Emergentie

(Doorverwezen vanaf Emergent)

Emergentie is een begrip uit de systeemtheorie, filosofie en wetenschap en verwijst naar de ontwikkeling van complexe georganiseerde systemen, die bepaalde nieuwe eigenschappen vertonen die niet aanwezig zijn bij hun samenstellende delen. "Het geheel is méér dan de som der delen." Vaak zijn er voor het ontstaan van zo'n emergent verschijnsel méér voorwaarden noodzakelijk dan alleen een wisselwerking tussen de samenstellende delen.

Een termietenheuvel is een klassiek voorbeeld van emergentie in de natuur

Het concept van emergentie is al heel oud[1] maar is de laatste twintig jaar weer meer in de belangstelling gekomen[2] door de ontdekking van structuren en verschijnselen waarvan de eigenschappen niet eenvoudig zijn terug te voeren op eigenschappen van de basale bouwstenen van zo'n emergent verschijnsel.(zie daarvoor de Voorbeelden en Kritiek). In Nederland wordt veel multidisciplinair, mereologisch onderzoek naar emergentie samengebracht in de organisatie DIEP (Dutch Institute for Emergent Phenomena).[3]

Het ontstaan van een emergent verschijnsel kan verklaard worden door reductionistisch terugredenerend, na te gaan aan welke voorwaarden voldaan moet zijn voor het ontstaan van dat emergente verschijnsel. Er is dan vaak sprake van een gelukkige combinatie van toevallig aanwezige omstandigheden. Emergentie is dus altijd het resultaat van een wisselwerking. Soms is daaruit met behulp van natuurwetten rechtstreeks (deterministisch) een gevolg (het emergente gevolg) te bepalen, maar als er veel componenten een rol spelen (zie bij zwakke emergentie) kan slechts een numerieke simulatie inzicht in het gevolg opleveren. Voor het verklaren van het verschijnsel zelf moet vaak een nieuwe theorie worden ontworpen of een reeds bestaande theorie gemodificeerd op het nieuwe verschijnsel worden toegepast.[4] Zo'n verklaring gaat over het algemeen veel minder ver in op de details van onderliggende bouwstenen (zie Schakelen tussen niveaus).

OmschrijvingBewerken

Een emergent verschijnsel ontstaat door interactie van factoren (objecten, golven, krachten, ideeën) waardoor nieuwe entiteiten (systemen, objecten, patronen, reacties, inzichten) ontstaan die kenmerken en eigenschappen hebben die niet aanwezig zijn bij de samenstellende of onderliggende factoren.

Kenmerken en gevolgen van emergentie zijn:

  • Emergentie is schaalafhankelijk: het nieuwe, emergente verschijnsel is alleen waarneembaar voor waarnemers/systemen die op dezelfde schaal of groter werkzaam zijn. In het bijzonder geldt dat voor emergente verschijnselen die, door onderlinge wisselwerking aanleiding kunnen geven voor het ontstaan van nieuwe emergente verschijnselen, zoals bv. in een levende cel gebeurt.
  • Deze laatste eis betekent dat emergentie een relatief begrip is, omdat het optreden van emergentie afhangt van het perspectief van de waarnemer.
  • Veel emergente verschijnselen ontstaan als gevolg van een groeiproces: in een dissipatief systeem (i.e. een systeem dat voortdurend energie en materie met de omgeving uitwisselt) met veel componenten ontstaat door een autokatalytische reactie een zelforganiserend emergent systeem dat zich zolang als de omstandigheden hetzelfde blijven kan handhaven (bv. kristalgroei, convectiestromen, een vlucht spreeuwen, een school vissen)
  • Het ontstaan van een emergent verschijnsel gaat meestal gepaard met een verlaging van entropie: het verschijnsel vertoont een (gecompliceerde) ordening die niet aanwezig is bij de verzameling bouwstenen waaruit hij is opgebouwd. Entropie (in de zin van "mate van wanorde") is echter ook weer een zo'n relatief begrip, dat afhangt van het perspectief van de waarnemer.
  • Een "Theorie van Alles" gaat uit van een reductionistische verklaring van "Alles" in termen van elementaire bouwstenen en hun onderlinge wisselwerkingen. Emergente verschijnselen zijn echter niet op die manier te verklaren omdat het eigenschappen betreft van het collectief en niet van de bouwstenen. Die verlangen daarom een verklaring op dat specifieke collectieve niveau (eventueel afgeleid vanuit een hoger niveau). Zie daarvoor de paragraaf "Schakelen tussen niveaus".
  • Men kan onderscheid maken tussen objectieve en subjectieve emergentie: subjectieve emergentie wordt louter bepaald door het perspectief van de waarnemer. Bv. alle zintuiglijke opgeroepen sensaties: licht en kleur (bv. de regenboog), smaak, geur, geluid en gevoel en ook hallucinaties worden strikt persoonlijk vanuit het perspectief van de waarnemer ervaren. Objectief is een emergent verschijnsel indien deze ook aanwezig is "zonder dat er iemand waarneemt": bv. eigenschappen als de vloeibaarheid van water en de ijskristalvorming bij 0 C. Vaak treden beide tegelijk op: bv. de muziek die een orkest speelt is een objectief emergent verschijnsel, maar de emotie die het bij verschillende luisteraars oproept is weer subjectief emergent.

