涌现论综述

混沌边缘

混沌边缘一词被用来表示有序和无序之间的过渡空间,这种空间被假设存在于各种各样的系统中。这两个政权之间的过渡区被称为混沌边缘,这是一个有界不稳定的区域,在秩序和无序之间产生持续的动态相互作用。两者之间的这一点或界面被假设为由最大复杂性和动力学驱动进化的轨迹。

Mitchell Waldrop在他的书《复杂性:秩序和混乱边缘的新兴科学》中描述了这样一个术语:“秩序和混乱两个极端的正中间”…在一种被称为混沌边缘的抽象相变中,你也会发现复杂性:一类系统的组成部分从未完全锁定到位,也从未溶解在湍流中。这些系统既足够稳定以存储信息,又足够消逝以传输信息。这些系统可以组织起来进行复杂的计算,对世界做出反应,具有自发性、适应性和生命力。”

围绕混沌假说边缘的许多观点来自混沌理论。几千年来,秩序和混乱的概念吸引了许多不同领域的人,但是这些抽象形式的非常大的概念在很大程度上仍然不在现代科学的范围之内。随着混沌理论的兴起和复杂性的增加,一种新的语言形成了并接近这些基本概念。混沌理论致力于探索有序和无序之间的转变,这种转变经常以令人惊讶的方式发生。

混沌理论提供了一些关于系统如何变得混沌的理解,而同步的研究处理了事物如何进入和离开协调的问题。这个理论的另一个核心要素是对自组织过程的日益理解。随着自组织临界和灾难理论的出现,我们开始获得真正的定量模型,了解这些秩序和混乱之间的宏观变化过程是如何沿着混沌边缘发展的。

自现代开始以来,科学在很大程度上把变化看作是从一个稳定的平衡状态转移到另一个平衡状态。牛顿范式没有很好地应对实际转变本身的随机、近乎混沌的混乱。许多物理、化学和其他领域都专注于平衡的研究。工程师和经济学家同样倾向于平衡条件,因为他们所能利用的分析和建模技术都无法处理这些中间过渡状态。然而,廉价的计算能力改变了这一点。现在可以进行非平衡和非线性模拟。这些发展,连同对复杂系统的研究,使我们能够更好地理解处于混乱边缘的这种“中间”或混乱状态的动态,这更能代表我们的世界在现实中的真实面貌。

克里斯托弗·朗顿用元胞自动机进行的计算机实验是导致混沌边缘概念的原始刺激之一。克里斯托弗·朗顿为任何元胞自动机定义了一个叫做λ的量。λ的较低值对应于变化较小的规则集。更高的λ导致更多的变化。他表明,拥有低λ值的元胞自动机更容易快速地向平衡点或静态点移动。具有高λ值的那些倾向于完全随机。接近中间范围的λ值,即“临界”λ,会导致程序在稳定到固定点或随机性之前产生长周期的复杂非周期性非随机行为,这是混沌的边缘。考夫曼在这些程序中看到了新的有用的发展,“在混乱的边缘”,有序和混乱区域之间的边界。

在考夫曼发表的关于这个主题的论文中,他写道:“超过一定程度的‘复杂性’,合成过程也是退化的。换句话说,我们发现,如果合成过程是非退化的、建设性的或开放式的,那么系统的“复杂性”有上限也有下限。我们还发现,这些上限和下限似乎相当接近,并且位于相变附近。由于相变附近的系统表现出一系列的行为,这些行为令人惊讶地很好地反映了计算现象学,我们建议,我们可以将计算定位在处于相变的动态行为谱中的“边缘”。

冯·诺依曼以前就注意到了元胞自动机中混沌状态的边缘,这可以在康威的生命游戏中看到,在游戏中,他必须想出如何设置规则来创造复杂的模式。如果生命游戏的规则稍有改变,它们将不会产生有趣的现象。

这些源自计算机程序的想法已经被推广到所有表现出复杂进化行为的系统。今天,在一般科学中,“混乱的边缘”一词已经指的是一种隐喻,即一些物理、生物、经济和社会系统在秩序和完全随机或混乱之间的区域中运行,其中复杂性最大。这种混沌现象的边缘被认为是许多不同类型复杂系统的特征,因为复杂性不能用简单的对称性来理解,但也不是随机的:它是两者的某种组合。人们认为复杂性存在于这种中间状态,这使得它不符合我们传统的科学方法。

在《复杂性和组织》一书中,作者写道:“没有什么新奇的东西能从高度有序和稳定的系统中涌现出来——例如,晶体、封闭的社区或受监管的行业。另一方面,完整的混乱系统,如踩踏、骚乱、愤怒或法国大革命的早期,太不成形,无法合并。生成复杂性发生在规则与随意之间的边界。”

没有秩序的系统不能表现出有用的行为。但是,一个订单过多的系统会变得过于受限,同样也不会显示出功能性结果。过程可能会将自己组织成如此复杂的条件,以至于无法从中获得可用的功能,即可能有太多的历史记忆和限制。介于两者之间的系统,即处于秩序和混乱边缘的系统,可以表现出更灵活和更有组织的行为。因此,自组织似乎需要在缺乏秩序和过多秩序之间找到平衡。”

