涌现论综述

原则

整合层级理论提出了许多指导这种等级组织结构的原则。首先,较高的水平取决于较低的水平,这似乎很明显。更高层次的现象来自更基本的体质,没有这些构成部分,任何形式的出现都是不可能的。这将意味着,由于对较低级别的依赖,层级中较高的级别固有地更加不稳定。其次,级别越高,实例越少。这也是不言而喻的,因为涌现情况涉及到合成的过程,或者是不同的事情。一个非常高的层次,

因此减少了元件的数量。第三,等级序列经常被描述为日益复杂的序列。这不太明显,也是一个有争议的命题,因为它取决于一个人对复杂性的定义,对此有多种不同的解释。对复杂性的一种解释是,复杂性是整合和区别的结合,它描述了一个有许多不同部分的系统,这些部分又是相互关联和相互依存的。这是对复杂系统的一种解释,与这一假设一致,因为通过合成过程,系统被认为具有越来越多的相互依存性,从而增加了复杂性。

层次和涌现产生了封装的设计原则,描述了较小的子系统如何嵌套或封装在较大的结构中。这种设计模式的关键是使用抽象,这意味着连续删除细节,因为较小的局部特定子组件嵌套在较大的更通用的过程和结构中。通过抽象的分层封装是各种复杂系统结构设计的核心,可以被视为复杂有序系统运行的基本模式,因为它将组件分布在不同的层次上。

所谓制表师的寓言说明了这一点:从前有两个制表师,名叫霍拉和坦普尔,他们制作了非常精美的手表。他们车间里的电话经常响;新客户不断给他们打电话。然而,霍拉繁荣了,而坦布斯却越来越穷。最终,坦普尔失去了他的商店。这背后的原因是什么?这些手表各由大约1000个零件组成。坦布斯制造的手表被设计成,当他不得不放下一只部分组装好的手表(例如,接听电话)时,它会立即碎裂,必须从基本元件上重新组装。霍拉已经设计了他的手表,这样他就可以组装每个大约十个组件的子组件。这些子组件中的10个可以组合在一起,形成一个更大的子组件。最后,十个较大的子组件构成了整个手表。每个子组件都可以被放下,而不会分开。这是设计中抽象和封装的一个例子,对于处理复杂性至关重要。

这种分层嵌套结构可以在分形形式中看到,分形形式在不同尺度上表现出自相似性。生态系统中的例子包括从蛋白质和DNA到哺乳动物的毛细血管、树冠、河流网络和山脉。这种自相似性或分形性意味着一种特殊的结构组成或动态行为,其中系统的基本特征表现出一种不变的、层次化的组织结构,这种组织结构在大范围的空间尺度上保持不变,并且可以从简单的迭代器中导出。

这一过程导致了一个新的组织层次的出现:一个对其部分具有某种完整性的结构,或者在其中发生了某种过程,这创造了自己独特的模式。然后,这将反馈以在局部层面上塑造和约束组件。我们得到了一些过程的出现,但是为了让这个过程发生,需要有一个有利的结构。然后,该结构为系统定义了一些顺序,并且组件必须区分它们的状态,以便在宏级别上执行处理资源所需的各种结构和功能角色。这一点从整个人体调节自身每一个局部成分的方式中最为明显,以使呼吸和消化等全球过程能够有效地发生。这是一个微观到宏观到微观的反馈回路,贯穿了从细胞到组织到器官和整个生物体的许多不同的涌现水平。

微观宏观动态

微观宏观动态描述了微观和宏观层面之间对系统的复杂互动。在每一个系统中,元素之间都会有一定程度的相互依赖——按照系统是一组相互依赖的部分的标准定义——这创造了一种动态,在一个层次上形成自主组件的个体元素也是另一个层次上某种整体的一部分;因为这些相互依赖。由基本部分组成的较低层次称为微观层次,整个系统的较高层次称为宏观层次。微观宏观动态描述了这两个层次是如何相互作用和存在的。

例如,在一个经济中,有一个由个体代理人和商业组织组成的微观层次,以及整个经济的宏观层次,在这个层次上,他们都是相互依存的。行为者可能在微观层面上竞争,创造了一种动态——市场体系——但为了实现最佳结果,他们还必须在宏观层面上合作——通常是通过政府服务和监管——这创造了两个不同的层面,有两套不同的规则;市场的和公共机构的,但是市场和政府都必须互动和共存。

