הגחה

הגחה או התהוות (Emergence) היא הופעה של דפוסים לא צפויים או התנהגות לא צפויה מתוך מערכות מורכבות הגחה היא תופעה או התנהגות המתרחשת כאשר לישות מורכבת יש תכונות או התנהגויות שאין לחלקיה, ומופיעה רק כאשר הם מקיימים אינטראקציה במכלול רחב יותר. דוגמה פשוטה לכך היא טמפרטורה - למולוקולה בודדת אין טמפרטורה או לחץ - תכונות אלו נוצרות עקב אינטראקציות בין מולקולות רבות. באופן דומה נוירון בודד אינו אינו בעל תודעה. פקק תנועה אינו תכונה של מכונית בודדת אלה נוצר עקב אינטראקציה בין מכוניות רבות.

המושג משמש כיום בתחומים כמו תורת המערכות, מערכות מורכבות, כלכלת מורכבות, אקולוגיה, בפילוסופיה ואמנות. להגחה יש תפקיד מרכזי בתיאוריות של רמות אינטגרטיביות  ושל מערכות מורכבות. לדוגמה, תופעת החיים שנחקרת בביולוגיה היא תכונה המגיחה מתוך כללים ומבנים פשוטים יותר בתחומים של כימיה ופיזיקה.

בפיזיקה, הגחה משמשת לתיאור תכונה, חוק או תופעה המתרחשת בקנה מידה מקרוסקופי (במרחב או בזמן) אך לא בקנה מידה מיקרוסקופי, למרות העובדה שניתן להתייחס למערכת מקרוסקופית כמכלול גדול מאוד של מערכות מיקרוסקופיות. בתורת האבולוציה, ובתחומים רבים אחרים הגחה פרושה עלייתה של מערכת שלא ניתן לחזות או להסביר מתנאים קדומים. באופן כללי יותר, לעיתים קרובות הגחה גורמת לכך שדפוסים או התנהגות המופיעים ברמת המערכת הכללית, אינם מופיעים בהכרח ברמת פרטים או תתי-מערכות המרכיבים את המערכת, וקשה לחזות דפוסים אלה מתוך התבוננות בפרטים או בתכונות של הפרטים. לדוגמה קשה לחזות קיום של פקקי תנועה מתוך התבוננות במכונית בודדת. באופן דומה מוזיקה אינה קיימת ברמה של תו בודד – היא נובעת מהאינטראקציה והסידור של תווים רבים לאורך זמן.

ג'ורג' הנרי לווס  פילוסוף המדע האנגלי בן המאה ה-19, הבחין בין תוצאתיות (Resultants) לבין הגחה. תוצאתיות הן תופעות הניתנות לחיזוי מתוך החלקים המרכיבים אותן. לעומת זאת בהגחה לא ניתן לבצע חיזוי של תופעות כאלו. למשל, תערובת פיזיקלית של חול ואבקת טלק היא תוצאתיות בניגוד לתרכובת כימית כגון מלח בישול, שלא נראה כמו נתרן או כלור.

דוגמאות להגחה
הגחה בפיזיקה
שמאל|ממוזער|200px|הטמפרטורה של גז חד-אטומי אידיאלי היא מידה של האנרגיה הקינטית הממוצעת של האטומים הנעים בו. הטמפרטורה היא דוגמה להגחה שכן למולוקולה בודדת אין הטמפרטורה - זו מתקבלת כתוצאה מאינטראקציות בין מספר רב של מולקולות
בפיזיקה, ובעיקר במסגרת מכניקה סטטיסטית ופיזיקה של חומר מעובה, נהוג להדגים את מושג ההגחה באמצעות תופעות מקרוסקופיות הנוצרות מאינטראקציות בין מספר רב של חלקיקים מיקרוסקופיים. בדוגמאות אלה, התכונה ברמת המערכת אינה תכונה של הרכיב הבודד, אלא תוצאה קולקטיבית של ריבוי אינטראקציות.