Emergentie en reductionismeBewerken

 
Reductionisme en emergentie zijn elkaars complement.

Reductionisme en emergentie lijken twee kanten van hetzelfde verschijnsel te zijn, ze zijn m.a.w. complementair.[5] Reductionisme volgt de weg terug in de tijd: hoe is het ontstaan? Welke oorzaken liggen er aan ten grondslag? Emergentie is juist het gevolg in de tijd van een wisselwerking waardoor er iets nieuws ontstaat. Beide: emergentisme en reductionisme vullen elkaar dus complementair aan.

Voorbeeld: als je waterstofgas en zuurstofgas met elkaar mengt krijg je niet automatisch water. Je moet het gasmengsel (dat niet ten onrechte “knalgas” heet ) aansteken d.m.v. een vonk, of gebruik maken van een katalysator. Kortom: niet alleen de ingrediënten, maar ook de omstandigheden spelen een belangrijke rol. Heb je dit eenmaal ontdekt dan heb je een “recept”(in andere gevallen een algoritme) gevonden voor het maken van water. De eigenschappen van het watermolecuul verschillen echter aanzienlijk van de componenten waterstof en zuurstof. Daarom noemen we die eigenschappen emergent. Die eigenschappen van water (bv. faseovergangen, oppervlaktespanning, dipool-karakter) kun je d.m.v. een reductionistische werkwijze wel weer onderzoeken en analyseren op basis van onze kennis van het H2O molecuul.

Sterke en zwakke emergentieBewerken

Er wordt onderscheid gemaakt tussen sterke en zwakke emergentie. Bij zwakke emergentie blijven de samenstellende onderdelen onafhankelijk van elkaar: ze blijven hun karakteristieke eigenschappen behouden. Er komt echter door onderlinge wisselwerking een nieuwe eigenschap tevoorschijn die verbonden is met het collectief, maar die niet verbonden is met welk onderdeel dan ook. De wisselwerking waardoor zo'n emergent verschijnsel ontstaat is meestal tijdelijk van aard (bv. een draaikolk, een vlucht spreeuwen, een autofile, paniek in een mensenmassa) en wordt vaak door externe oorzaken "getriggered". Het ontstaan van zo'n zwak emergent verschijnsel is vaak te simuleren d.m.v.een mathematisch model of programma.

Bij sterke emergentie verliezen de samenstellende onderdelen hun onafhankelijkheid en vormen een nieuwe, emergente, hyperstructuur[6] of systeem dat robuust en min of meer stabiel is (bv. een chemische reactie, kristalvorming, kernfusie, een mutatie in het DNA, een artefact). Het onderscheid is niet altijd even scherp te maken: zijn de mieren in een mierenkolonie onafhankelijk van elkaar? En is dus de kolonie zwak emergent?

