Philosophie: Was ist Emergenz?

image_pdfimage_print

flame-1486650_1280Emergenz hat ein bisschen was von dem Geist in der Flasche (Bild: Alexas_Fotos, pixabay): Bevor's rauskommt, weiß man nicht, was rauskommt. Es kann ganz verblüffend sein, ohne dass man angeben könnte, warum, wieso, weshalb.

Es hat auch was mit dem Zufall zu tun, bei dem es zwei Arten gibt, die in diesem Zusammenhang eine Rolle spielen, und die sich wesentlich voneinander abheben.

Für diese Behauptungen will dieser Artikel Gründe liefern, die letztlich auf eine einfache Erklärung für das Phänomen der Emergenz hinauslaufen.

An dem Thema entzünden sich ja die Geister. Manche bestreiten, dass es Emergenz überhaupt gibt, andere kritisieren den Begriff als überflüssig. Hier soll auf dem Emergenz-Verständnis von Bunge aufgesetzt werden, nach dem Emergenz ein ontologischer Begriff ist und kein erkenntnistheoretischer. Emergenz hat etwas mit der realen Welt zu tun, und nicht mit dem Wissen über sie. Emergenz ist demnach eine Beschreibung, keine Erklärung (wb-Links unten).

Auf dieser Basis darf nun der Zufall diskutiert werden: Unsere Welt läuft beinahe deterministisch ab, aber nicht ganz. Die Quantenereignisse verhindern, dass alles auf ewig vorausbestimmt ist:

  1. Im Sprachgebrauch wird mit dem "Zufall" das klassische oder empirisch-pragmatische Konzept gemeint, wo der Zufall aus der menschlichen Unkenntnis über alle Eigenschaften des Systems resultiert – das ist sozusagen der deterministische Zufall. Was dabei rauskommt, mag aus Unkenntnis unvorhersehbar sein, prinzipiell ist es  jedoch festgelegt.
  2. Anders ist es beim echten oder objektiven oder Quanten-Zufall, dem intrinsischen, fundamentalen Zufall der Quanteneffekte, die prinzipiell nicht vorhersagbar sind (außer dass man ihre Statistik kennt) – dieser Zufall steht im klaren Gegensatz zum Determinismus.

Die Weltläufte werden von den Quantenereignissen gesteuert, weil die das einzige sind, was nicht deterministisch ist. Die Behauptung ist nun, dass Emergenz nicht in diese 2. Kategorie fällt, sondern in die 1.: Es geht nicht um einen intrinsischen, fundamental verborgenen Zusammenhang, sondern bloß darum, dass die Komplexität zu groß wird, um die Prozesse der Systeme zu verfolgen, zu verstehen, zu beschreiben.

Dazu soll auf Bunges emergentistischen, systemischen Materialismus abgehoben werden, der ja die wissenschaftskonforme Ontologie darstellt (wb-Links). Ein Materialismus ist es, weil Idealismus oder Naturalismus nicht wissenschaftskonform sind. Emergentistisch ist er, weil Bunge davon ausgeht, dass neue Systemeigenschaften durch spontane Selbstorganisation emergent entstehen. Über Bunges formale Definition davon wird unten referiert.

Hier in a nutshell seine Definition von System: Als Systeme werden komplexe Dinge bezeichnet, Zusammensetzungen von einzelnen Dingen oder Subsystemen. Das wird mit dem Begriff systemisch ausgedrückt, ebenso wie die Beschreibungsweise, dass die Welt sich in verschiedene System-Ebenen einteilen lässt: die physikalische, die chemische, die biologische, die mentale, die soziale, die technische.

Als Emergenz wird nun die Tatsache bezeichnet, dass Systeme neue Systemeigenschaften haben können, die ihre konstituierenden Subsysteme nicht haben. Z.B. flüssiges Wasser hat Eigenschaften, die seine Moleküle H2O, H3O+ , OH nicht haben. Ein Quecksilberatom ist auch nicht flüssig, dafür braucht es mindestens 15 davon. Ein Goldatom glänzt nicht goldig, sondern erst eine größere Zahl.

Wenn der Leser aufsteht, die Arme hochreckt und sich wieder hinsetzt, macht er Gymnastik. Wenn das zigtausend Leute im Stadium tun, entsteht La Ola, die Welle. Die Fähigkeit, La Ola zu machen, ist eine emergente Eigenschaft des Systems "Stadion voll Zuschauer". Das Stadion kann nicht La Ola machen, ein Zuschauer allein kann es nicht, aber alle zusammen können es.

