Emergenssi

Emergenssi (engl. emergence, emergentism) 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. Muutosta alatason (yksinkertaisista) säännöistä ylätason (kompleksiseksi) kehittyneeksi järjestelmäksi kutsutaan emergenssiksi. Emergenssin luonnetta ja ehtoja tutkii emergenssioppi.

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 yksityisellä kulta-atomilla ei ole ulottuvaisuutta, muotoa eikä väriä, mutta lukuisien kulta-atomien muodostamalla kokoomalla, kultahipulla, on mainitut ominaisuudet.

Olemassaoloon liittyvä emergenssi luo uusia kompleksisia järjestelmiä alhaalta ylös itseorganisoituvasti. Perustana ovat alatason lukuisten elementtien yksikertaiset, piilevät vuorovaikutussäännöt, jotka aktualisoituvat vasta vuorovaikutuksessa.

Emergenssi on verkottunut 'alhaalta ylös -ilmiö' (engl. bottom-up), ja ihmisen on sitä vaikea hahmottaa sen kompleksisuuden takia; emergenssissähän ilmiöt ja ominaisuudet näyttävät sukeltavan esiin tyhjästä ja pelkkä elementtien järjestyminen näyttää riittävän niiden syntymiseen. Olemme tottuneet esimään asioiden alkuperää, mutta olisi mieletöntä kysyä, missä tulitikun liekki on ennen syttymistään. Toisaalta emergenttejä ilmiöitä – vaikkapa tulitikun liekkiä – ei voida irrottaa aineellisista syistään: niitä ei voida erottaa toisistaan niin kuin hansikas voidaan ottaa pois kädestä, vaan ne ovat sidoksissa toisiinsa niin kuin iho ja käsi. Vastaavasti kun emergentti ilmiö lakkaa olemasta – esimerkiksi liekki sammuu –, se ei 'mene' minnekään vaan lakkaa tyystin olemasta.

Sen sijaan hierarkia on 'ylhäältä alas -ilmiö' (top-down), ja ihmisen on sitä helpompi ymmärtää.

Emergenssiin liittyy muodonmuutokseen: yksityisistä molekyyleistä syntyy ylätasolla elämä, yksityisistä soluista ylätasolla eliö ja yksityisistä neuroneista ylätasolla tietoisuus. Emergenssi ilmiö voi pitää itseään yllä, niin kuin tulitikun liekki tai eliö tekee sopivissa oloissa, koska ilmiöihin liittyy erilaisina kombinaatioina palautuvia ja palautumattomia vaikutuksia.

Emergenssi on lukumäärä- ja kompleksisuussensitiivinen ilmiö. Tietyn lukumäärä- ja kompleksisuustason alapuolella emergenssiä (elämä, eliö, tietoisuus) ei esiinny. Biologian ilmiöistä virusn on tässä mielessä elämä ja ei-elämän välissä.

Emergenssi ja filosofia

Emergentti materialismi (esim. Niiniluoto 1990) on ontologinen kanta, jossa esimerkiksi tietoisuutta ja mieltä ei pyritä palauttamaan – redusoimaan tai eliminoimaan – fyysisiksi tai fysiologisiksi ominaisuuksiksi. Vaikka tietoisuutta ei kyetäkään havaitsemaan tutkimalla pelkkiä aivoja, tietoisuus kehkeytyy aivojen, ihmisolennon ja ympäristön vuorovaikutuksessa. Muun muassa tietoisuus nähdään siis maailman emergentiksi ominaisuudeksi. Emergenssi on myös olennaisesti prosessuaalinen ilmiö: useat emergentit ilmiöt, kuten elämä, edellyttävät liikettä, toiminnallisuutta ja vuorovaikutusta voidakseen olla olemassa.

Emergenssin lähtökohtina voidaan pitää mm. 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. Hollantilaisen filosofin Benedict de Spinozan käsitys sielun ja ruumiin yhteydestä on myös tulkittavissa emergenssin sovellutukseksi. — Emergenssioppia ovat käsitelleet eri näkökulmista myös filosofit Karl R. Popper, Ilkka Niiniluoto, Sami Pihlström ja Leo Näreaho.

Emergenssin hyväksyminen johtaa mm. elämän ja tietoisuuden intuitiiviseen ymmärtämiseen. Elämä (elollisuus) on kompleksisten kemiallisten yhdisteiden emergentti ominaisuus ja tietoisuus aivojennn noin 100 miljardin neuroni emergentti ominaisuus.

