Worldviews Discussion Paper

Emergentie
Realiteit of fictie?

Hubert Van Belle

De werkelijkheid is in voortdurende evolutie. Dit proces wordt gekenmerkt door het zich organiseren van de materie en het ontstaan van complexe organisatiestructuren. Voorbeelden hiervan zijn de levende wezens en sociale organisaties. Niet alleen de structuur maar ook het gedrag van deze organisatiestructuren is zeer ingewikkeld. Complex samengestelde gehelen blijken eigenschappen te bezitten die een totaal ander karakter hebben dan de eigenschappen van de delen waaruit ze bestaan. Men is er tot nu toe niet in geslaagd deze onverwacht opduikende eigenschappen, emergente eigenschappen genoemd, volledig tot elementaire wetten te herleiden. Gecompliceerde fenomenen zoals bijvoorbeeld leven, zelfbewustzijn en vrije wil lijken niet exact wetenschappelijk verklaarbaar. Maakt de grote complexiteit van de organisatiestructuren dit in de praktijk onmogelijk of bestaan er fundamentele theoretische redenen waarom dit niet kan? Botsen we hier op de grenzen van de reductionistische benadering en zijn we gedwongen om het emergentiebegrip in te voeren? Deze vragen vormen een grote uitdaging voor het reductionistisch project van de wetenschap.

Ook met doelgerichtheid weet de exacte wetenschappen in feite geen weg. Nochtans is het begrip niet weg te cijferen uit ons denken. Men kan emergentie zien als het resultaat van een doelgerichte evolutie. De doelgerichtheid van de werkelijkheid en het opduiken van emergente eigenschappen staan dan in nauw verband met (efficiëntie-) eisen die de totaliteit aan al het bestaande oplegt. We zijn er bijgevolg van overtuigd dat emergentie een sleutelbegrip is in het wereldbeeldenonderzoek. In deze tekst wordt vooral ingegaan op de vraag of emergentie iets wezenlijks is of slechts om pragmatische redenen ingevoerd wordt. Daarbij wordt naar mogelijke redenen voor het tekort schieten van de reductionistische methodes gezocht. Het antwoord op deze vraag bepaalt o.m. in hoeverre de fysica een fundamentele rol kan spelen bij de unificatie van de wetenschappen en of de kloof tussen de exacte wetenschappen en de menswetenschappen eigenlijk wel te overbruggen is. De emergentieproblematiek is dan ook van groot belang bij de constructie van integrerende wereldbeelden.

1. De analytisch wetenschappelijke benadering

De mens wordt geconfronteerd met een complexe wereld waarin op het eerste zicht moeilijk een globale structuur en lijn te onderkennen is. Men kan zich afvragen of het wel mogelijk is om iets algemeen en betekenisvol te zeggen over de zeer gecompliceerde en gediversifieerde werkelijkheid. De wetenschap gaat er van uit dat niet alles ordeloos, willekeurig, uniek en nieuw is. Het is immers duidelijk dat er een zekere samenhang en continuïteit bestaat. De dingen staan niet volledig los van elkaar en de gebeurtenissen zijn niet helemaal onvoorspelbaar. Men kan een aantal in ruimte en tijd terugkerende patronen onderkennen. Er bestaan bepaalde structuren en de gebeurtenissen vertonen zekere verbanden. Hierdoor wordt het mogelijk om wetten te formuleren en de wereld op een compacte manier te beschrijven. Zelfs in de veranderingen kunnen onveranderlijke elementen, invarianten genoemd, ontdekt worden. Men kan een vrij grote eenheid in de verscheidenheid en globale lijnen in de ontwikkelingen ontdekken. De structuren en gedragspatronen in de verschillende regio’s en niveaus van de werkelijkheid vertonen een grote overeenkomst. Er blijken gelijkaardige organisatieprincipes te gelden en er worden analoge evoluties doorlopen. Deze laatste vaststellingen vormen de sleutel tot een rationele methode voor het afleiden van wereldbeelden. Door abstractie en generalisatie tracht men algemeen geldende structurele en relationele eigenschappen op te sporen om de wereld in te kaart brengen.

De mens is als een reiziger in de mist. Alleen in zijn onmiddellijke buurt heeft hij een vrij duidelijk beeld van zijn omgeving. Van gebeurtenissen verderaf krijgt hij slechts een vage indruk. De mens zit gevangen in ruimte en tijd, tussen micro- en macrowereld. In zijn beeld van de werkelijkheid gaat hij ervan uit dat een reeks van gebeurtenissen plaats grijpt die op een tijdsschaal kunnen gerangschikt worden. In de stroom van gebeurtenissen kan men bepaalde verbanden ontdekken. Het verleden en heden bepalen in meerdere of mindere mate de toekomst. De toekomstige gebeurtenissen daarentegen hebben geen enkele impact op het heden. Het verleden kan niet meer beïnvloed worden en is onbereikbaar geworden. Terug in het verleden ingrijpen en herstellen wat mis ging gaat niet meer. De gebeurtenissen uit het verleden hebben alleen invloed op de toekomst via de sporen die ze in het heden nagelaten hebben. De toekomst werd nog geen werkelijkheid maar lijkt open te liggen. De toekomst is meestal anders dan het heden en lijkt dikwijls duister, onzeker en zelfs angstaanjagend. Niet alles in de toekomst is echter onbepaald en onvoorspelbaar. Men kan causale ketens onderkennen, met schakels van oorzaken en gevolgen die de gebeurtenissen met elkaar verbinden. Deze vaststelling vormt de basis van een deterministische visie op de wereld.