Emergentie als fenomenologische theorieBewerken

In andere opvattingen[7][8] wordt emergentie als een fenomenologische theorie gezien die een limiet is van een meer fundamentele (i.e. reductionistische) theorie. Zo kun je bv. de klassieke mechanica zien als de limiet van de kwantummechanica en de thermodynamica als limiet van de statistische mechanica. Hoe die limiet bereikt wordt is echter vaak onduidelijk. Die fenomenologische theorieën hebben emergente eigenschappen die strijdig lijken te zijn met de onderliggende fundamentele theorie, zoals:

  • Het irreversibele karakter van hydro- en thermodynamica is incompatibel met reversibiliteit van de Newtoniaanse bewegingswetten. Dit komt b.v. tot uiting in het begrip Entropie.
  • Spontane symmetriebreking is incompatibel met quantum-statistische mechanica.
  • De uitkomst van een meting (het “Ineenstorten van de golffunctie”) is incompatibel met de unitaire kwantumtheorie.

Beide laatste voorbeelden komen tot uiting in de paradox van “Schrödingers kat”.

Emergentie/determinisme/superveniëntieBewerken

Het determinisme, waarbij oorzaak en gevolg relaties nauwkeurig op elkaar zijn afgestemd faalt in het verklaren van eigenschappen van optredende sterke emergente verschijnselen. Vaak is wel het ontstaan van het emergente verschijnsel deterministisch/algoritmisch verklaarbaar maar niet de eigenschappen van het optredende verschijnsel zelf. Zo zijn de eigenschappen van water niet zonder meer afleidbaar uit de eigenschappen van de samenstellende onderdelen (waterstof en zuurstof) maar moet je ook kijken naar de eigenschappen van het watermolecuul (H2O) zelf.

Bij zwakke emergentie draait het vaak om complexe wisselwerkingen, waarvan het resultaat niet bij voorbaat (zoals in het determinisme) vaststaat en toeval een belangrijke rol speelt. In simpele gevallen (bv. het gedrag van autofiles, zwermen spreeuwen, visscholen en cellulaire automaten) kan door simulatie m.b.v. algoritmes wel een toestand gecreëerd worden waar emergentie mogelijk is, maar of dat ook werkelijk zal gebeuren is lastig te voorspellen. De uiteindelijke herkenning van dat emergente gedrag (bv. Artificial Life) gebeurt door de waarnemer zelf vanuit zijn subjectieve perspectief.

Superveniëntie is een bijzondere vorm van emergentie waarbij er een een-op-een relatie bestaat tussen het emergente (superveniërende) verschijnsel en zijn onderliggende bouwstenen. Zo supervenieert een molecuul boven zijn samenstellende atomen. En in de biologie supervenieert het fenotype over het genotype: een mutatie in de genen heeft direct repercussies voor het fenotype dat daar het gevolg van is. Er is hier sprake van een causaal verband, maar geen voorspelbaar deterministisch verband, omdat er nog tal van andere (vaak toevallige) oorzaken een rol spelen in het bepalen van het eindresultaat. Zo is soms het optreden van een afwijkend gen aan te wijzen als oorzaak van een bepaalde ziekte of gebrek in lichamelijke ontwikkeling, maar omgekeerd is het praktisch onmogelijk om te voorspellen of een mutatie in een gen een positief of negatief gevolg zal hebben.