然后,混沌相变区域的边缘被认为是进化过程的轨迹,这涉及到局部结构的永久崩溃,从而产生新的组织模式,创造一个动态的生命周期。

太多的秩序和变化不会跨越严格的界限。太多混乱,系统失去了组织。复杂的适应性系统,例如生态系统、社会和经济,在这种随机性和有序性之间维持着自己,在这种无序和有序中,它们可以用这两种方式来配置和重新配置自己,在进化中经历整合和分化,变得更加复杂。

米切尔·沃尔多普写道:“混乱的边缘是生命有足够的稳定性来维持自身,有足够的创造力来配得上生命的名字。混乱的边缘是新思想和创新基因型永远蚕食现状的边缘,甚至最根深蒂固的旧卫士最终也会被推翻。混乱的边缘是几个世纪的奴隶制和种族隔离突然让位于20世纪50年代和60年代的民权运动;七十年的苏联共产主义突然被政治动荡所取代;亿万年的进化稳定性突然被大规模物种转化所取代。边缘是停滞和专制之间不断变化的战场,一个复杂系统可以自发、适应和生存的地方。”

混乱边缘的概念代表了一个高度抽象但直观的概念,已经被应用到许多不同的领域,从商业管理,到生态学,到心理学政治学和社会科学的各个领域。

经济学家约瑟夫·熊彼特的工作中表达了混乱边缘的观点,他将创造性破坏的观点作为市场经济的驱动力。创造性破坏的概念描述了企业家如何不断创造新的创新,以便在持续的周期动态中取代旧的创新。

熊彼特在《经济发展理论》中以一篇关于循环流动的论文开始,该论文排除了任何创新和创新活动,导致了一种静止状态。熊彼特认为,这种静止状态被描述为秩序和可预测性的经典经济平衡。企业家是扰乱这种平衡的人,因此是经济发展的主要原因,经济发展在几个时间尺度上以周期性的方式进行。

熊彼特对进化经济学的思想做出了贡献。克里斯托弗·弗里曼( Christopher Freeman )是一名学者,他花了大量时间研究熊彼特的作品:“他一生工作的中心点是”:资本主义只能被理解为持续创新和“创造性破坏”的进化过程”。

混沌边缘的概念已经和人类的认知联系在一起。当观察许多可能的认知状态时,有可能从那些更加不可预测和混乱的状态中识别出高度可预测和有序的状态。在更加混乱的状态下,网络状态与有序状态下的网络状态更加脱节。然而,“在混乱的边缘”,这些状态可以被认为是最新颖的,同时仍然与有序状态相联系,因此最有可能表现出创新思维的特征——新颖性和实用性的结合。一种类似的概念方法被用来区分混乱、僵硬和整合,以分别表征阿斯伯格综合症、精神分裂症和健康语义处理患者的语义网络状态。

混沌边缘假说被用作研究个人创造力的模型。在任何一个系统中,都有力量推动组织和秩序,而其他力量则引入了不可预测性和随机性,一个真正有创意的想法或创意过程被认为是连接这两种状态的桥梁。加州大学洛杉矶分校研究创造力的心理学教授罗伯特·比尔德说,“真正的创造力变化和重大转变就发生在混沌的边缘。”

Bilder教授通过询问儿童特定学习环境的哪个维度让他们感觉最有创造力来测试这一点。“他们在艺术课上发现的最有价值的东西之一是不必寻求正确和错误答案的自由,”比德尔说。“正是这种探索的自由让他们越来越多地参与进来,让他们能够建立联系,让他们更有创造力。”但是,创造性的过程也需要“抑制第一件想到的事情以获得认知树中更高的悬挂果实的能力是创造性成就的基石之一”中的一些结构

混沌边缘假说可以应用于理解社会系统中微观和宏观层面之间的动态互动。尽管宏观社会结构,如法律、宗教、政府和其他社会机构为系统内的秩序和稳定提供了潜力,但它们也可能给个人强加太多的秩序,以一致性和群体凝聚力的名义限制个人发展,最终导致停滞不前,缺乏创新和发展社会结构的新颖性。

同样,代理人代理人的微观多样性可以被视为一种持续的无序来源,向不同的方向拉,没有宏观稳定的机构,可能会在代理人和特殊利益集团的许多个人议程之间产生冲突。正如托马斯·霍布斯著名地指出的那样,一个没有强大政治机构的自然状态的社会将是“孤独、贫穷、肮脏、野蛮和短暂的”

一个正常运转的社会可以被看作是一个能够保持自身处于混乱边缘的社会,既有稳定的宏观机构能够维持足够的秩序,也能保持个人发展所必需的个人自主。通过法律维护社会秩序和个人权利,同时还提供

个别成员在需要时改变这些机构的机制,许多就是这方面的一个例子。因此,它们能够以周期性的方式进行向上和向下的互动,这是进化过程的特征,新的多样性来自下方,而约束和选择来自上方,以响应环境的变化,不断产生新的相关变体。

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