In de wetenschap gaat men er van uit dat verschijnselen zich in gelijke omstandigheden op dezelfde manier zullen herhalen. Men neemt men ook aan dat de wetmatigheden die ontdekt werden universeel gelden en onafhankelijk zijn van de plaats van de observator en het ogenblik van de observatie. Ze zijn invariant voor verschuivingen in ruimte en tijd. Dergelijke transformaties nemen een belangrijke plaats in de moderne fysica en worden symmetrieën genoemd. Dit alles houdt in dat we bekende verbanden tussen gebeurtenissen mogen "transplanteren" en uitgaande van de huidige toestand prognoses kunnen maken van toekomstige gebeurtenissen. In het mechanistische wereldbeeld werd zelfs aangenomen dat de natuurwetten uiteindelijk zouden toelaten om de toekomst volledig te voorspellen. Deze visie is niet houdbaar gebleken, zelfs voor deterministische systemen. Kleine oorzaken kunnen immers onverwacht grote gevolgen hebben. Dit doet zich voor bij zogenaamd chaotisch gedrag. Men krijgt bij niet-lineaire systemen soms ook te maken met plots optredende "catastrofale" sprongen. De evolutie kan ook onvoorspelbaar worden indien bifurcaties of vertakkingen tot onbepaaldheden leiden. In dergelijke gevallen liggen deze ontwikkelingen niet in de lijn der verwachtingen en er kunnen zich verschillende alternatieve mogelijkheden aandienen. Volgens sommigen zouden ze dan ook ruimte bieden voor vrijheid en creativiteit. In alle geval blijkt de wetenschappelijke droom van een volledig planbare, beheersbare en maakbare wereld helemaal niet realistisch te zijn.

In de wetenschap gaat men er verder nog van uit dat de analytische methode met succes kan toegepast worden. Om een ingewikkeld probleem op te lossen, splitst men het op in gemakkelijker oplosbare deelproblemen die één na één opgelost worden. In feite past men de aloude "verdeel en heers" methode toe. Ten einde het gedrag van een systeem te bestuderen splitst men het geheel op in eenheden waarvan het gedrag afzonderlijk onderzocht wordt. Een persoonlijke computer (PC) is bijvoorbeeld samengesteld uit het eigenlijke computersysteem, een scherm, een toetsenbord, een muis en een printer. Wordt het computersysteem zelf verder geanalyseerd dan vindt men o.m. een kast, een voeding, een processorkaart, een RAM-geheugen, een harde schijf, een diskettedrive, een CD-ROM speler en een videokaart. De analysefase dient gevolgd te worden door een synthesefase waarin men de eenheden terug samenvoegt en hun interacties in rekening brengt om het gedrag van het geheel af te leiden. Men neemt aan dat eigenschappen van een geheel volledig bepaald worden door de eigenschappen van de elementen waaruit het bestaat en de voorwaarden die hun onderlinge verbindingen kenmerken. Dit in feite reductionistisch uitgangspunt is gebaseerd op de overtuiging dat er niets verloren gaat bij het opsplitsen van een globaal probleem in zijn deelproblemen.

In de meeste gevallen wordt de analytische methode op een hiërarchisch gestructureerde manier toegepast. Een boek kan bijvoorbeeld opgedeeld worden in hoofdstukken, paragrafen, zinnen, woorden en letters. Op een gelijkaardige manier kan men een organisme zien als opgebouwd uit organen, cellen, moleculen, atomen en kwantumdeeltjes. Het is belangrijk op te merken dat men ook gedurende de analysefase de relaties tussen de elementen niet uit het oog mag verliezen. Wil men een abstracte operatie vermijden die niets met de werkelijkheid te maken heeft, dan moet tijdens de gestructureerde ontbinding rekening gehouden worden met de samenhang tussen de elementen. Clusters van elementen die intens interageren en zich enigszins t.o.v. hun omgeving afschermen, dienen samen beschouwd te worden. Dit leidt tot een visie op de werkelijkheid als een bouwpakket met onderdelen die eerst tot samenstellingen, vervolgens tot modules en tenslotte tot een geheel kunnen samengebouwd worden. Tijdens een hiërarchisch gestructureerde ontbinding ontstaan lagen, niveaus van detaillering. Men beschouwt het bestudeerde onderwerp min of meer in detail. De eenheden die men op een bepaald niveau vindt, worden in de lagere niveaus verder uitgerafeld tot kleinere eenheden en tenslotte tot basiselementen. Omgekeerd kan men stellen dat de gehelen van een lagere laag de bouwelementen van een hogere laag vormen.

