Emergenssi
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)lähde tarkemmin? 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.