这种导致微观宏观动态的系统的多维特性是合成和涌现的产物。在许多情况下,当我们将元素放在一起时,它们不仅仅是分立的独立实体,而是相互作用、共同进化,它们相互区分各自的状态和功能,成为一个相互依存的整体,其特性和特征是任何部分都不具备的。不同于零件的全新层次的组织涌现。这表现在生态系统中;几千年来,这些部分共同进化,错综复杂地相互依存,形成了一个完整的系统,该系统具有独立于其任何部分的特征和动态,从而形成了一个双层系统,并由此形成了一个新兴的微观宏观动态。整个生态系统都经历着变化的过程——比如生态演替——这些变化与任何部分都没有关联,而是制约着哪些生物可以在这个宏观制度下生存。

当观察某个系统时——它表现出任何程度的复杂性——我们可以识别出驱动其行为的两种根本不同的动力学。首先,没有物质部分,世界上就不可能有什么东西存在;有必要有物理部分来实现整体,物理部分是系统如何做它所做的事情,没有它们,它将无法行动或影响它的环境。因此,较低层次受到物理约束,可能性的限制来自于较低层次。

但是,这个系统受到整体的制约。所有系统都存在于某些环境中,该环境通常对整个系统起作用。环境对整体施加约束,然后向下施加到零件上。例如,一个轮子,如果被放置在斜坡上,会沿着斜坡滚动。这种影响来自于环境,环境使得整个系统沿着斜面向下滚动,这种倾斜调节了物体各个分子部分的状态和位置。

下层回答“如何?”它们是使系统在物理上成为可能的构件,没有它们,系统就不可能存在。虽然有许多可能性,但是这些可能性中只有有限的一部分与宏观层面存在的背景相关。从物理上来说,生物有机体可能有数万亿种排列,但只有那些“适合”其环境的排列会持续存在。我们之所以有一些排列,而不是其他排列的最终原因是因为它们存在的背景——宏观层面——正是宏观层面回答了“为什么?”

威斯康星大学麦迪逊分校植物学教授蒂莫西弗·艾伦就这样说明了这一点:“哺乳动物有五位数。哺乳动物手脚上有五个手指是没有物理原因的,因为它不是来自物理限制,而是来自它们是哺乳动物这一限制。在物理极限内,任何数字都是可能的,但是在哺乳动物中,生物限制只允许五位数。约束来自上面,而对可能的限制来自下面。层级的概念变得混乱,除非人们区分从下往上的界限和从上往下的界限。下面的机制和上面的目的之间的区别会引发约束和可能性的问题。忘记这种区别,生物学就会变得毫无意义的混乱,不变成无限复杂的化学,而化学会变成难以驾驭的物理。”

层次结构中的每一层都在不同的规则下运行,由不同的目标驱动,或者由不同的因素塑造。宏观层面负责维持整个系统的平衡、稳定性和功能,并负责系统与其环境的交互;所有这些因素都为宏观层面的运作设定了某些条件。如果目的论的话,宏观系统必须了解环境,了解环境中的可能性,选择最合适的,然后朝着这个方向组织各个部分,这样就定义了“为什么?”即部件为什么在做它们正在做的事情的更高含义。当这些部件在实现这一总体结果的过程中运行时,它们对它们的运行具有更高的意义。环境决定的约束来自于上面。

宏观层面主要关注整个系统的完整性,并确保微观层面能够得到有效协调。在社会系统中,宏观层面可能经常被视为保守,偏离确保整体运作和持续的既定规则被视为不正常。这方面的一个很好的例子是宗教,它们传统上被设计为文化和社会的宏观一体化结构。宗教提供了一种对世界的描述,这种描述融入了一种终极的真实概念——上帝。宗教为人们提供了现实中的一种情况,一条正确的道路,以及一条道德准则,告诉人们如何行动和管理自己的生活,从而遵循那条被认为正确的道路。

宗教将个人脱离这种终极环境视为一种越轨行为,例如纯粹为了个人自身利益而行动。这些信仰体系——以及各种形式的灵性——旨在为人们的生活提供意义,这也是“为什么?通过将它们定位在某个更大的环境背景中,并使它们与环境背景保持一致,在这个背景中,它们被认为发挥了重要的作用,从而获得了意义、意义以及回答它们为什么以某种方式行动的来源。

另一个例子是社会主义政治制度,它们的理想是整体的;据称将整个社会置于其任何组成子系统或成员之上。同样,社会主义意识形态旨在给整个社会体系带来连贯性和完整性。重点在于成员之间的平等,以及他们对整个组织的贡献,个人身份,议程和动机都将被整体所包容。在形成整个成员的一部分时,找到他们的身份,是宏观层面的一套规则给他们的生活赋予了背景和意义,维护这种完整性被视为至关重要。这是组织宏观层面的决定性因素;为保持整个组织的整合而制定的一套规则。