Een gelijkaardig lagenmodel wordt gehanteerd bij het verklaren van de werking van een PC. Men heeft het over hardware, systeemsoftware en toepassingssoftware. Zowel de hardware als de software kunnen ontbonden worden en dit respectievelijk in elektronische componenten en programma-instructies. De software spreekt de functionele eenheden van de hardware aan die nodig zijn om het computersysteem op de gewenste manier te laten werken. Zonder hardware heeft software geen betekenis. De fysische lagen van de werkelijkheid vormen het platform voor de hogere niveaus waarop de informatieverwerkende processen zich afspelen. Deze processen krijgen een steeds abstracter en symbolischer karakter.

2. De gelaagde werkelijkheid

Kijken we op deze gestructureerde manier naar de wereld dan groeit er een beeld van de werkelijkheid als een netwerk van relaties met een gelaagde structuur. Men kan volgende lagen onderscheiden:

Merk hierbij op dat we niet alleen fysische lagen onderkennen maar ook de gedragspatronen gestructureerd beschouwen. Dit doet ons eveneens aan een persoonlijke computer (PC) met zijn hardware- en softwarelagen denken. Analoog aan hardware en software kunnen de diverse lagen van de werkelijkheid in harde materiële en zachte immateriële lagen ingedeeld worden. De harde laagste lagen zijn opgebouwd uit fysische elementen die een hiërarchische structuur vormen. Achtereenvolgens vindt men bijvoorbeeld kwantumdeeltjes, atomen, moleculen, cellen, organen en levende wezens. De hogere lagen met hun zachter karakter groeperen gedragspatronen waarvan de complexiteit eveneens toeneemt als men naar een hoger niveau opklimt. Bovendien worden de regels minder star en neemt de reductionistische onbepaaldheid toe. Er blijkt ruimte te ontstaan voor vrijheid en autonomie.

In deze gestructureerde visie op de werkelijkheid neemt men aan dat de elementen van de onderliggende lagen kunnen gegroepeerd worden tot modules die de bouwstenen van de hogere lagen vormen. De systemen die naar de hogere lagen van de werkelijkheid doorgroeien worden gekenmerkt door een toenemende verwevenheid, orde, complexiteit en organisatiegraad. Naarmate de organisatiegraad toeneemt krijgt de werkelijkheid een steeds immateriëler aard. Ook in de computerwereld wordt software belangrijker dan hardware. Voor het bestuderen van elk van deze lagen maakt de wetenschap gebruik van eigen talen en theorieën. Men doet een beroep op de kwantummechanica, fysica, biologie, psychologie, sociologie, economie,... Ook hier kan men verwijzen de PC-wereld waar men met computertalen voor systeemsoftware (DOS, Windows) en voor toepassingssoftware (Word, Excel,...) geconfronteerd wordt.

De voor een groot deel gescheiden ontwikkeling van de diverse wetenschappen wijst erop dat er een zekere graad van onafhankelijkheid tussen de verschillende lagen van de werkelijkheid bestaat. Het gedrag in de onderliggende lagen is van die aard dat het voor een groot deel buiten beschouwing kan gelaten worden bij de studie van de bovenliggende niveaus. Men is er bijvoorbeeld van overtuigd dat de chaos op microscopisch vlak een robuuste macroscopische wereld mogelijk maakt. In computertermen gesteld zijn de lagere lagen ‘transparant’ vanuit de hogere lagen gezien. De verschillende lagen kunnen echter niet volledig los van elkaar beschouwd worden indien men de werkelijkheid globaal wil verklaren. De lagere lagen bieden de mogelijkheidsvoorwaarden voor de ontwikkelingen in de hogere lagen en de processen in de bovenliggende lagen beïnvloeden het gedrag in de onderliggende lagen. Een volledige ontkoppeling van disciplines is dus niet mogelijk en er blijft nood aan grensoverschrijdende benaderingen, globale visies en integrerende wereldbeelden.

Een grote droom van de wetenschap bestaat in het afleiden van de eigenschappen van de hogere lagen uit de karakteristieken van de lagere lagen. Deze afleiding zou volgens de reductionistische visie op de werkelijkheid geen onoverkomelijke problemen mogen opleveren. Het globaal gedrag van een geheel volgt immers uit het gedrag van de afzonderlijke elementen en hun wederzijdse beïnvloeding. Dit houdt in dat de werkelijkheid volledig door elementaire wetten bepaald wordt. Complexe structuren en gedragspatronen vinden bijgevolg hun verklaring in elementaire regels. Met eenvoudige Legoblokjes die op een beperkt aantal wijzen met elkaar kunnen gecombineerd worden kan men bijvoorbeeld de meest fantastische constructies bouwen. Bij simulaties met cellulaire automaten leiden eenvoudige regels soms tot een zeer complex gedrag. Met enige verbeelding heeft men het over ‘artificial life’, kunstmatig leven. Indien deze visie tot in het uiterste doorgedreven wordt dan lijkt het mogelijk het gedrag van sociale organisaties uit de wetten van de kwantummechanica af te leiden.