אחת הדוגמאות הקלאסיות היא טמפרטורה. גז מורכב ממולקולות הנעות באקראי במהירויות שונות, אך למולקולה בודדת אין טמפרטורה. הטמפרטורה היא גודל סטטיסטי המתאר את האנרגיה הקינטית הממוצעת של אוסף עצום של חלקיקים, ולכן היא תכונה מגיחה של המערכת כולה. דוגמה זו נפוצה במיוחד בספרות על מורכבות ובהקשרים פילוסופיים של רדוקציוניזם.

דוגמה נוספת היא היווצרות מערבולת או הוריקן במכניקת הזורמים. אף שכל חלקיק אוויר מציית למשוואות תנועה מקומיות, מתקבל דפוס יציב וקוהרנטי בקנה מידה גדול - מבנה דינמי שאינו ניתן לייחוס לחלקיק יחיד.

בתחום של מוליכות-על, תופעה הנחקרת במסגרת פיזיקת חומר מעובה, מתקבל מצב קולקטיבי שבו זרם חשמלי זורם ללא התנגדות. תכונה זו אינה מאפיינת אלקטרון בודד, אלא נוצרת מאינטראקציה קוונטית משותפת של אלקטרונים רבים (כגון יצירת זוגות קופר).

דוגמה נוספת היא קריסטליזציה, שבה אטומים בנוזל מסתדרים במבנה סימטרי מחזורי. הסימטריה והסדר המרחבי הם תכונות של המערכת בכללותה ואינם מאפיינים של אטום בודד.

דוגמאות אלה ממחישות את העיקרון שלפיו "יותר הוא שונה" (More is Different), כפי שניסח הפיזיקאי פיליפ אנדרסון במאמרו משנת 1972, שבו טען כי ברמות ארגון גבוהות מופיעות תכונות וחוקים שאינם ניתנים לגזירה ישירה ופשוטה מתיאור הרכיבים הבסיסיים.

הגחה בביולוגיה
בהקשר הביולוגי, הגחה מתארת תכונות או דפוסים ברמה גבוהה של ארגון ביולוגי, הצומחים מתוך אינטראקציות בין יחידות פשוטות יותר, וקשה לחזות אותם מראש ידי התנהגות היחידות הבודדות.
ממוזער|טקסט=נחיל ציפורים, דוגמה של ארגון עצמי בביולוגיה|נחיל ציפורים, דוגמה להגחה ולארגון עצמי בביולוגיה
 להקות דגים ועופות – דג יחיד או ציפור יחידה פועלים לפי כללים פשוטים של שמירה על מרחק, התאמה לכיוון השכנים ותנועה למרכז הקבוצה. ברמה הקולקטיבית נוצרים דפוסי תנועה מסונכרנים ומרשימים.
 נוירונים ותודעה – פעולתם של נוירונים בודדים יוצרת, ברשת עצבית רחבה, חוויות תודעתיות, זיכרון ויכולת קוגניטיבית. תודעה היא תכונה שמופיעה ברמת המערכת בלבד ואינה תכונה של נוירון בודד.
 אקולוגיה – אינטראקציה בין אורגניזמים שונים יוצרת דפוסי אוכלוסייה, שרשראות מזון ואיזון בין מינים, שאינם קיימים ברמת פרט יחיד.
 חיידקים וביופילם – חיידקים בודדים מפרישים חומרים ומגיבים למקורות מזון, אך ברמה הקולקטיבית הם יוצרים ביופילם – שכבה מרובת תאים עם מבנה מורכב ותכונות הגנתיות.
 רשתות גנטיות – אינטראקציה בין גנים יוצרת תהליכי פיתוח מורכבים, כגון יצירת איברים, דפוסי תנועה והתפתחות מערכת החיסון, תכונות שאינן ניתנות לחיזוי רק על פי חקר גן בודד.

