiseksi. Ilmiö näkyy myös oppimisessa alkuvaiheen oppimistasanteena ja sitten tarpeellisen prosessoinnin ja oikeiden havaintojen jälkeen oivalluksena, oppimisen uutena tasona. Palaset loksahtavat paikalleen.

Myös ahvenanmaalainen tietotutkija Jan Kåhre toteaa edellä mainitun periaatteen kirjassaan The Mathematical Theory of Information: Tiedon luomisessa on tärkeämpää tiedon hävittäminen (näkymän karkeistaminen) kuin jatkuva yksityiskohtien kerääminen. Kyse on puu–metsä-ilmiöstä. Kun yhdistää tuhat puuta (yksityiskohtaa), näkee yhden metsän, puiden metatason.

Soveltamalla emergenssiä eli yhdistämällä lukuisia alatason elementtejä suuremmaksi kokonaisuudeksi on ratkottu muun muassa ohjelmointiongelmia. Monesti ohjelmien toiminta on ollut hyvin vaikea ymmärtää, vaikka ne ovat ratkaiseet alkuperäisen ohjelmointiongelman.

Suomalainen musiikkitieteilijä Markus Lång on tähdentänyt prosessuaalisten syiden merkitystä emergenteille ilmiöille ja esittänyt prosessuaalisen joukon käsitteen:

Ajatellaan ensin jotain mielivaltaisten aineellisten olioiden joukkoa, jolla ei ole paljonkaan kausaalista mielekkyyttä: oikean peukaloni kynsi, Kyösti Kallion patsas ja Jupiterin kuu Io. Nämä muodostavat ilmeisen mielivaltaisen, määrittelyyn perustuvan joukon S1, ja sellaisia voitaisiin luoda loputon määrä. Jos sen sijaan määrittelemme joukon, jonka jäseniä ovat esimerkiksi keltainen ja punainen lasilevy sekä valkoisen valon lähde, tämä on selvästi kiinnostavampi kokooma, ja tietyissä oloissa tämä joukko S2 saa aikaan oranssin lasialan. Tavallinen joukon määrittely esittää vain luettelona joukon alkiot S = {a1, a2, ..., an}, mutta prosessuaalisen joukon SP määritelmä määrittää myös alkioiden keskinäiset suhteet: SP = {a1 × a2 × ... × an}. Niinpä emergentit ilmiöt voidaan kuvata prosessuaalisten joukkojen avulla, ja nämä joukot ovat multiplikatiivisia, eivät additiivisia: jos yhdenkin jäsenen arvo on nolla, on kokonaisuus nolla.

Lång on myös jakanut emergenssin heikkoon ja vahvaan emergenssiin seuraavasti: Heikko emergenssi tarkoittaa, että kehkeytynyt ominaisuus kuuluu ontologisesti samalle jäsennystasolle kuin aineelliset syyt, esimerkiksi oranssi valo on väriä samalla tavoin kuin punainen ja keltainen ovat. Vahvasta emergenssistä voidaan puhua silloin kun aineelliset syyt ja seuraus kuuluvat eri tasoille, esimerkiksi kun atomit muodostavat molekyylin tai molekyylit kiinteän kappaleen tai mekaanisilla osilla on ominaisuus ”mittaa aikaa” (kello). Sekä heikko että vahva emergenssi on tulkittava monistisesti, sillä kummassakaan ei ole kyse uudenlaisen itseisaineksen (substanssin) syntymisestä maailmaan vaan vuorovaikutuksesta ja sen seurauksista.

Emergenssi, paikallisuus ja globalisuus

Emergenssin perustana ovat paikalliset, irralliset, yksinkertaiset ja yksityiset ilmiöt, esimerkiksi tuhannet muurahaiset. Ne luovat kompleksista käyttäytymistä globaaliin ja yleiseen tasoon; esimerkiksi voidaan mainita muurahaispesän toiminta kokonaisuutena.