Besonders markant ist der Übergang von der Physik zur Chemie, wo bei der Vereinigung von Atomen zu Molekülen neue Eigenschaften entstehen; der Übergang von der Chemie zur Biologie, wo bestimmte Molekül-Verbindungen die Eigenschaft "Leben" entwickeln; der Übergang von der Biologie zum Mentalen, wo das System "Hirn" geistige Eigenschaften entwickelt usw. Entlang der besonders markanten Übergänge sind die Systemebenen Physik, Chemie usw. definiert, es wären aber auch feiner aufgeteilte Definitionen möglich.

Was ist das nun, wenn diese neuen Eigenschaften emergieren?

Mit den neuen Systemen entstehen neue Systemeigenschaften und neue Systemprozesse, die neuen Gesetzen gehorchen. Die Behauptung ist nun die der schwachen Emergenz, d.h. diese Gesetze sind neu im Sinn von 1. oben: Prinzipiell ist das neue Gesetz durch die 4 Grundkräfte und die grundlegenden (physikalischen) Naturgesetze festgelegt. Es gibt aber so viele Interaktionen, dass die Komplexität überbordet, und daraus resultiert die menschliche Unkenntnis über die emergierenden Eigenschaften des Systems – man kennt sie erst, wenn sie da sind, und dann erforscht und definiert man die Gesetze, die sie beschreiben.

Nach Bunge sind das genaugenommen "Gesetzesaussagen", denn die Naturgesetze selber sind implizit definiert als die Abhängigkeiten zwischen den Eigenschaften von Dingen oder Systemen. Die Gesetze basieren auf den 4 Grundkräften, wenn auch in dermaßen hochagglomerierter Form, dass die einzelnen Interaktionen nicht zu überschauen sind.

Als Beispiel wird gern das alberne Balzverhalten von Truthähnen genannt. Das folgt Gesetzen, die emergent mit dem System "Truthahn" entstanden sind. Genaugenommen sind die Truthahngesetze natürlich Gesetzesaussagen.

Als Kern dieses Artikels wird nun die Behauptung verfochten, dass es gar kein summarisches Naturgesetz gibt, das zu solchen summarischen Gesetzesaussagen gehört, sondern bloß die Gesetze für die Interaktionen auf dem Basislevel. Die Natur kann das: Diese Gesetze myriadenweise gleichzeitig beachten, so dass am Ende das Gegockel des Puters rauskommt. Es wirken nur die Interaktionen zwischen den Partikeln, es gelten nur die Gesetze zwischen deren Eigenschaften. Es gibt keine neuen Kräfte zwischen Truthahn und Truthenne und keine neuen Gesetze für deren Interaktion. Es gibt nur neue Gesetzesaussagen, die das alles zusammenfassen.

Dem Prinzip der schwachen Emergenz folgend, läuft das auf die Behauptung hinaus, dass sich nicht analog zu 2. oben etwas intrinsisch Unbekanntes manifestiert, also neue Eigenschaften, die sich prinzipiell nicht aus den Eigenschaften der Systemkomponenten ableiten lassen. Dieses Prinzip nennt man Emergenz im starken Sinn, und es wird hier bestritten.

Belegen lässt sich das nicht – aber warum die komplizierte Erklärung nehmen statt der einfachen? Wenn bloß ein Komplexitätsproblem entsteht, ist Emergenz nur das Wort dafür, dass man's auf der unteren Systemebene nicht mehr durchschaut und deshalb eine neue Systemebene definiert, wo man die ganzen Details aus dem Weg hat. In feinerer Abstufung gilt das für jede neue Eigenschaft; die neuen Systemprozesse werden mit neuen Gesetzesaussagen beschrieben.

Vielfach wird über die Umkehrung davon diskutiert. Das nennt sich Reduktionismus und geht der Frage nach, lässt sich alles aus physikalischen Gesetzen erklären? Aus Sicht dieser Argumentation ist das wie eine Frage an Radio Eriwan, weil die Antwort so geht: Im Prinzip schon, aber in Wirklichkeit geht es nicht, weil die Komplexität viel zu groß ist.

Deshalb macht es auch keinen Sinn, einem Physikalismus zu folgen, der alles auf physikalischer Basis erklären will. Der Übergang zu den höheren Systemebenen Chemie, Biologie … hat schon seinen Sinn. Die Grundkräfte und die grundlegenden Naturgesetze bestimmen natürlich alles, und nicht irgendein Zauber. Mit wachsender Größe der Systeme gibt es enorm wachsende Komplexität der Interaktionen, und dabei entstehen die neuen Systemeigenschaften.