הגחה בכלכלה
 שווקים ומחירים 
בכלכלה נאו-קלאסית ובתיאוריות של מורכבות, שיווי משקל בשוק שקובע מחיר של סחורה ואת הכמות הכוללת שנמכרת נתפסים כיום כהגחה של אינטראקציות בין קונים ומוכרים. אף סוכן יחיד אינו קובע את המחיר, אך מהאינטראקציה בין קונים ומוכרים (במיוחד כשיש קונים ומוכרים רבים) נוצר מנגנון תמחור קולקטיבי. אדם סמית תהליך זה באמצעות המטפורה של "היד הנעלמה", שבה אינטרסים פרטיים מובילים לתוצאה מערכתית שאינה מתוכננת על ידי אף גורם "מלמעלה". גישות מאוחרות יותר בכלכלת מורכבות, כגון אלו של Brian Arthur, מדגישות דינמיקות לא-ליניאריות, תלות במסלול ומשוב חיובי.

בשנת 1945 טען פרידריך הייק במאמרו "השימוש בידע בחברה" ("The Use of Knowledge in Society"), כי הידע הכלכלי הרלוונטי לפעולה מצוי בצורה מפוזרת בין פרטים רבים ואינו ניתן לריכוז בידי גורם מתכנן יחיד. לטענתו, מנגנון המחירים פועל כמערכת תקשורת מבוזרת, המאפשרת לפרטים לתאם את פעולותיהם על בסיס מידע מקומי בלבד.  

"הבעיה הכלכלית של החברה אינה רק בעיה של הקצאת משאבים “נתונים” — אם “נתונים” פירושו נתונים לתודעה אחת הפותרת במכוון את הבעיה שמציבים “נתונים” אלה. זוהי, במקום זאת, בעיה של הבטחת השימוש הטוב ביותר במשאבים הידועים לכל אחד מחברי החברה, למען מטרות שרק הם עצמם יודעים את חשיבותן היחסית. או בקיצור, זוהי בעיה של ניצול ידע שאינו נתון לאיש בשלמותו."

הייק הדגים כיצד מחסור במשאב מסוים מתורגם לעליית מחיר, אשר מובילה שחקנים רבים להפחית שימוש במשאב — אף מבלי שיידעו מה גרם למחסור או מי מושפע ממנו. התוצאה היא התאמה מערכתית רחבת־היקף שאינה תוצר של תכנון מרכזי אלא של אינטראקציות בין סוכנים מבוזרים.פרשנים מאוחרים בתחום כלכלת המורכבות ראו בתיאור זה דוגמה מוקדמת לתופעה הגחתית, שבה סדר מקרו־כלכלי מתהווה מתוך פעולות מיקרו אינדיבידואליות.

 בועות פיננסיות 
בועות בשוק ההון נתפסות לעיתים כהגחה של ציפיות הדדיות, חיקוי וחיזוק חברתי. גם אם כל משקיע פועל על בסיס מידע מקומי ואינטרס עצמי, התוצאה המצטברת יכולה להיות סטייה קולקטיבית ממחיר יסודי — תופעה שלא ניתן לייחס להחלטה רציונלית של סוכן יחיד מסוים.

 מודלים מבוססי-סוכנים 
כלכלת מורכבות משתמשת במודלים מבוססי-סוכנים  כדי להמחיש כיצד אינטראקציות פשוטות יוצרות דפוסים מאקרו-כלכליים. מודלים אלה מדגימים כיצד אי-שוויון, מחזורי עסקים או רשתות מסחר יכולים להתהוות ללא תכנון מרכזי.

הגחה והיררכיית המדעים
הדיון המודרני בהגחה קיבל ביטוי משמעותי במאמרו של הפיזיקאי פיליפ אנדרסון, "יותר הוא שונה" - More Is Different (1972) - אם כי אנדרסון אינו מתייחס למושג הגחה במאמר. אנדרסון מקבל את ההנחה הרדוקציוניסטית שלפיה כל המערכות בטבע מצייתות לחוקים פיזיקליים בסיסיים, אך דחה את המסקנה ה"קונסטרוקטיביסטית" שלפיה ניתן להסביר או לבנות את כלל התופעות ברמות הגבוהות מתוך החוקים היסודיים בלבד. לדבריו, היכולת לצמצם תופעות לחוקים בסיסיים אינה שקולה ליכולת לשחזר מתוכם את התנהגותן של מערכות מורכבות. לפי אנדרסון "ככל שפיזיקאי החלקיקים היסודיים מספרים לנו יותר על טבעם של החוקים היסודיים, כך נראה שיש להם פחות רלוונטיות לבעיות הממשיות של שאר תחומי המדע – קל וחומר לבעיות החברה."

