Emergentism:湧現論 or 湧現主義(6)

摩擦力: 基本粒子之間的力是保守力。然而,當考慮到物質更複雜的結構時,摩擦就湧現了。物質表面相互摩擦時,機械能轉化為熱能。類似的湧現現象也適用於連續介質力學中的概念,如粘度、彈性、抗拉強度等。

花樣表面 Patterned Ground: 花樣表面是在冰緣地區由地面材料形成的明顯的,通常是對稱的幾何圖形。

統計力學最初是用一個足夠大的統計學集合概念推導出來的,其中概率分布的各種波動可以忽略不計。然而,小的團簇並不會表現出明顯的一級相變,例如熔化,而且在邊界上不可能完全將團簇歸類為液體或固體,因為這些概念 (再沒有額外的定義的情況下) 只適用於宏觀系統。使用統計力學方法描述一個系統要比使用低層次的原子論方法簡單得多。

電氣網絡: 具有隨機排列的二元電網的體傳導響應 bulk conductive response of binary (RC) ,稱為通用介電響應 Universal Dielectric Response (UDR) ,可以看作是這種物理系統的湧現特性。這樣的排列可以被用作簡單的物理原型系統,用於推導複雜系統湧現現象的數學公式。

溫度有時被用來作為一個湧現的宏觀行為的例子。在經典動力學中,測量到處於平衡狀態的大量粒子的瞬時動量就可以求出每個自由度的平均動能,而平均動能與溫度成正比。對於少數粒子,在給定時間的瞬時動量不足以計算出系統的溫度。然而,使用遍歷假設 Ergodic Hypothesis,任意精度的溫度仍然可以通過在足夠長的時間內對這少量例子動量的平均而得到。

液體或氣體中的對流 Convection是另一個湧現宏觀行為的例子,只有在考慮溫差時才有意義。對流單體 Convection Cells,特別是 Bénard 單體,是一個自組織系統 (更具體地說,是一個耗散系統 Dissipative System的例子) ,其結構由系統的約束和隨機擾動共同決定:細胞的形狀和大小可能取決於溫度梯度以及流體的性質和容器的形狀,但實際上實現的配置是由於隨機擾動 (因此這些系統呈現一種對稱破缺 Symmetry Breaking形式) 。

在一些粒子物理學理論中,甚至是質量、空間和時間這樣的基本結構都被視為來自於更基本的概念(比如希格斯玻色子 Higgs Boson或者弦 Strings)的湧現現象。在某些量子力學詮釋中,對所有物體都具有確定的位置、動量等等的確定性感知,實際上是一種湧現現象,因為物質的真實狀態是被波函數所描述的,而這這些波函數不需要單一位置或動量的。

我們今天所經歷的大多數物理定律,似乎都是在時間的推移中出現的,這使得湧現成為宇宙中最基本的定律,同時出現了一個問題:什麽可能是物理學中最基本的定律,而其他所有定律都是從這個定律中湧現而來的?化學可以被看作是物理定律的一種湧現。生物學(包括生物進化)可以看作是化學定律的湧現。同樣,心理學也可以被理解為神經生物學定律的一種湧現。最後,經濟學中的自由市場理論是心理學的一個湧現。

Laughlin(2005)認為,對於許多粒子系統來說,從微觀方程中無法精確地計算出任何東西,宏觀系統是通過破缺的對稱性來刻畫: 由於相變的存在,微觀方程中存在的對稱性無法在宏觀系統中存在。因此,這些宏觀系統需要用它們自己的術語來描述,並且具有許多不依賴微觀細節的性質。這並不意味著宏觀性質和微觀的相互作用無關,只是你不再看到它們了,你只看到它們的重整化效應 Renormalized Effect。Laughlin是一個務實的理論物理學家:如果你不能從微觀尺度的方程中計算出對稱性破缺的宏觀性質,那麽談論還原性 Reducibility還有什麽意義?

一個由白蟻聚居地制造的白蟻「大教堂」建築高地為我們提供了一個湧現的經典例子

生命,生物系統,湧現與演化

生命是複雜性的主要來源,進化是不同生命形式背後的主要過程。這種觀點認為,進化是描述自然界中複雜性增長的過程。在談到複雜生物和生命形式的湧現時,這種觀點是指進化中的突變就是複雜性的主要來源。

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