Das passiert allein durch die Grundkräfte. Trotzdem sind die neuen Beschreibungsebenen und die neuen Gesetzesaussagen sinnvoll und nötig. Man sollte nur nicht  Gesetzesaussagen mit Gesetzen verwechseln. Genaugenommen sind die Gesetzesaussagen ja alle falsch, sie handeln von punktförmigen Massen und reibungsfreien Bewegungen usw. Sie sind sehr wertvoll, aber eben Pauschalisierungen, Abstraktionen und Vereinfachungen.

Diese Sicht auf die Emergenz ist logisch und kommt ohne überflüssige Annahmen aus. Was man als emergierende neue Eigenschaften erkennt, entsteht durch das hochkomplexe Zusammenspiel der vielen Interaktionen. Die neuen Prozesse im System werden durch neue Gesetzesaussagen beschrieben, und dahinter stecken die grundlegenden Naturgesetze.

Bunges Emergenzbegriffe formal beschrieben

Es gibt gleich zwei Möglichkeiten zur Auswahl, die hier A) und B) heißen sollen. Bunges Herleitung ist zunächst für beide gleich. Dazu wird die Menge der Objekte (der allgemeinsten philosophischen Konzepte) aufgeteilt:

  1. die Eigenschaften, die auch relational sein können, und daher auch durch mehrstellige Prädikate repräsentiert werden. Die Menge aller Eigenschaften wird genannt,
  2. den Rest der Objekte, die "individuals" genannt werden. Die Übersetzung "Einzeldinge" trifft es nicht gut, denn gemeint sind Dinge und die davon abgeleiteten Zustände, Ereignisse, Prozesse, Fakten, Konstrukte usw. Diese Menge aller individuals wird genannt.

Wenn P in  ist (P) und q in (q ∈ ), besagt die Formel   Px   "x ist ein P" oder "individual x hat Eigenschaft P." Entsprechend bedeutet die Formel   Rxy   "die individuals x und y haben eine R-Beziehung."

Dass jedes Objekt entweder ein individual oder eine Eigenschaft ist, heißt in der formalen Definition  Ω =   " und umfassen alles." Dass kein Objekt beides ist, heißt als formales Axiom  = Ø  "Schnittmenge mit ist leer."

Dann wird das weitere Axiom postuliert, dass alle individuals mindestens eine Eigenschaft haben, formal ∀q∃P(q ∈ )(P)Pq "für alle individuals q existiert eine Eigenschaft P so dass q ein P ist."

Ein weiteres Axion ist das Duale dieses Postulats; es gibt keine losgelösten Eigenschaften, jede Eigenschaft gehört zu mindestens einem individual. Formal ∀P∃q(P & q ∈ )Pq "für alle Eigenschaften P existiert ein individual q so dass q ein P ist."

Nun muss noch das Axiom postuliert werden, dass jedes individual zu mindestens einem anderen individual in Beziehung steht, formal ∀q∃s(q, s ∈ )(R)[¬(q = s)&Rqs] "für alle individuals q gibt es ein individual s und eine Beziehung R zwischen den beiden, wobei q nicht s ist." Dann kann als letztes Axiom postuliert werden, dass jede Eigenschaft von einem individual in Beziehung zu mindestens einer anderen Eigenschaft dieses individuals steht ∀q∀P(q ∈ )(P,R){Pq ⇔ ∃R[¬(R = P)&Rq]} "für alle individuals q und alle Eigenschaften P gilt, wenn q ein P ist, gibt es ein R ungleich P und q ist ein R."

Eigenschaften kommen eher bündelweise vor als unabhängig voneinander. Das kommt daher, dass Eigenschaften Naturgesetzen gehorchen, und die meisten davon verknüpfen zwei oder mehr Eigenschaften. Zuletzt wird nun das relative Existenz-Prädikat definiert: Wenn C eine nicht-leere Untermenge von einer Menge X ist und χC die charakteristische Funktion von C, d.h. die Funktion χC: X→{0,1} so dass χC(x) = 1 genau dann wenn x in C ist und sonst χC(x) = 0. Das relative (oder kontextuelle) Existenz-Prädikat ist nun eine Funktion mit Statements als Werten:

EC : C → Die Menge der Statements die EC enthalten

so dass "EC(x)" genau dann wahr ist, wenn χC(x) = 1. Die Formel "EC(x)" besagt, "x existiert in C" und ist äquivalent zu χC(x) = 1.

