[논문 리뷰] Universal Science of Complexity: Consistent Understanding of Ecological, Living and Intelligent System Dynamics

Andrei P. Kirilyuk|arXiv (Cornell University)|2007. 06. 21.

Complex Systems and Dynamics참고 문헌 14인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 생태계, 생물학적 시스템, 지능적 시스템을 포함한 복잡계를 이해하기 위한 통합적 프레임워크를 제안한다. 다체계 상호작용의 인과적으로 완전한 이론을 도입함으로써, 양자역학적, 상대성 이론적, 혼돈적 행동이 동적 복잡성의 통합된 표현임을 설명하는 보편적 복잡성 대칭성을 도출한다. 이는 고전 물리학을 초월하여 실제 시스템의 역학을 엄밀하고 수학적으로 정확하게 기술하는 데 기여한다.

ABSTRACT

A major challenge of interdisciplinary description of complex system behaviour is whether real systems of higher complexity levels can be understood with at least the same degree of objective, "scientific" rigour and universality as "simple" systems of classical, Newtonian science paradigm. The problem is reduced to that of arbitrary, many-body interaction (unsolved in standard theory). Here we review its causally complete solution, the ensuing concept of complexity and applications. The discovered key properties of dynamic multivaluedness and entanglement give rise to a qualitatively new kind of mathematical structure providing the exact version of real system behaviour. The extended mathematics of complexity contains the truly universal definition of dynamic complexity, randomness (chaoticity), classification of all possible dynamic regimes, and the unifying principle of any system dynamics and evolution, the universal symmetry of complexity. Every real system has a non-zero (and actually high) value of unreduced dynamic complexity determining, in particular, "mysterious" behaviour of quantum systems and relativistic effects causally explained now as unified manifestations of complex interaction dynamics. The observed differences between various systems are due to different regimes and levels of their unreduced dynamic complexity. We outline applications of universal concept of dynamic complexity emphasising cases of "truly complex" systems from higher complexity levels (ecological and living systems, brain operation, intelligence and consciousness, autonomic information and communication systems) and show that the urgently needed progress in social and intellectual structure of civilisation inevitably involves qualitative transition to unreduced complexity understanding (we call it "revolution of complexity").

연구 동기 및 목표

• 생태계, 생물학적, 인지 영역의 복잡계에 대해 일관되고 과학적으로 엄밀한 이해를 확립하기 위해.
• 다체계 상호작용을 인과적으로 완전하고 수학적으로 정확하게 기술하는 데 오랫동안 해결되지 않은 문제를 해결하기 위해.
• 양자 효과, 상대성 이론, 혼돈 등 서로 다른 현상을 복잡성에 기반한 동적 프레임워크 안에서 통합하기 위해.
• 모든 실제 시스템에 적용 가능한 보편적 정의를 제공함으로써 동적 복잡성의 정의를 보편화하고 객관적으로 측정 가능하게 하기 위해.
• 과학과 사회에 있어 고전 뉴턴 모델을 초월하는 패러다임 전환—'복잡성의 혁명'—을 주장하기 위해.

제안 방법

• 물리계에서 임의의 다체계 상호작용 문제에 대해 인과적으로 완전한 해를 도출한다.
• 모든 실제 시스템의 기본적이고 0이 아닌 성질로, 축소되지 않은 동적 복잡성의 개념을 도입한다.
• 실제 시스템 행동을 정확하게 기술하기 위해 다가치성과 얽힘을 기반으로 한 새로운 수학적 구조를 개발한다.
• 모든 동적 영역과 진화 경로를 지배하는 통합 원리로서 보편적 복잡성 대칭성을 수립한다.
• 모든 가능한 동적 영역을 분류하고 랜덤성(혼돈성)을 객관적으로 정의하기 위해 이 프레임워크를 적용한다.
• 이 프레임워크를 사용하여 양자역학적 및 상대성 이론적 효과가 복잡한 상호작용 역학의 표현임을 인과적으로 설명한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 생태계, 생명체, 지능적 영역의 복잡계는 고전 뉴턴 시스템과 동일한 과학적 엄밀성으로 기술될 수 있는가?
• RQ2 실제 다체계 복잡계의 행동을 뒷받침하는 기본적인 수학적 구조는 무엇인가?
• RQ3 양자역학과 상대성 이론은 더 깊은 동적 복잡성의 표현으로 통합될 수 있는가?
• RQ4 어떤 방식으로 동적 복잡성을 보편적으로 적용 가능하고 객관적으로 측정 가능한 방식으로 정의할 수 있는가?
• RQ5 이 프레임워크는 과학과 문명의 미래 발전에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 모든 실제 시스템은 비영이면서 일반적으로 높은 축소되지 않은 동적 복잡성 값을 지니며, 이는 시스템의 행동을 뒷받침한다.
• 양자 현상과 상대성 효과는 복잡한 상호작용 역학의 통합된 표현으로 인과적으로 설명된다.
• 이 프레임워크는 진정으로 보편적인 동적 복잡성, 랜덤성(혼돈성), 모든 동적 영역의 분류를 제공한다.
• 보편적 복잡성 대칭성이 모든 시스템의 역학과 진화를 지배하는 기본 원리로 부상한다.
• 이 이론은 다가치성과 얽힘을 기반으로 한 새로운 구조를 통해 실제 시스템 행동을 정확하게 수학적으로 기술할 수 있게 한다.
• 모델은 사회적 및 지적 시스템의 발전이 축소되지 않은 복잡성의 이해로의 질적 전환을 요구함을 시사한다.