Er werd echter reeds op gewezen dat de wetenschappen voor het beschrijven van het gedrag in elk van de lagen van de werkelijkheid een beroep doet op andere talen en theorieën. Dit is niet alleen het gevolg van de historische ontwikkeling van de wetenschap. De meeste wetenschappelijke benaderingen blijken niet invariant te zijn voor niveauveranderingen. De traditionele mechanica is bijvoorbeeld niet toepasbaar in de schimmige wereld van de kwantumdeeltjes. Het "opschalen" van de methodes van de mechanica naar de menswetenschappen lijkt evenmin zeer geslaagd te noemen. Het blijkt ook nog niet altijd praktisch doenbaar te zijn om het gedrag van complexe organisatiestructuren tot elementaire wetten te herleiden. Misschien is deze reductionistische benadering in bepaalde gevallen zelfs theoretisch niet mogelijk. Is dit het gevolg van de complexiteit van de problematiek of bepalen de onderliggende lagen het gedrag van de bovenliggende lagen niet volledig? Vereist ieder niveau zijn eigen benaderingen die niet tot lagere niveaus te reduceren zijn? Men kan zich dan ook afvragen of we hier niet op een fundamenteel probleem stuiten.

We kunnen dit alles nog verder verduidelijken met het voorbeeld van de PC en zijn hardware- en softwarelagen. Voor het beschrijven van het gedrag van de PC-hardware kan men gebruik maken van de elektronica en Booleaanse algebra. Het computersysteem wordt meestal door DOS en Windows bestuurd. Uiteindelijk werkt de PC-gebruiker in veel gevallen met een Word-tekstverwerker of een Excel-rekenblad. In elk van de lagen worden aan de eisen van de laag aangepaste theorieën en talen gebruikt. Het hoeft geen betoog dat de elektronica geen geschikte taal is om rekenbladen mee te definiëren. Alhoewel de hoger niveau talen (na compilatie) gebruik maken van de lager niveau programma-instructies die de elektronische functies activeren kan men toch niet stellen dat de hardware het gedrag van de PC volledig bepaalt. De hardware biedt een platform dat nog immens veel mogelijkheden van gebruik open laat. Door programmatie kan men de PC de nodige instructies geven om de gewenste taken uit te voeren. De resultaten hebben een betekenis voor de gebruiker en kunnen niet los van de context gezien worden. Gaat het alleen om talen en theorieën die niet reduceerbaar lijken te zijn of hebben we hier met iets wezenlijks te doen?

Men dient zich in dit verband af te vragen hoe de eigenschappen van een geheel zich verhouden tot de eigenschappen van de delen. De eigenschappen van een geheel volgen niet zonder meer uit de karakteristieken van de delen. Een groep van intens samenwerkende mensen blijkt in verhouding veel meer te kunnen bereiken dan een aantal eerder onafhankelijk van elkaar optredende enkelingen. Men stelt dan ook dat het geheel meer is dan de som van zijn delen. Er wordt van een meerwaarde, synergie en "win-win" relaties gesproken. Men heeft het soms ook over een geheel dat anders is dan de delen waaruit het bestaat. Er blijken in de hogere niveaus van de werkelijkheid onverwachte eigenschappen op te duiken. Voorbeelden hiervan zijn leven, zelfbewustzijn, vrije wil, abstract taalgebruik en onbaatzuchtig gedrag. Men spreekt over emergente eigenschappen en noemt dit fenomeen emergentie. De emergente eigenschappen die in de hogere lagen van de werkelijkheid verschijnen lijken moeilijk exact wetenschappelijk en volledig reductionistisch, d.w.z. alleen door elementaire wetten alleen, verklaarbaar. Ze vereisen dan ook aangepaste wetenschappelijke benaderingen.

Het zich organiseren van de materie en het ontstaan van complexe organisatiestructuren is karakteristiek voor de werkelijkheid. Worden de organisatiestructuren die zich in het verleden ontwikkelden op een complexiteitsschaal en in de tijd gerangschikt dan kan men een evolutie naar een toenemende complexiteit vaststellen. Het ontstaan van orde uit chaos gaat globaal gezien gepaard met een toenemende organisatiegraad. Er duiken daarbij tal van eigenschappen op die op lager niveau niet voorkomen en volledig nieuw schijnen. Deze emergente eigenschappen lijken bovendien niet volledig reductionistisch verklaarbaar. Het opklimmen naar een hoger niveau van de werkelijkheid resulteert bijgevolg in een toenemende reductionistische onbepaaldheid. Er blijken echter een aantal algemene principes te bestaan die geldig blijven.