לפי אנדרסון, ההשערה הקונסטרוקטיביסטית נהרסת בגלל שני היבטים - קנה מידה ומורכבות. כך - התנהגותם של אוספים גדולים ומורכבים של חלקיקים יסודיים אינה מובנת באמצעות אקסטרפולציה פשוטה מתכונותיהם של כמה חלקיקים בודדים. במקום זאת, בכל רמת מורכבות מופיעות תכונות חדשות לחלוטין, והבנת ההתנהגויות החדשות מחייבת מחקר שהוא לדעתו יסודי לא פחות מכל מחקר אחר.

אנדרסון מציע לסדר את המדעים במעין קירוב היררכי ליניארי לפי הרעיון: הישויות היסודיות של מדע X מצייתות לחוקי מדע Y:
 פיזיקה של מצב מוצק / פיזיקה של מערכות מרובות־חלקיקים מצייית לחוקים של פיזיקה של חלקיקים יסודיים
 כימיה מצייתת לחוקים של פיזיקה של מערכות מרובות־חלקיקים
 ביולוגיה מולקולרית מצייתת לחוקי הכימיה.
 ביולוגיה תאית מציית לחוקים של ביולוגיה מולקולרית.
...
 פסיכולוגיה מתנהגת לפי לחוקי הפיזיולוגיה
 מדעי החברה מצייתת לחוקי הפסיכולוגיה

אנדרסון טען כי היררכיה זו אינה מרמזת שמדע X הוא "רק יישום של Y". שכן בכל רמת מורכבות מופיעים חוקים, מושגים והכללות חדשים הדורשים השראה ויצירתיות במידה שאינה פחותה מזו שבשלב הקודם.
כך, אף שכימיה כפופה לחוקי הפיזיקה, אין היא "פיזיקה יישומית"; ביולוגיה אינה כימיה יישומית, ופסיכולוגיה אינה ביולוגיה יישומית. מעבר בין רמות כרוך בהופעת תכונות קולקטיביות חדשות, תופעה המזוהה כיום עם רעיון ההגחה.

אנדרסון מדגים זאת באמצעות דוגמאות מתחום הפיזיקה. הוא טוען כי הסימטריה חשובה מאד בפיזיקה. כשהסימטריה מוגדרת כנקודות מבט שונות שממנו המערכת נראית זהה. ניוטון, למשל, העריך שהחוקים הפיזיקליים זהים בכל מקום בחלל, מה שמבטא הומוגניות ואיזוטרופיות. עם זאת, המבנה הפנימי של חומר אינו חייב להיות סימטרי גם אם מצבו הכולל כן סימטרי– לדוגמה, הפיכת האמוניה או הצורה הלא-סימטרית של הגרעין.

לפי אנדרסון, סימטריה שבורה היא מצב שבו החוקים הבסיסיים של מערכת פיזיקלית הם סימטריים, אך המערכת עצמה אינה משקפת את הסימטריה הזו במלואה. כלומר המערכת בוחרת מצב מסוים מתוך אפשרויות סימטריות רבות, מה שיוצר "שבירה" של הסימטריה הכללית. דוגמה חשובה לכך היא גביש: החוקים הפיזיקליים הם הומוגניים ואיזוטרופיים – אין כיוון מועדף בחלל. עם זאת, כאשר אטומים מתחברים ליצירת סריג גבישי, הם יוצרים דפוס מסוים שחוזר על עצמו במרחב. הסדר הזה אינו סימטרי בכל הכיוונים האפשריים של החלל, ולכן הגביש משקף סימטריה חלקית בלבד. תופעות מקרוסקופיות אחרות הממחישות סימטריה שבורה כוללות מוליכות-על ונוזל-על. במצבים אלו, אף על פי שהחוקים הבסיסיים נשארים סימטריים, המערכת יוצרת מצבים קולקטיביים שמאפשרים התנהגויות חדשות, כגון הולכה ללא התנגדות או זרימה ללא חיכוך.