Paikallisen järjestelmän rakennuskomponentteja:
 Määrässä on ero (vrt. Hegel yllä). Paikallisia elementtejä tarvitaan tietty kriittinen määrä. 
 Tietämättömyys on käyttökelpoista. Vrt. Tietokone: Pohjimmiltaan pelkkiä ykkösiä ja nollia.
 Satunnaisuus, rohkaise satunnaisia tapahtumia
 Etsi hahmoja, ylemmän tason pysyviä ilmiöitä signaaleista. 
 Ota naapurusto huomioon. Esimerkiksi soluissa vaikuttavat paitsi geenit myös naapurisolujen kemialliset viestit. Ilmiötä kutsutaan topobiologiaksi. Seuraus: Paikallinen informaatio voi johtaa globaaliin viisauteen.

Emergenssi ja uudet ilmiöt

Kun systeemien määrä ja niiden keskinäisriippuvuudet kasvavat ja kun niiden selkeä hierarkkinen rakenne muuttuu yhä epäselvemmäksi, syntyy uusia emergenttejä ilmiöitä. Ilmiö on ilmeisesti herkkä lukumäärälle, kuten yllä on todettu. Pieni määrä elementtejä on jäykkä, hierarkkinen. Suuri määrä elementtejä on alati muuttuva, kaaos. Kiinnostavat järjestelmät, joissa on "sopiva" määrä elementtejä, ovat kaaoksen rajalla. Niissä on muuttumiskykyistä pysyvyyttä.

Katso myös 
 Spontaani järjestys
 Emergentti materialismi
 Heinz R. Pagels
 Kaaosteoria
 Ontologia
 Kompleksisuusteoria

Lähteet

Kirjallisuutta 
 Beckermann, Ansgar – Flohr, Hans – Kim, Jaegwon (toim.) 1992: Emergence or Reduction? Essays on the Prospects of Nonreductive Physicalism. Walter de Gruyter, Berlin. ISBN 3-11-012880-2
 Bunge, Mario 2003: Emergence and Convergence: Qualitative Novelty and the Unity of Knowledge. University of Toronto Press, Toronto.
 Cunningham, Bryon 2001: The Reemergence of ‘Emergence’. – Philosophy of Science 3 (68. vsk.), liite, s. 62–75.
  
 Gould, Stephen Jay 2003: The Hedgehog, the Fox, and the Magister’s Pox: Mending the Gap between Science and the Humanities. Jonathan Cape, London.
 Johnson, Steven 2001: Emergence: The connected life of ants, brains, cities and software. Scribner.
 Kauffman, Stuart 1995: At Home in the Universe: The Search for the Laws of Self-Organization and Complexity. Oxford University Press, Oxford.
 
 Korotayev A. – Malkov A. – Khaltourina D. 2006: Introduction to Social Macrodynamics: Compact Macromodels of the World System Growth. URSS, Moscow. ISBN 5-484-00414-4 URSS Books. 
 Lång, Markus 2004: Psykoanalyysi ja sen soveltaminen musiikintutkimukseen. Studia musicologica Universitatis Helsingiensis, 12. (väitöskirja) Helsingin yliopisto, Helsinki. ISBN 952-10-2197-7
 Needham, Joseph 1937: Integrative levels: a revaluation of the idea of progress. Clarendon Press, Oxford.
 
 
 Pagels, Heinz R. 1989: The Dreams of Reason: The Computer and the Rise of Sciences of Complexity. Bantam Books.
 Pihlström, Sami 1999: Emergenssistä – kommentti Kari Enqvistille. – Tieteessä tapahtuu 1. HTML 
 Popper, Karl R. – Eccles, John C. 1977: The Self and Its Brain. Springer, Berlin. ISBN 3-540-08307-3
 Velmans, Max 2000: Understanding Consciousness. Routledge, London. ISBN 0-415-18655-2

Aiheesta muualla 
 Emergenssi, Tieteessä tapahtuu, 1999

Filosofian termit
Systeemit
Seulonnan keskeiset artikkelit