In de wereld van de elementaire deeltjes spelen niet alleen de wetten van de kwantummechanica een belangrijke rol. Er gelden ook behoudswetten die limieten stellen aan het nog altijd zeer mysterieuze gebeuren. De fundamentele behoudswetten drukken feitelijk invariantieprincipes uit en kunnen abstract als symmetrieën beschouwd worden. De wet van behoud van energie bijvoorbeeld komt overeen met een symmetrie betreffende verschuivingen in de tijd. De wisselwerkingen tussen deeltjes verlopen volgens dezelfde wetmatigheden op een ander tijdstip. Deze symmetrieën zouden de grondslagen van de werkelijkheid vormen. L. Apostel onderkende op elk niveau van de werkelijkheid niet alleen symmetrieën maar ook asymmetrieën of symmetriebrekingen. Symmetrie en symmetriebreking drukken respectievelijk de aspecten behoud en verandering uit. Ze kunnen ook in verband gebracht worden met "zijn" en "worden". Het was de bedoeling van L. Apostel om het wordingsproces uit de zijnsgronden af te leiden. Voor het bestendigen van het bestaande kan men een verklaring zoeken in feedbackmechanismen. Dit is eveneens zo voor het doorgroeien naar hogere niveaus van de werkelijkheid en het ontstaan van het nieuwe dat ermee gepaard gaat. In beide gevallen heeft men met ingebouwde of van buiten opgelegde normen te doen. Dit doet sterk aan doelgerichtheid denken.

Er blijken naast algemene principes ook universele eigenschappen te bestaan die zich op elk niveau van de werkelijkheid manifesteren. Belangrijk zijn de op bestendiging gerichte gedragspatronen, de opbouw- en afbraakverschijnselen, de neiging tot het degenereren naar lagere niveaus en de aanleg tot het doorgroeien naar hogere lagen. De constructieve en destructieve processen die de werkelijkheid ingrijpend beïnvloeden leiden tot de levenscycli van allerhande organisatiestructuren zoals sterren, stelsels, levende organismen, soorten, insecten, nesten, dieren, kolonies, kuddes, menselijke wezens, gezinnen, verenigingen, bedrijven, politieke partijen, staten, kerken, culturen, ... Trends, stromingen, modes, scholen, stijlen, opvattingen, overtuigingen, ideologieën, theorieën, technologieën,... vertonen een gelijkaardig verloop.

3. Emergent gedrag

Zoals in het vorige punt uiteengezet werd kan men op een hoger niveau van de werkelijkheid eigenschappen vinden die op de lagere niveaus niet voorkomen er schijnbaar ook niet toe kunnen gereduceerd worden. De elementaire wetten alleen blijken niet te volstaan om de emergente eigenschappen te verklaren. De onderliggende lagen bieden wel de mogelijkheidsvoorwaarden voor het gedrag op hoog niveau maar schijnen dit gedrag niet volledig te bepalen. De elementaire wetten leggen blijkbaar niet alles volledig vast en laten ruimte voor het onvoorspelbare, het onverwachte en het creatieve. Er kunnen zich daardoor nieuwe mogelijkheden ontvouwen die de wereld interessanter en boeiender maken.

Het probleem van voorspelbaarheid van complex systeemgedrag komt hier terug aan de orde. De studie van niet-lineaire systemen heeft de ogen van de wetenschapsmensen geopend voor de wereld van de complexe verschijnselen. Bij lineaire systemen is het gevolg van een externe beïnvloeding evenredig met de oorzaak. Bij niet-lineaire systemen is dit niet meer het geval en ontstaan er allerhande merkwaardige gedragspatronen. Zoals reeds opgemerkt werd, wordt men bijvoorbeeld geconfronteerd met plotse sprongen indien men met catastrofaal gedrag te doen heeft. In het geval van bifurcaties kan de evolutie verschillende wegen opgaan zonder dat er een voorkeur blijkt. Bij chaotisch gedrag veroorzaken kleine oorzaken zeer grote gevolgen en is de evolutie zeer grillig en niet meer exact reproduceerbaar. Onder bepaalde omstandigheden wordt het gedrag van niet-lineaire systemen dus onvoorspelbaar. De evoluties verlopen niet meer continu en de causale ketens worden door onbepaaldheden verbroken. Zelfs vrij eenvoudige en deterministische systemen kunnen een gedrag vertonen waarvan het verloop wel door exacte formules kan weergegeven worden maar praktisch toch onvoorspelbaar blijkt.

Inderdaad, zelfs bij deterministische systemen bestaande uit componenten met deterministische eigenschappen kan chaotisch gedrag optreden. Dit gedrag is zo gevoelig voor kleine wijzigingen en vertoont zulke grillige evoluties dat het onvoorspelbaar wordt. Ook indien men over alle noodzakelijke gegevens beschikt om het probleem op te lossen, blijft het resultaat toch nog onbetrouwbaar in de praktijk. Zelfs het verhogen van de nauwkeurigheid biedt geen oplossing. We botsen hier blijkbaar op een fundamenteel probleem. De reductionistische methodes zijn niet steeds in staat een sluitend antwoord te bieden op de vraag om niet-lineair gedrag te voorspellen. Ofwel is dit antwoord niet te geven omwille van wezenlijke onzekerheden en onbepaaldheden in de natuur. Ofwel ontsnappen een aantal dingen aan de reductionistische methodes.