VoorbeeldenBewerken

  • Kleur: individuele atomen hebben geen kleur, maar wanneer een (groot) aantal atomen op een bepaalde wijze gerangschikt zijn, dan zijn ze in staat om licht van bepaalde golflengtes te absorberen of te emitteren, waardoor een kleur zichtbaar wordt. Kleur is in dit geval een emergente eigenschap.[9]
  • Temperatuur: De ervaring van temperatuur, warmte en koude, wordt veroorzaakt door de energie, de snelheid, van een groot aantal moleculen. Bijvoorbeeld de botsende luchtmoleculen van de lucht op de huid doet de ervaring van temperatuur ontstaan, maar moleculen zelf hebben geen temperatuur. De fysische toekenning van temperatuur door deze te koppelen aan de gemiddelde snelheid van een statistisch aantal moleculen kan worden beschouwd als een epistemologische emergentie - dus een kwestie van naamgeving aan hetzelfde verschijnsel.
  • Vloeibaarheid: bijvoorbeeld van water bij kamertemperatuur, dat bestaat uit zeer vele watermoleculen die elk afzonderlijk niet vloeibaar zijn.
  • Magnetisme kan gezien worden als het emergente resultaat een groot aantal parallelle elektron spins in een kristalrooster (het zgn. Ising-model).[10]
  • Leven in biologische zin wordt ook als een emergente eigenschap beschouwd.[11] Een cel bestaat namelijk uit vele organische moleculen. De individuele organische moleculen leven niet, maar de complexe interacties tussen al die organische moleculen zorgen ervoor dat de cel zich in leven kan houden. Het geheel (leven) is dus meer dan de som der delen (organische moleculen).
  • Bewustzijn wordt door velen gezien als een emergent verschijnsel dat optreedt bij een voldoende complex neuraal netwerk. Dat roept dan weer de vraag op of een computer met een voldoende complex netwerk van parallele processoren "bewustzijn" kan worden toegekend.
  • Binnen de kwantummechanica zelf treden ook emergente verschijnselen op: de waarschijnlijkheid op het aantreffen van een gecombineerd verschijnsel is niet gelijk aan de som van de waarschijnlijkheden van elk verschijnsel afzonderlijk: |ΨΑ + ΨB|2 ≠ |ΨA|2 + |ΨB|2. Interferentie is hier een duidelijk voorbeeld van. Zie hiervoor het tweespletenexperiment.
  • Ruimte en tijd kunnen gezien worden als het emergente resultaat van een kwantummechanische verstrengeling van ruimte en tijd[12][13]
  • De werking van een katalysator (bv. een enzym) wordt pas emergent als hij in de buurt komt van geschikte chemische stoffen om een reactie te bewerkstelligen. Hier blijkt ook een tijdsafhankelijkheid uit: òf een stof kan dienen als katalysator voor een bepaalde chemische reactie wordt immers pas duidelijk als hij toevallig in de buurt van die reagentia komt. En dat kan lang duren.... Stuart Kauffman[14] maakte aannemelijk dat bij een moleculaire evolutie (zoals die bv. in het heelal plaats vindt) waarbij er steeds complexere moleculen ontstaan, de kans dat zo'n molecuul kan optreden als katalysator voor de vorming van nòg complexere moleculen steeds groter wordt. Door een dergelijk autokatalytisch proces zou het ontstaan van leven als emergent verschijnsel verklaard kunnen worden.
  • Uitvindingen en alle artefacten (bv. kunstwerken) kunnen als emergent worden beschouwd omdat hier samenstellende onderdelen op een bijzondere manier worden gecombineerd, waardoor het geheel andere/nieuwe eigenschappen krijgt. Dat geldt ook op het geestelijke vlak: een nieuw inzicht of zienswijze bij de oplossing van een probleem kan als emergent worden beschouwd.
  • Autofile: als een auto in een file van voldoende dichtheid afremt krijg je een verdichting van auto's die zich als een longitudinale golf naar achteren beweegt. Dit verschijnsel is emergent omdat het een eigenschap is van het collectief van auto's en niet bestaat op het niveau van de auto's zelf.[15] Dit verschijnsel is prima in een computermodel te simuleren en is een voorbeeld van zwakke emergentie.

Schakelen tussen niveausBewerken

Zo bezien is dus bijna alles wat zich aan ons voordoet emergent. Maar hierin zijn wel verschillende niveaus te onderscheiden: In de deeltjesfysica bestudeert men elementaire wisselwerkingen, die op hun beurt wellicht uit snaren bestaan. Een (sterke) emergentiestap hoger is de bouw van een atoom, terwijl een molecuul weer uit atomen bestaat. Op dit moleculaire niveau is de scheikunde en de Vastestoffysica bezig, terwijl de microbiologie zich weer met nog complexere moleculen bezig houdt. Op elk niveau worden weer nieuwe sterke emergente eigenschappen ontdekt, die kenmerkend zijn voor dat niveau. Elk wetenschappelijk specialisme houdt zich dus bezig met het onderzoek naar emergente verschijnselen die passen bij dat niveau. Interdisciplinair onderzoek naar emergentie wordt in Nederland gepubliceerd op het het platform Dutch Institute for Emergent Phenomena.

Voor het ontwerpen van een theorie ter verklaring van een emergent verschijnsel hoeft veelal niet ver teruggegrepen te worden naar onderliggende niveaus van bouwstenen. Zo is voor het emergente verschijnsel "temperatuur" voldoende om de gemiddelde kinetische energie van de betrokken moleculen te weten en voor het atoommodel van Bohr is het voldoende om de elektrische lading van de atoomkern te weten (en niet de interne structuur van de atoomkern).