Das angegebene Existenz-Prädikat ist nicht bezogen auf den Existenzquantor ∃, den Bunge lieber “particularizer” genannt haben möchte. Denn "∃xPx" besagt nur "einige individuals haben die Eigenschaft P." Über ihre Existenz ist damit nichts ausgesagt. Deshalb wird bei ontologischen Existenz-Aussagen stillschweigend E benutzt und nicht ∃.

Nun wird noch zwischen konkreten Objekten wie Ziffern (z.B. gedruckt oder figürlich) und ideellen Objekten wie Zahlen unterschieden. Dieser Unterschied wird eingeführt durch das algebraische System S =< ,⊕, 0, 1 >, mit einer Untermenge aus den individuals, der Verknüpfung ⊕ und den ausgezeichneten Elementen 0 und 1 von . Zwei Elemente x und y von können sich verbinden, um ein drittes Element  x ⊕ y von zu bilden (⊕ bezeichnet die mereologische Summation von x und y).

Das generelle Konzept des Objekts umfasst auch "simples", Objekte ohne Struktur. Manche Objekte wie Eigenschaften, Ereignisse und Konstrukte sind keine Dinge. Bunge definiert die Verknüpfung ⊕ als assoziativ und kommutativ und spendiert noch eine Teil-Ganzes-Relation ∠. Dann bedeutet x∠y dass x ein Teil von y ist, und zwar dann, wenn es ein z gibt mit x ⊕ z = y.

Im einfachsten Fall ist x elementar, also ohne Teile, z.B. bei Elektronen und Photonen. Diese Definition ist besser als schlichte "Simplizität", denn laut Quantentheorie sind Elektronen und Photonen reichlich komplex. Das System S bekommt noch das null-individual 0 und das Universum 1 als ausgezeichnete Elemente. Damit gilt 0 ⊕ x = x und 1 = (ιx)∀y(y ∈ &y∠x), mit dem definiten Deskriptor ι.

Auf dieser Basis kann das Gesetz der Emergenz auch formal definiert werden. Das sieht dann so aus

A): ∀x[PBx =df Px&¬∃y(y∠x&PBy)]

mit Gesamteigenschaft PB (bulk property = die emergent entstandene neue Eigenschaft des Ganzen). Verbal: "Für jedes individual x aus ist PB eine Gesamteigenschaft, wenn kein Teil y diese Eigenschaft PB hat." Beispiel: "Leben ist eine emergente Eigenschaft von Zellen, denn die leben, während ihre Bestandteile das nicht tun."

Alternativ wird nun das Konzept um die Relation "Abstammung" D erweitert. Man kann dafür nicht auf die Zeit zurückgreifen (vorher/nachher), weil sie hier nicht definiert ist. Deshalb wird D nun so definiert, mit x, y und z als Elementen von :

  1. irreflexibel (kann nicht von sich selbst abstammen): ¬Dxx,
  2. asymmetrisch (wenn y von x abstammt gilt nicht das Umgekehrte): Dxy⇒¬Dyx.
  3. transitiv (wenn y von x abstammt und z von y, dann auch z von x): Dxy & Dyz⇒Dxz.

Auf der Basis von diesem Konzept kann nun definiert werden

B): PNx = ∃y(Dxy&¬PNy),

"für jedes individual x in ist PN eine radikal neue Eigenschaft von x, wenn x von einem Vorgänger y abstammt, der PN nicht hat." Beispiel: "Alle Moleküle haben Atome als Vorgänger."

A) und B) sind zwei formal definierte Konzepte der Emergenz. Sie sind entfernte Verwandte des Supervenierens, und sie tauchen zunehmend in der Literatur auf.

Damit kann nun das Konzept der Systemebenen formal eingeführt werden. Eine Menge von Objekten konstituiert eine Ebene der Realität, wenn sie alle Gesamteigenschaften haben, die ihren Teilen fehlen. So kann man sagen, dass die soziale Ebene aus der biologischen (Lebens-)Ebene emergent hervorgegangen ist (A)), oder dass die Lebens-Ebene B Vorläufer der sozialen Ebene S ist (B)). Formal: B<S, d.h. die Teil-Ganzes-Relation ∠ erzeugt die Ebenen-Relation <.

 

Links von wissenbloggt:

Mehr zum Thema:
Dieser Beitrag wurde unter Wissenschaft veröffentlicht. Setze ein Lesezeichen auf den Permalink.

Schreibe einen Kommentar