עקרונות מרכזיים של סימטריה שבורה כוללים:
 החוקים הבסיסיים אינם מופרעים – הם נשארים סימטריים.
 המערכת בוחרת מצב מסוים מתוך אפשרויות סימטריות רבות.
 הבחירה הזו יוצרת התנהגויות מקרוסקופיות חדשות, שהן ביטוי ישיר לסימטריה השבורה, כגון קשיחות גבישים, גלי קול או מוליכות-על.
 סימטריה שבורה היא כלי מרכזי להבנה של תופעות פיזיקליות מורכבות שלא ניתן להסביר ישירות מהחוקים המיקרוסקופיים בלבד.

שבירת סימטריה מוביל לרעיון ש "More is different" ("יותר הוא שונה") - כי גידול כמותי במספר הרכיבים עשוי להוביל לשינוי איכותי בהתנהגות של מערכת. המאמר מרחיב את הרעיון של "סימטריה שבורה" למערכות מורכבות אחרות, כולל חיים, מידע וכלכלה. הוא מציין שמבנה פונקציונלי, היררכיה של תפקידים, ותבניות זמן מחזוריות במערכות ביולוגיות (כמו מחזורי חיים, גדילה וזיכרון) מהוות דוגמאות לסימטריות שבורות במערכות מורכבות. לפי אנדרסון, במערכות ביולוגיות ומידעיות, כגון DNA או מבנים נשאי מידע, קיימת סדירות מרחבית וזמנית שמאפשרת עיבוד מידע ופעולות מורכבות. מורכבות זו עולה עם היררכיה ותפקוד מיוחד של חלקי המערכת, והיא מובילה להבנה חדשה של התנהגות הכוללת יותר מסך חלקיה. בכלכלה, אנדרסון מדגישים את המעבר מהבדלים כמותיים להבדלים איכותיים – מה שממחיש את העיקרון שהכללים הפשוטים של חלקים בודדים אינם מסבירים את התנהגות המערכת הכוללת, ויש צורך בגישה היררכית ומרובת רמות.

טיעון זה השפיע על הדיון בפילוסופיה של המדע, ובייחוד על שאלת אחדות המדע. אנדרסון לא שלל אחדות אונטולוגית — ההנחה כי כל התופעות מתקיימות במסגרת עולם פיזיקלי אחד — אך ערער על אחדות מתודולוגית מלאה, שלפיה כל תחום מדעי ניתן לרדוקציה מלאה לפיזיקה של חלקיקים. לפי גישה זו, ההגחה אינה סותרת את קיומם של חוקים בסיסיים, אלא מצביעה על כך שהסבר מדעי ברמות מורכבות גבוהות מחייב מסגרות תאורטיות עצמאיות. מכאן נגזרת השלכה רחבה יותר על השיטה המדעית: תחומים כגון ביולוגיה, פסיכולוגיה או מדעי החברה אינם נתפסים כשלבים זמניים בדרך לרדוקציה מלאה לפיזיקה, אלא כתחומים בעלי עקרונות וחוקיות משלהם. תפיסה זו תרמה להתפתחות מחקר המערכות המורכבות ולחיזוק מעמדם התאורטי של מדעים העוסקים בהתנהגות קולקטיבית.

קישורים חיצוניים
 הגחה, אקו-ויקי
 פנחס יחזקאלי התהוות – תוצאה של 'שינוי מתחת לרדאר', באתר "ייצור ידע"
 רן שבתי, פילוסופיה של מערכות מורכבות בתכנון אדריכלי - לקראת תהליכי תכנון א־ליניאריים, בצלאל, כתב עת לתרבות חזותית וחומרית

ראו גם
 מכון סנטה פה
 ארגון עצמי
 מערכת דיסיפטיבית
 כלכלת מורכבות
 משחק החיים

הערות שוליים

קטגוריה:מערכות