Objectieve en subjectieve emergentieBewerken

Een emergent verschijnsel is subjectief als het wordt bepaald door het perspectief van de waarnemer. Bv.: de regenboog, maar ook alle andere zintuiglijke waarnemingen. Artefacten, uitvindingen en kunstwerken zijn eveneens subjectief: zij krijgen pas een emergente betekenis in een bepaalde context die door de waarnemer begrepen wordt. Ontbreekt die context, of wordt die door de waarnemer niet herkend, dan verdwijnt deze emergentie.

Een emergent verschijnsel is objectief als het ook bestaat "als er niemand kijkt". Dit zijn vrijwel alle verschijnselen die zich in de realiteit voordoen. Meestal heeft een emergent verschijnsel zowel subjectieve als objectieve kanten. Bv.: een kunstwerk is als fysiek verschijnsel objectief emergent, maar of het ook "kunst" is is een subjectieve beoordeling.

Filosofische betekenisBewerken

Emergentie is schaalafhankelijk: emergente verschijnselen worden pas "zichtbaar" voor een waarnemer (of een mechanisme) die zich op dezelfde of grotere schaal bevindt. Het perspectief van de waarnemer bepaalt dus welke emergente verschijnselen hij wel of niet ziet. Zo is de lage entropie van een geordende verzameling louter het gevolg van het perspectief van de waarnemer.[16] Het feit dat emergentie altijd het gevolg is van een wisselwerking (waaronder ook de wisselwerking met een waarnemer) ondersteunt de opvattingen van de relationele kwantummechanica.[17] Deze visie huldigt de opvatting dat de emergente werkelijkheid uitsluitend uit wisselwerkingen bestaat, in het bijzonder de wisselwerking met een waarnemer/meetinstrument.

Filosofen hanteren vaak een andere definitie van emergentie dan fysici. Filosofen noemen een verschijnsel emergent als dit verschijnsel niet afleidbaar of verklaarbaar is (zie Reductionisme) uit fundamentelere entiteiten. Voor fysici gaat dat te ver: weliswaar zijn veel emergente verschijnselen lastig te verklaren vanuit onderliggende entiteiten, maar niet principieel onmogelijk. Vaak is juist het reductionisme noodzakelijk om die emergente eigenschappen te kunnen verklaren. Zo is wit licht als emergent verschijnsel prima te verklaren als zijnde een mengsel van verschillende kleuren licht. Het beeld van een computerscherm is opgebouwd uit pixels, waar wij op grotere schaal een emergent beeld zien en daaraan betekenis kunnen hechten.[18]

Verschil met holisme en reductionismeBewerken

De opvatting dat verschijnselen emergent kunnen zijn is niet strijdig met het reductionisme. Om te begrijpen hoe een emergent verschijnsel ontstaat is een reductionistische aanpak noodzakelijk, maar niet voldoende. Het betreft immers eigenschappen en kenmerken die niet in de onderliggende bouwstenen zijn terug te vinden. Het holisme verwerpt echter elke reductionistische verklaring.

Emergentie in complexe, dynamische systemenBewerken

In een dynamisch proces wordt een emergent verschijnsel vaak zichtbaar als een geordend systeem waar voorheen geen structuur te vinden was (bv. kristallisatie, convectiecellen). Die emergente structuur wordt gekenmerkt door een lagere entropie. Als dit proces beschreven wordt als een wijziging in de toestandsruimte dan kan het emergente resultaat gezien worden als een beperking (constraint) van mogelijke toestanden in die toestandsruimte. In het algemeen zijn beperkingen in de toestandsruimte vaak afkomstig van randvoorwaarden (bv. het proces speelt zich in een bepaalde ruimte af) en/of het vastleggen van een begintoestand. Jonathan Lawhead[19] maakte aannemelijk dat er dynamische processen zijn die tot een geordende structuur leiden, die zelf ook als emergent te beschouwen zijn, vanwege de in de tijd opgelegde beperkingen in de toestandsruimte. Dynamieken die hiertoe behoren zijn bv.: recursie, adaptieve systemen, lerende organisaties, autopoëse van levende cellen, de ontwikkeling van ons brein van baby tot volwassene.