系统的微观层次由离散的部件构成,并由离散的部件驱动。与宏观层次不同,元素可以量化为离散和自主的组件,通常具有材料实例化。这种定义离散和自主零件的能力是管理微观层次的规则的一个定义特征,因为它使我们能够将客观属性和属性归属于特定零件。

当我们把某样东西作为一个整体来看待时,我们无法将它与其他东西进行比较,并根据比较结果来确定它的属性,这样做将会把它缩小到某个更大系统中的一部分。但是,部分沙发具有良好的剃须性能,并且可以通过某种方式测量这些性能

属性通过比较零件,一个人很小,因为另一个人更大,一辆车很有效率,因为另一辆车效率很低——根据定义,有不止一辆车的部件——总是具有与其他东西相关的属性。

通过在事物之间创建一组固定的差异,我们可以创建一个度量系统;使得测量事物成为可能。宏观层次由零件之间的网络完整性和整个过程的完整性来定义,而微观层次则更多地由离散实体的静态属性和它们之间的差异所创建的度量系统来定义。

在社会系统中,微观层面由个体代理人及其地方议程管理。自由市场经济是主要基于微观规则的系统的好例子。该系统的动态至少在理论上是由个体代理人的行为和动机驱动的,而不考虑宏观层面;人们认为这个系统只不过是受供求制约的微观层面的组成部分和相互作用。这里我们可以注意到外部环境没有被考虑;自由市场经济模式认为自然环境只是经济中的商品来源。这些模型不承认经济是一些更大环境的一部分——社会或自然环境——而这个更大的环境对系统造成了任何宏观层面的限制。自由市场经济侧重于独立的有形产品和代理人,没有宏观层面的限制。

自由主义——或者至少是古典自由主义——将是微观层面、基于成分的社会政治范式的另一个例子,如个人自由、言论自由、观点多样性等。优先于宏观一级的社会政治一体化。自由主义导致社会政治机构与宗教机构的宏观结构脱钩。随着17世纪和18世纪自由主义的兴起,我们旨在保持整体社会文化一致性的传统机构经常被一套由个人选择驱动的新机构所取代,人们可以自由地遵循自己的独立发展。

虽然系统的微观层次可以通过分析方法理解,但宏观层次通常不能理解,因为理解整个过程需要综合推理;把东西放在一起看会发生什么。

当我们将事物组合在一起时,我们将它们的属性组合在一起,因此随着等级的上升,我们的属性越来越少,因为它们变得更加通用和抽象,与整体相关。例如,从整体上来看,我们不能说我们的宇宙有很多东西,我们不能说它重或轻,大或小。但是如果有另一个宇宙,那么我们可以根据它与同类其他元素的关系,将这些属性归属于它。

相反,通过分析,当我们分解事物时,我们将一个具有一般属性的整体分解成具有相互关联属性的部分;因此,我们可以从这些部分中创建新的类别。例如,从整体上看,原子中心的中子没有自旋的性质,但是当我们分解中子时,我们可以谈论夸克彼此之间的自旋。在分析身体并将其拆开时,我们会发现身体解剖的不同部分比整体有更多的属性。

微观宏观动态中的一个中心问题是两个不同层次之间的整合。出现了两个截然不同的层次,每一个层次都有不同的规则,但是它们需要以某种方式进行协调,以创建一个整体运行的系统。物理、化学、生物、经济、社会和文化系统都表现出这种微观宏观动态,该系统如何协调这种动态将形成其特性和总体结构的主要决定因素。当系统无法将它的各个部分协调成一个功能完整的整体时,它将会被微观层面上各个部分的相互作用所控制;这可以称为基于组件的制度。这方面的一个例子可能是中国历史上的战国时期,当时周朝地区被划分为8个国家,在这一时期没有完整的组织,但是中国文明的状态是由这些组成部分及其相互作用来定义的。

相反,系统可以通过形成宏观层次结构来解决动态问题,该宏观层次结构限制微观层次,从而再次将系统降低到一个层次;消除了两个级别之间的复杂交互。继续以中国文明为例,过去大约60年的共产主义政治制度已经成为一种社会制度,在这种社会制度中,宏观层面的政权已经超越了微观层面。

这两种动态都创造了一个单一的吸引盆地,但是在这两个政权之间的互动中存在着更复杂的进化系统。进化的系统在微观和宏观层面之间产生了更复杂的动态,随着系统的发展,微观层面产生了新的可能性,宏观层面创造了从这种变化中选择的条件。自然选择在书中是这方面的经典例子,但是,一个正常运作的民主国家将是另一个例子。

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