[論文レビュー] Emergence Explained

Russ Abbott|ArXiv.org|Feb 12, 2006

Origins and Evolution of Life被引用数 14

ひとこと要約

この論文は、コンピュータサイエンスの視点から出現をフレーミングすることで、還元主義対機能主義の論争を解決する。特殊科学における上位レベルの法則が現実的かつ自律的であるのに対し、上位レベルの相互作用は根本的な物理学に還元可能である。出現現象は微視的力に根ざしているものの、上位レベルで実際に働きを果たすことが示された。

ABSTRACT

Emergence (macro-level effects from micro-level causes) is at the heart of the conflict between reductionism and functionalism. How can there be autonomous higher level laws of nature (the functionalist claim) if everything can be reduced to the fundamental forces of physics (the reductionist position)? We cut through this debate by applying a computer science lens to the way we view nature. We conclude (a) that what functionalism calls the special sciences (sciences other than physics) do indeed study autonomous laws and furthermore that those laws pertain to real higher level entities but (b) that interactions among such higher-level entities is epiphenomenal in that they can always be reduced to primitive physical forces. In other words, epiphenomena, which we will identify with emergent phenomena, do real higher-level work. The proposed perspective provides a framework for understanding many thorny issues including the nature of entities, stigmergy, the evolution of complexity, phase transitions, supervenience, and downward entailment. We also discuss some practical considerations pertaining to systems of systems and the limitations of modeling.

研究の動機と目的

• 科学哲学における長年の還元主義対機能主義の対立を解決すること。
• 特にマルチエージェントおよび分散型システムにおける複雑系における出現の性質を明確にすること。
• 上位レベルの実体および法則が物理的原理に根ざしながらも自律的である仕組みを理解するための枠組みを提供すること。
• 自己従属、下位への含意、相転移といった基礎的問題を計算的推論を通じて扱うこと。
• システムのシステムや複雑適応系におけるモデル化の限界についての実用的知見を提供すること。

提案手法

• ソフトウェアレイヤーに類似した抽象化レベルの階層として、自然をモデル化するための計算的およびシステム的思考の適用。
• 実際の上位レベルの効果と還元可能な相互作用を区別するためのエピフェノーメナの概念の使用。
• エージェントが単純なルールに従うが、複雑なマクロレベルの行動を生じさせるマルチエージェントシステムの視点から出現を分析。
• 分散コンピューティングおよびソフトウェア工学の類似例を用いて、物理的還元主義に反しない形で上位レベルの法則がどのように出現するかを説明。
• コンピュータサイエンスおよび論理学の原則を用いて、自律的上位レベルの法則と還元可能な相互作用の違いを形式化すること。
• スタイグメリー、相転移、自己従属といった概念を、出現を統合的に扱う計算的フレームワークに統合すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 すべての現象が根本的な物理学に還元可能であるならば、特殊科学における上位レベルの法則が現実的かつ自律的であるとはどのように説明できるか？
• RQ2 複雑系におけるエピフェノーメナの役割は何か？ また、それらが微視的力に還元可能であるにもかかわらず、どのように実際に働きを果たすのか？
• RQ3 システムのシステムは、どのようにして単なる構成要素間の相互作用からは予測できない出現的行動を示すのか？
• RQ4 上位レベルの実体が下位レベルのコンponentsに依存するようなシステムにおいて、自己従属と下位への含意はどのように機能するのか？
• RQ5 上位レベルの相互作用がエピフェノーメナ的であるが、依然として因果的に効果的である場合、複雑系のモデル化にどのような制限が生じるのか？

主な発見

• 生物学、社会学、経済学などの特殊科学における上位レベルの法則は、幻想的ではなく、現実的かつ自律的な原則を表している。
• 出現現象は、物理的力に還元可能であるという意味でエピフェノーメナ的であるが、マクロレベルで実際に因果的働きを果たしている。
• このフレームワークは、グローバルな調整を必要としない局所的エージェント相互作用から生じるスタイグメリーおよび相転移を、出現的プロセスとして説明できる。
• 自己従属は維持されている。上位レベルの性質は下位レベルに依存するが、上位レベルの法則は微視的物理学から単独で導出可能ではない。
• 下位への含意は実際には可能である：上位レベルの法則は下位レベルの行動を制約できるが、逆は厳密には導出可能ではない。
• 上位レベルの相互作用がエピフェノーメナ的であるにもかかわらず、システム全体の挙動を理解する上で不可欠であるため、複雑系のモデル化には限界がある。