Voorbeeld van een emergent adaptief systeem: Neem een bassin, omgeven door een aarden wal die tot de rand gevuld wordt met water. Als het bassin begint over te lopen komt er al snel een opening in de aarden wal, waar méér water door stroomt (dit is een voorbeeld van symmetriebreking, waardoor alle mogelijkheden voor overstroming zich reduceren tot één plek - ook dat is een emergent verschijnsel). Het gat in de dijk wordt steeds groter en de stroom krijgt al snel het (emergente) karakter van een rivier. Door lokale verschillen in eigenschappen van de grond gaat de rivier meanderen. Dit proces vormt een emergent adaptief systeem: afhankelijk van de stroomsnelheid, stroomhoeveelheid en dichtheid van de bodem zullen de meanders steeds groter worden, totdat een bepaald evenwicht wordt bereikt. De meanders beïnvloeden immers ook weer de stroomsnelheid. Die wederzijdse beïnvloeding is kenmerkend voor adaptieve systemen.

KritiekBewerken

Over de legitimiteit van het begrip emergentie is veel discussie mogelijk (zie bv. Butterfield[20] en Timothy O'Connor,[21] vooral in relatie tot het tegenoverstelde/complementaire begrip reductionisme). De kritiek spitst zich met name toe op het aspect van het "nieuw" zijn van een emergent verschijnsel. Een aantal voorbeelden ter illustratie:

  • Temperatuur: kun je gelijkstellen aan de gemiddelde kinetische energie van een grote hoeveelheid moleculen in een beperkte ruimte. Dit wordt "vertaald" door een meetinstrument in een bepaalde temperatuurwaarde, maar het gaat in wezen om hetzelfde, dus geen "nieuw" verschijnsel en dus niet emergent. (I.t.t. warmte zoals die door onze zintuigen wordt waargenomen:, wat je een subjectief emergent verschijnsel kunt noemen.). In plaats daarvan wordt "temperatuur" epistemologisch emergent genoemd.
  • Een school vissen of een vlucht spreeuwen: elke deelnemer aan die vlucht heeft a.h.w. een Algoritme aan boord, waarmee hij zijn snelheid en richting aanpast aan zijn buren. Kleine variaties in snelheid en/of richting van een of meer deelnemers hebben een soort sneeuwbaleffect tot gevolg waardoor de gehele vlucht een wispelturig karakter krijgt. Maar er is feitelijk niks "nieuws" aan de hand (afgezien van de subjectieve sensatie die dit bij een toeschouwer teweeg brengt - dat zou je subjectieve emergentie kunnen noemen). Ook een water/windstroom, draaikolk, depressie en cycloon zijn het rechtstreekse resultaat van externe krachten op de beweging van moleculen; het macroscopische patroon van deze dynamiek kun je subjectief of epistemologisch emergent noemen.
  • Een vlucht ganzen vliegt in een V-vorm. Dat is aerodynamisch voordelig en zou je een "uitvinding" door de ganzen kunnen noemen. Is dat iets "nieuws"?[22]
  • Het ontstaan en weer oplossen van een autofile ziet er van bovenaf uit als een (goed reductionistisch verklaarbare) achteruitlopende longitudinale golf. Is dat "nieuw"? Of komt dat omdat we hier toevallig (net als bij temperatuur) een naam voor hebben? (dus epistemologisch emergent).
  • Is blended whisky louter een optelsom van smaken (en dus niets nieuws)? Dezelfde vraag kun je ook stellen bij allerlei gerechten die een kok maakt. Subjectief emergent dus.
  • Is muziek louter een optelsom van geluidsgolven? Of zit het nieuwe juist in de structuur en de opeenvolging van die golven? In ieder geval subjectief emergent.
  • Een metaallegering is een mengsel van verschillende metalen zoals brons, messing, soldeer, die duidelijk andere (en dus nieuwe) eigenschappen hebben als de samenstellende metalen koper, tin, zink lood. Dit is een voorbeeld van sterke emergentie, waarvan vooralsnog niet duidelijk is hoe die eigenschappen reductionistisch terug te voeren zijn op eigenschappen van de samenstellende metalen. Deze legeringen zijn min of meer bij toeval ontdekt.
  • Datzelfde geldt voor elke chemische verbinding als een voorbeeld van sterke emergentie. Bijvoorbeeld: het dipoolkarakter van een H2O molecuul is niet zomaar af te leiden uit eigenschappen van waterstof en zuurstof: daarvoor is een eigen theorie nodig.[23]
  • Een convectiecel (ook wel bénardcel genoemd) ontstaat bij verwarming van vloeistoffen: de opstijgende warme vloeistof koelt aan de oppervlakte weer af en daalt elders weer af naar beneden. De grootte van zo'n convectiecel hangt o.a. af van de dichtheid van de vloeistof. Deze structuur kun je zwak emergent noemen.
  • Conway's Game of Life (als voorbeeld van een Cellulaire automaat) is een volledig deterministisch evolutiespel, maar het blijft vanuit een willekeurige beginsituatie uiterst moeilijk te voorspellen of het spel zal eindigen in een dynamische ("levende") toestand. I.i.g. is de toekenning "levend" subjectief emergent. Maar de dynamiek van het eindresultaat is dusdanig "nieuw" en verschillend van de beginsituatie dat het de vraag is of je dit sterk emergent mag noemen.