Emergenssin hyväksyminen johtaa myös siihen, että kun määrällinen (kvantitatiivinen) muutos johtaa laadulliseen (kvalitatiiviseen) muutokseen, on kyseisen uuden laadun ennustamista pidetty erittäin vaikeana, ehkä jopa mahdottomana. Esimerkiksi vallankumous voidaan ymmärtää emergentiksi yhteiskunnalliseksi ilmiöksi, jossa tietty määrällinen muutos on saavuttanut laadullisen muutoksen laukaisevan kynnyksen; vertaa S-käyrä jäljempänä. Emergenssi asettaa siis rajan tulevaisuudentutkimukselle: tulevaisuutta ei voida ennustaa, vaikka sen edellytykset ovat läsnä jo omassa ajassamme, koska erilaisilla osatekijöillä – yksityisillä ihmisillä ja olosuhteilla – voi olla sellaisia piileviä ominaisuuksia, jotka ilmenevät vastaisessa vuorovaikutuksessa yllättävällä tavalla.

Tietoisuuden jäsentäminen

Emergenteistä ilmiöistä filosofeja on eniten kiinnostanut tietoisuus: kuinka aivot (aineellinen olio) voivat olla tietoiset? Tätä kutsutaan mieli–ruumis-ongelmaksi tai psykofyysiseksi ongelmaksi (engl. mind-body problem). 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. Näissä on kysymys vahvasta emergenssistä. Emergenssin ohella tietoisuuden ongelmaa on koetettu ratkaista seuraavin keinoin, joita periaatteessa voitaisiin soveltaa muillekin emergenssiasteille: reduktionismi, dualismi ja panpsykismi. Emergenssi tarjoaa kuitenkin eleganteimman ratkaisun.

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 nopaa 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 (''Information science' and research methods' ).

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 tietokonesimulaationana Kauffman pystyy osoittamaan, miten niistä syntyy kolmenlaisia systeemejä:

• järjestynyt kokonaisuus (regime)
• kaaottinen 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.

Kaaottinen kokonaisuus syntyy kun verkon solmujen välillä on keskimäärin yli kaksi yhteyttä per solmu. Kaaottinen kokonaisuus on nimensä mukaisesti kaaottinen, 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 ilmeisemmin 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 em. periaatteen kirjassaan 'The Mathematical Theory of Information' : Tiedon luomisessa on tärkeämpää tiedon hävittäminen (näkymän karkeistaminen) kun jatkuva yksityiskohtien kerääminen. Kyse on puu–metsä-ilmiöstä. Kun yhdistää tuhat puuta (yksityskohtaa), näkee yhden metsän, puiden metatason.

Soveltamalla emergenssiä eli yhdistämällä lukuisia alatason elementtejä suuremmaksi kokonaisuudeksi on ratkottu mm. 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 hän on 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, ... , a_n}, mutta prosessuaalisen joukon S_P määritelmä määrittää myös alkioiden keskinäiset suhteet: S_P = {a₁ × a₂ × ... × a_n}. 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 2004.)

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, esim. tuhannet muurahaiset. Ne luovat kompleksista käyttäytymistä globaaliin ja yleiseen tasoon; esimerkiksi voidaan mainita muurahaispesän toiminta kokonaisuutena.

Paikallisen järjestelmän rakennuskomponentteja:

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

Emergenssi, tulevaisuus ja internet

Tulevaisuuteen liittyvä mielenkiintoinen 'emergentti' kysymys on internet. Onko se luonut joitakin emergenttejä piirteitä, jotka muokkaavat ihmiskunnan tulevaisuutta? Filosofi ja antropologi Pierre Teilhard de Chardin on tällaisena ennustanut jo ihmiskunnan yhteisen tietoisuuden syntymistä.

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.

Mainitulla tavalla muuttuneita ilmiöitä on muiden muassa joukkotiedotus. Media on sirpaloitunut ja verkottunut 1980- ja 1990-luvulla. Seurauksena on uusia ilmiöitä. Media ei ole monessa paikassa enää tuon kehityksen takia kenenkään hierarkkisessa kontrollissa. Tällöin asioiden peittely ei ole enää samassa määrin mahdollista kuin aiemmin.

Myös internetissä kokonaisuutena ja kolmannessa sektorissa vaikuttavat keskeisesti emergenssi, kuten periaatteessa kaikissa kompleksisissa alhaalta ylös -ilmiöissä. Valtion, kaupungin ja muurahaispesän toiminta luovat myös osiaan suurempia tasoja emergenssin kautta.

Katso myös

• Ilkka Niiniluoto
• Heinz R. Pagels
• Kaaosteoria
• Ontologia

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.
• Enqvist, Kari 1998: Olemisen porteilla. WSOY, Helsinki. ISBN 951-0-22915-6
• 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. [Diss.] Helsingin yliopisto, Helsinki. ISBN 952-10-2197-7
• Needham, Joseph 1937: Integrative levels: a revaluation of the idea of progress. Clarendon Press, Oxford.
• Niiniluoto, Ilkka 1990: Maailma, minä ja kulttuuri. Emergentin materialismin näkökulma. Otava, Helsinki. ISBN 951-1-11070-5
• Näreaho, Leo 2004: Mieli, aivot ja filosofia. Näkökulmia tietoisuuden ongelmaan. Yliopistopaino, Helsinki.
• 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