Een dergelijke onvoorspelbaarheid doet zich ook voor indien men het gedrag van de hogere lagen van de werkelijkheid uit de eigenschappen van de lagere lagen probeert af te leiden. Men verklaart dit door te stellen dat het geheel groter of meer is dan de som van zijn delen. Eigenlijk zou men beter stellen dat het geheel anders is dan de som van de delen. Dit anders zijn wordt dan toegeschreven aan het onverwacht opduiken van emergente eigenschappen. Deze eigenschappen zijn niet reductionistisch verklaarbaar. Dit kan het gevolg zijn van de complexiteit van de problematiek die een herleiding tot elementaire wetten praktisch onmogelijk maakt. Een reductionistische verklaring kan ook wezenlijk uitgesloten zijn. Emergentie wordt dan in verband gebracht met het onverwachte, niet gepredetermineerde, echt nieuwe en creatieve in de werkelijkheid.

In de toegepaste wetenschappen maakt men veelvuldig gebruik van analytische methodes om het gedrag van complexe systemen te berekenen. Het gedrag van zowel lineaire als niet-lineaire systeem wordt bepaald uitgaande van de eigenschappen van de elementen waaruit het systeem opgebouwd is en de voorwaarden die door de verbindingen opgelegd worden. Men volgt dus een reductionistische benadering. Een systeem is in alle geval meer dan de som van zijn delen. Men dient op zijn minst de interacties in rekening te brengen. Hieruit zou men kunnen afleiden dat de meerwaarde het gevolg is van de onderlinge verbindingen. De verbindingen staan in voor de uitwisseling van energie tussen de deelsystemen van een systeem en geven het systeem zijn structuur. Dit geldt niet alleen voor de energiestromen maar eveneens voor de materie- en informatiestromen. De verbindingsvoorwaarden zouden samen met de eigenschappen van de delen het gedrag van het geheel volledig moeten bepalen. Indien men dit reductionistisch standpunt aanneemt moet de meerwaarde volledig toegewezen worden aan de interacties tussen de elementen. Zelfs indien het gedrag van de elementen afzonderlijk gekend is en men de verbindingsvoorwaarden invoert slaagt men er echter voor niet-lineaire systemen in de praktijk niet altijd in hun verloop te voorspellen. Het probleem dat de voorspellen en verklaren van emergent gedrag stelt lijkt dan ook ingewikkelder te zijn dan men meestal op het eerste zicht denkt.

Men kan verschillende vormen van emergent gedrag en reductionistische onverklaarbaarheid onderscheiden. Emergentie zou volledig kunnen toegeschreven worden aan de structuur van een systeem. Om van "echte" emergentie te kunnen spreken mag men o.i. niet in staat zijn om de opduikende verschijnselen uit de karakteristieken van de afzonderlijke delen en van hun interacties af te leiden. In de sterkste vorm is het emergent gedrag vooraf niet voorspelbaar en ook achteraf niet verklaarbaar. Dit is dan niet het gevolg van de complexiteit van de problematiek maar wezenlijk het geval. In een zwakkere vorm is emergent gedrag vooraf niet te voorspellen maar achteraf wel te verklaren. Indien men omwille van de complexiteitsredenen alleen niet in staat is om het systeemgedrag te verklaren dan kan men eveneens van een zwakke vorm van emergentie spreken. Indien er zich echt emergente verschijnselen voordoen botsen we op de grenzen van de reductionistische benadering.

Voor een voorbeeld van echte emergentie zouden we naar de stelling van Gödel kunnen verwijzen. Een beperkt aantal consistente axioma’s volstaat niet om de rekenkunde volledig te onderbouwen.

Het is mogelijk om stellingen te formuleren waarvan binnen het systeem van axioma’s niet kan bewezen worden of ze al dan niet geldig zijn. Men moet een beroep doen op steeds meer axioma’s om alle geldige eigenschappen te bewijzen. De axioma’s van Peano laten wel toe om de reeks van positieve gehele getallen te construeren maar niet om alle geldige stellingen te bewijzen. Uit de stelling van Gödel kunnen we afleiden dat men er nooit zal in slagen alles te bewijzen. Kan op een analoge manier niet gesteld worden dat men met elementaire wetten alleen niet in staat zal zijn om de ganse werkelijkheid compleet te verklaren?

Sommigen zien het ontstaan en de evolutie van complexe patronen bij cellulaire automaten als een voorbeeld van emergentie. Alhoewel het gebeuren bepaald wordt door simpele regels blijkt men in de praktijk niet in staat om het verloop te voorspellen. Men kan alleen de regels toepassen en zien wat er gebeurt. Voor het "spel leven" heeft Conway aangetoond dat het resultaat van dit spel intrensiek onvoorspelbaar is. Hij deed daarbij een beroep op de stelling van Turing die de onbeslisbaarheid van het stopprobleem aantoont. Het "Entscheidungsproblem" blijkt onoplosbaar te zijn bij het berekenen van reële getallen. Er bestaat geen procedure om van tevoren te beslissen of een computerprogramma voor dergelijke berekeningen voor altijd zal doordraaien of na een zekere zal tijd stoppen. Het is opmerkelijk dat deze stelling ook kan gebruikt worden om de stelling van Gödel te bewijzen.