Het "nieuw" zijn van een emergent verschijnsel blijkt blijkt dus nauw samen te hangen met de vraag of het verschijnsel herleidbaar is tot eigenschappen van zijn samenstellende delen en eventueel bijzondere omstandigheden. Dat is voor een aantal zwak emergente verschijnselen (temperatuur, autofile, school vissen, draaikolk, etc.) inderdaad mogelijk zoals hierboven is aangegeven. Omgekeerd kun je vanuit die samenstellende delen onder bepaalde omstandigheden ook voorspellen (vaak d.m.v. computersimulatie) dat zoiets zich zal voordoen. Zo is door middel van computersimulatie ontdekt dat de gravitatiekracht van een superzwaar zwart gat in het centrum van een galactisch stelsel onvoldoende is om de draaikolkbeweging van de sterren in dat stelsel te verklaren - wat aanleiding was om een begrippen als "Donkere massa" te introduceren.

Die "herleidbaarheid" gaat echter niet op voor sterk emergente verschijnselen en kunnen als "nieuw" worden beschouwd. Gedrag en structuur van het composiet is onvergelijkbaar verschillend met eigenschappen van de componenten. Om dit te kunnen verklaren is vaak weer een nieuwe theorie (of een nieuwe toepassing van een oude theorie) nodig, waarbij opvallend is dat daarbij weinig diepgaande kennis nodig is van de eigenschappen van de samenstellende onderdelen. Voorbeeld is het Atoommodel van Bohr waarvoor je alleen maar kennis over de elektrische lading van de atoomkern nodig hebt, maar niet de verdere inwendige structuur van die atoomkern. En bij een chemische binding speelt eigenlijk alleen maar de elektronenconfiguratie van de samenstellende delen een rol.

Overzicht van emergente fenomenenBewerken

Emergent fenomeen zwak (-) sterk (+) objectief (O) subjectief (S)
golf/draaikolk/windhoos/ convectiestromen - O
vlucht spreeuwen/ school vissen, paniek, autofile - O
zandribbels op het strand/sedimentaire gelaagdheid - O
kristalgroei/ faseovergangen /fractale groei /recursie - O
warmte/kleur/geur/enz.(alle zintuiglijke ervaringen) + S
stereoscopisch zien/horen, regenboog, optische illusies + S
temperatuur/druk/wanorde - S
Majorana-deeltje + O
massa, ruimte en tijd + S
zwaartekracht[24] + S
katalysator - O
electromagnetisme + O
metaallegering + O
molecuulvorming/ isomeren/ fullerenen + O
atoom, atoomkern + O
cellulaire automaten + S
metabolisme, levende cel dynamica[25] + O
bewustzijn, neurale netwerken ? S
bijen-, mieren-, termieten- kolonie ? O
uitvindingen/artefacten/ theorieën + O+S (z.a.)

Opmerkingen:

  1. Hoewel alle emergente verschijnselen schaalafhankelijk en dus subjectief zijn, maakt het wel uit of het emergente verschijnsel (mede) veroorzaakt wordt door een wisselwerking met de waarnemer/waarnemingsinstrument. In dat laatste geval wordt in deze tabel het kenmerk “S” gegeven.
  2. Een ?-teken wordt gegeven als niet duidelijk is of de samenwerkende componenten in het emergente verschijnsel  werkelijk onafhankelijk van elkaar blijven.

Zie ookBewerken