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==简介==
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[[涌现]](emergence)在人工生命和复杂性科学中至关重要。然而目前关于涌现的定量、直观且易于应用的测量方法却极为匮乏。本文提出了一种名为“G-涌现”(G-emergence)的新测量方法，它将涌现过程“既受到底层因果因素的影响，同时又具备自身独立性”的这一概念进行了具体化和应用。G-涌现基于“格兰杰因果关系”的非线性时间序列分析，能够同时衡量涌现现象和明显的[[向下因果]] (downward causation)。我通过一个经典的涌现实例——基于[[智能体]](Agent)的鸟群模拟来展示这一方法的应用，并探讨了它对科学中最具挑战性的涌现问题之一的意识问题可能产生的深远影响。
[[涌现]](emergence)在人工生命和复杂性科学中至关重要。然而目前关于涌现的定量、直观且易于应用的测量方法却极为匮乏。本文提出了一种名为“G-涌现”(G-emergence)的新测量方法，它将涌现过程“既受到底层因果因素的影响，同时又具备自身独立性”的这一概念进行了具体化和应用。G-涌现基于“格兰杰因果关系”的非线性时间序列分析，能够同时衡量涌现现象和明显的[[向下因果]] (downward causation)。我们将通过一个经典的涌现实例——基于[[智能体]](Agent)的鸟群模拟来展示这一方法的应用，并探讨了它对科学中最具挑战性的涌现问题之一的意识问题可能产生的深远影响。
近年来，随着人工生命和复杂性科学的发展，人们对涌现现象重新产生了兴趣。虽然涌现的概念有着悠久的哲学历史<ref name="Broad_mind_nature">{{cite book|editor=Broad C|title=The mind and its place in nature|publisher=Routledge and Kegan Paul|year=1925|location=London}}</ref><ref name="Kim_making_sense_emergence">{{cite journal|author=Kim J|title=Making sense of emergence|journal=Philosophical Studies|year=1999|volume=95|issue=3–36}}</ref>，其核心思想其实非常简单：一种涌现的属性通常是“整体大于部分的总和”。在各类复杂系统中，涌现属性非常普遍，比如在生物系统、认知系统、社会系统和技术系统中。总体来说，人工生命和复杂性科学主要是解释看似与涌现相关的现象，而这些领域中的模型通常被描述为具有涌现性质<ref name="Bedau_downward_causation">{{cite journal|author=Bedau M|title=Downward causation and the autonomy of weak emergence|journal=Principia|year=2003|volume=6|issue=5–50}}</ref>。因此，令人惊讶且值得注意的是，目前缺乏定量且易于应用的涌现测量方法。而这很可惜，因为科学上对现象的有效描述很大程度上依赖于是否能对其进行测量<ref name="Chang_inventing_temperature">{{cite book|editor=Chang H|title=Inventing temperature: Measurement and scientific progress|publisher=Oxford University Press|year=2004|location=New York, NY}}</ref>。
近年来，随着人工生命和复杂性科学的发展，人们对涌现现象重新产生了兴趣。虽然涌现的概念有着悠久的哲学历史<ref name="Broad_mind_nature">{{cite book|editor=Broad C|title=The mind and its place in nature|publisher=Routledge and Kegan Paul|year=1925|location=London}}</ref><ref name="Kim_making_sense_emergence">{{cite journal|author=Kim J|title=Making sense of emergence|journal=Philosophical Studies|year=1999|volume=95|issue=3–36}}</ref>，其核心思想其实非常简单：一种涌现的属性通常是“整体大于部分的总和”。在各类复杂系统中，涌现属性非常普遍，比如在生物系统、认知系统、社会系统和技术系统中。总体来说，人工生命和复杂性科学主要是解释看似与涌现相关的现象，而这些领域中的模型通常被描述为具有涌现性质<ref name="Bedau_downward_causation">{{cite journal|author=Bedau M|title=Downward causation and the autonomy of weak emergence|journal=Principia|year=2003|volume=6|issue=5–50}}</ref>。因此，令人惊讶且值得注意的是，目前缺乏定量且易于应用的涌现测量方法。而这很可惜，因为科学上对现象的有效描述很大程度上依赖于是否能对其进行测量<ref name="Chang_inventing_temperature">{{cite book|editor=Chang H|title=Inventing temperature: Measurement and scientific progress|publisher=Oxford University Press|year=2004|location=New York, NY}}</ref>。
在本文中，我们将首先区分几种涌现的概念，并借此简要说明其中的一些关键挑战。接着，我将介绍一种名为“G-涌现”（G-emergence）的新测量方法，这种方法具体化了一个直观的想法，即涌现过程既独立于其底层因果因素，同时又依赖于这些因素。G-涌现简单易用，我会通过一个经典的涌现现象例子——鸟群飞行的模拟来展示这一方法的应用(下图是一群即将栖息的椋鸟)。最后，我将讨论相关的测量方法，如何化解“向下因果”（downward causation）这一形而上学上的难题，以及它如何为科学中最难解决的问题之一的神经机制与现象体验之间的关系带来新的启示。
[[文件:图1鸟群.png|'''图1：'''一群即将栖息的椋鸟。|替代=|无框|500x500像素]]
[[文件:图1鸟群.png|'''图1：'''一群即将栖息的椋鸟。|替代=|无框|500x500像素]]
== 涌现的类型 ==
== 涌现的类型 ==
从直观上看，涌现可以指两种情况：一种是宏观层面的属性，它“超越了微观部分的总和”（称为“属性涌现”或“共时涌现”，property/synchronic emergence）；另一种是随着时间推移，出现了某种全新的、有质的区别的现象（称为“时间涌现”或“历时涌现”，temporal/diachronic emergence）。一个属性涌现的典型例子是当鸟群在天空中飞行时，鸟群似乎拥有独立的形状和轨迹，远远超越了每只鸟的个体行为。历时涌现的典型例子则可以从胚胎发育过程中，新形态特征逐渐形成的过程看出。本文主要探讨如何衡量属性涌现，但也指出了衡量时间涌现的潜在机会。根据 Bedau<ref name="Bedau_weak_emergence">{{cite journal|author=Bedau M|title=Weak emergence|journal=Philosophical Perspectives|year=1997|volume=11|page=375–399}}</ref><ref name="Bedau_downward_causation" />的分类，属性涌现和时间涌现都可以进一步划分为三类：[[强涌现]]（strong emergence）、[[弱涌现]]（weak emergence）和[[名义涌现]]（nominal emergence）。
从直观上看，涌现可以指两种情况：一种是宏观层面的属性，它“超越了微观部分的总和”（称为“属性涌现”或“共时涌现”，property/synchronic emergence）；另一种是随着时间推移，出现了某种全新的、有质的区别的现象（称为“时间涌现”或“历时涌现”，temporal/diachronic emergence）。一个属性涌现的典型例子是当鸟群在天空中飞行时，鸟群似乎拥有独立的形状和轨迹，远远超越了每只鸟的个体行为。历时涌现的典型例子则可以从胚胎发育过程中，新形态特征逐渐形成的过程看出。本文主要探讨如何衡量属性涌现，但也指出了衡量时间涌现的潜在机会。根据 Bedau<ref name="Bedau_weak_emergence">{{cite journal|author=Bedau M|title=Weak emergence|journal=Philosophical Perspectives|year=1997|volume=11|page=375–399}}</ref><ref name="Bedau_downward_causation" />的分类，属性涌现和时间涌现都可以进一步划分为三类：[[强涌现]]（strong emergence）、[[弱涌现]]（weak emergence）和[[名义涌现]]（nominal emergence）。