Echte emergentie wordt in de reductionistische georiënteerde exacte wetenschap niet aanvaard. De stelling van Gödel wijst er echter op dat het reductionistische project niet haalbaar en niet houdbaar is. Met een beperkt aantal axioma’s, fundamentele wetten of basisregels is men niet in staat om de werkelijkheid volledig te vatten. Zelfs indien de werkelijkheid theoretisch volledig tot elementaire wetten reduceerbaar is, zal de complexiteit zo groot blijken dat men met deze wetten in de hogere lagen niets kan uitrichten. Het aantal te onderzoeken alternatieve mogelijkheden kan bijvoorbeeld zo hoog zijn dat men in de praktijk niet in staat is om de optimale oplossing te vinden. Dit doet zich voor bij problemen met een combinatorisch karakter. Een bedrijfleider heeft geen directe boodschap aan de kwantummechanica. Zelfs wie emergentie niet aanvaardt zal tot een pragmatische benadering verplicht worden die de werkelijkheid als gelaagd ziet en het opduiken van emergente eigenschappen aanneemt. De werkelijkheid is immers zo ingewikkeld en het aantal alternatieven zo groot dat men redelijkerwijs niet kan verwachten dat de elementaire wetten voor het oplossen van hoog niveau problemen bruikbaar zullen zijn. Men dient noodgedwongen gebruik te maken van de globale eigenschappen die zich op ieder niveau aftekenen zonder naar het laagste niveau af te dalen. Bijgevolg is men feitelijk verplicht emergentie te aanvaarden zelfs al mocht dit verschijnsel zich in de werkelijkheid niet echt voordoen.

Een verklaring voor de meerwaarde van een geheel t.o.v. zijn delen moet volgens de exacte wetenschappen volledig gezocht worden in de interactie tussen de elementen waaruit een systeem opgebouwd is en de verbindingen die deze wisselwerking mogelijk maken. Daar deze verklaring niet steeds afdoende blijkt te zijn dient men zich af te vragen of er nog andere factoren spelen en om welke invloeden het zou kunnen gaan. Mogelijke redenen voor het falen van de reductionistische analytische methodes zijn:

Op de redenen die ons het meest realistisch schijnen wordt in het volgende punt verder ingegaan.

De analytische methode gaat ervan uit dat men het geheel kan opsplitsen in afzonderlijke delen, deze delen vervolgens afzonderlijk mag bestuderen en nadien het geheel volledig in zijn oorspronkelijke staat kan herstellen door de interacties terug in te voeren. De fundamentele vraag die men kan stellen is of er niets ongemerkt verloren gaat bij het verbreken van de banden en het isoleren van de elementen en wat dit wel zou kunnen zijn. Men kan niet ontkennen dat de analytische methode zeer succesvol is. Dit sluit echter niet uit dat het gedrag van niet-lineaire systemen en het opduiken van emergente eigenschappen ons voor problemen stelt. Daar geïsoleerde delen in feite abstracties zijn is het toch wel merkwaardig te noemen dat de analytische methode nog zo goed werkt. Moet men zich eigenlijk niet afvragen waarom de reductionistische benaderingen nog zo succesvol zijn? Legt het emergentiebegrip de beperkingen van de reductionistische methode bloot?

4. De eisen van de totaliteit

Wat kan er verloren gaan bij het analyseren van een geheel en het afzonderlijk beschouwen van de delen? Waar kan men een verklaring voor emergent gedrag dat niet aan de verbindingen te wijten is, vinden? Mogelijke redenen voor emergentie dient men o.i. extern te zoeken in de context, het globale kader, de eisen van de totaliteit. De context speelt bijvoorbeeld een belangrijke rol bij het biljartspel. Met de wetten van de mechanica alleen is men niet in staat om dit spel volledig te verklaren en aan een leek uit te leggen. Ofschoon het met behulp van de mechanica mogelijk is om de banen van de biljartballen te voorspellen, is deze taal niet geschikt om alle aspecten van het spel vast te leggen. Winnen en verliezen heeft bijvoorbeeld geen betekenis in het kader van de mechanica. Daar de wetten van de mechanica nog tal van mogelijkheden open laten en het om een wedstrijd gaat dient men de spelregels in rekening te brengen. Bovendien is er de wil van de speler om te winnen en zich zo in de competitie te handhaven. Deze problematiek dient dus in een globale context gesteld te worden.

Men kan stellen dat delen in feite abstracties zijn die niet los kunnen gezien worden van de gehelen en de totaliteit waarin ze voorkomen. Bij hun isolatie worden ze uit hun natuurlijk kader gerukt en gedragen ze zich niet meer als "normaal". Legt het totaliteitskader zekere "eisen" op aan alles wat erin optreedt? Heeft een geheel een eigen identiteit waaraan de delen ondergeschikt zijn? Wordt de evolutie door de totaliteit in een bepaalde richting geduwd? Is emergent gedrag het resultaat van een doelgerichte evolutie? We hebben nog geen volledig klaar en wetenschappelijk verantwoord antwoord op deze vragen maar voelen toch veel voor een positief antwoord. Door deze stellingname aanvaarden we in feite een beïnvloeding van de delen door het geheel waarvan ze deel uitmaken. Soms noemt men dit laatste verschijnsel "downward causation", neerwaartse oorzakelijkheid. De kaken van een dier bijvoorbeeld beantwoorden niet alleen aan de wetten van de mechanica. Ze moeten ook voldoende effectief zijn bij het verwerven en verwerken van het voedsel zodat het dier kan overleven. Deze bijkomende voorwaarde zou men kunnen toeschrijven aan de "struggle for life". De overlevingsdoelstelling en het doelstellingsbegrip verschijnen hier ten tonele. Dit is ook het geval voor het metafysische kader van de totaliteit dat zijn eisen stelt. Al het bestaande moet bijvoorbeeld eigenschappen bezitten die zijn bestaan toelaten. Een zekere drang tot voortbestaan is eigen aan al het zijnde en volgt in feite uit de bestendigings- of perpetuatievoorwaarde die het globale kader oplegt.

De elementaire wetten bieden de nodige bestanddelen voor het gebeuren maar bepalen de werkelijkheid echter niet volledig. De wetten van Maxwell bijvoorbeeld maken elektromagnetische golven mogelijk maar impliceren daarom nog geen moderne telecommunicatietechnieken. De fundamentele natuurwetten laten nog ruimte voor emergent gedrag en voor de creatieve ontplooiing van de werkelijkheid. Deze ruimte wordt ingeperkt door de voorwaarden die het globale kader oplegt. Het globale kader houdt ook preferenties in, legt een oriëntatie op aan het evolutieproces. Evoluties die niet aan de eisen van de totaliteit beantwoorden hebben geen blijvend karakter. Zeker op aarde kan men de ontwikkeling van steeds grootschaliger en complexer wordende structuren met een toenemende organisatiegraad niet negeren. Denk hierbij o.m. aan de globalisatie van de economie en de toenemende verwevenheid van de moderne wereld. Dit proces gaat gepaard met mislukkingen maar begint steeds opnieuw.

Het leven organiseert zich op alle mogelijke manieren en zoekt de meest efficiënte wegen om zich te handhaven. Alleen de meest efficiënte organisatiestructuren kunnen zich immers handhaven in de strijd voor het voortbestaan. Efficiëntie heeft te maken met het doelmatig inzetten van middelen en het zoeken van een optimale positie in de omgeving. Alhoewel al de mogelijkheden afgetast worden blijken er toch "beddingen" in de toestandsruimte te bestaan die de ontwikkelingen in een bepaalde richting stuwen. Men kan vaststellen dat bepaald gedrag afgestraft wordt en dat sommige mogelijkheden meer succesvol blijken dan andere. Er lijkt een efficiëntiecriterium te gelden dat de ontwikkelingen in opwaartse richting stuwt. Met de lagere harde lagen als voedingsbodem ontstaan steeds nieuwe hogere zachte lagen. Dit constructief proces gaat gepaard met een stabilisatie, een verharding van de laagstliggende zachte lagen. Alleen de meest robuuste verbanden weerstaan immers aan de tand des tijds. Gestabiliseerde onderlagen zijn vereist om een ongestoorde ontwikkeling van de hogere lagen mogelijk te maken. Het aanvaarden van een constructief proces dat tot het ontstaan van een gelaagde werkelijkheid met emergentie van nieuwe eigenschappen leidt, wijst terug in de richting van doelgerichtheid.

Het globale kader met zijn eis tot efficiënte organisatie duwt de evolutie dus in de richting van een toenemende organisatiegraad. Dit leidt tot het verschijnen van emergente eigenschappen die de complexer wordende organisatiestructuren competitieve voordelen bieden. Door een steeds vindingrijker wordend gedrag slagen de organisatiestructuren erin hun kans op overleven te vergroten, zelfs in de meest barre omstandigheden. Organisatiestructuren die niet aan het efficiëntiecriterium voldoen overleven niet als individu of als soort. Het efficiëntiecriterium zorgt er dus voor dat de organisatiestructuren in een bepaalde richting evolueren waardoor ze beter bestand zijn tegen allerhande bedreigingen. Indien organisatiestructuren teveel van de lijn afwijken worden ze gepenaliseerd en hebben ze zelfs geen toekomst meer. Het globale kader legt bijgevolg een oriëntatie op die tot een (doel-) gerichte evolutie leidt. De trend naar een toenemende complexiteit, waardoor hogere lagen ontstaan en emergente eigenschappen opduiken is hiervan een duidelijk voorbeeld. Emergentie kan dus gezien worden als de manifestatie van een doelgerichte ontwikkeling die door het globale kader opgelegd wordt.

01.03.1999

26.04.2002