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→第IV型：强涌现性和随附性
=== 第IV型：强涌现性和随附性 ===
=== 第IV型：强涌现性和随附性 ===
强涌现可以被定义为在更高层次的组织或复杂性上出现的涌现性结构，这些结构拥有真正的新特性，即使在原则上也不能还原为基本部分和组件的属性和规律的累积效应。例如生命是基因、遗传密码与核酸/氨基酸的强涌现属性，总体而言文化则是模因（memes）、语言和书写系统的强涌现属性。与某些哲学理论相反，这种定义下的强涌现不一定要违反任何物理定律。强涌现一词有时会被用来描述魔法、不科学或超自然的过程，这显然是一个必须加以纠正错误的观念。
强涌现所描述的过程不是魔法的、不科学或反科学的，只有多尺度的非常复杂的现象，并没有魔法或超自然的力量参与其中。像其它形式的涌现一样，如果你不了解内在过程，它可能看起来很神奇。如果你从未听说过DNA和基因，那么生命看起来实际上是神奇的。现在有种观念，生命不能仅仅用物理过程来解释（Vitalism，「生命主义」）。物理规律不能描述生物形式，这是正确的，正如粒子物理学的规律与宏观现象无关，与宏观尺度上的集体组织的效果相比，微观规则是不相关的。
这就是涌现的悖论，它在强涌现的情况下变得最为明显。宏观的结构和模式依赖于微观的粒子，但它们又独立于微观粒子。这种最弱形式的因果关系被限制称为「随附性」（supervenience）。
宏观层面独立于微观层面的，是因为有一个中观或中间层面来保护和隔离这两者。因此在强涌现中，宏观层面与微观层面无关，反之亦然。这就像安德森（Anderson）说的那样。<blockquote>把一切都归结为简单的基本规律的能力，并不意味着有能力从这些规律开始并重建宇宙。事实上，基本粒子物理学家告诉我们的基本定律的性质越多，它们与科学其他领域的非常现实的问题似乎就越不相关，更不用说与社会的问题了[9]。</blockquote>如果微观层面被其他东西取代，只要中观或中间层面保持不变，宏观层面仍然是不变的。Laughlin 在他的书中[1]第12章将此称为「相关性屏障」（Barrier of Relevance）。
这个意义上的强涌现是对相关性屏障的跨越（crossing of the barrier of relevance）。它通常与巨大的复杂性跃迁和重大演化转变有关，其特点是出现新的复制子（基因、模因……）和全新的演化形式（生物、文化……）。巨大的数量级10^120——根据保罗·戴维斯（Paul Davies）[39]的说法，兰道尔-惠勒-劳埃德极限（Landauer-Wheeler-Lloyd limit）为 「底层」物理学定律可能对「高层」物理状态，行使的任何超决定性的控制设定了约束限制，而这仅仅是一个组合爆炸的问题。巨大的可能组合数量使得任何确定性的算法、规则或定律都不可能突破。
10^120是一个天文数字，大致相当于宇宙中所有物质已经处理过的信息量。如果把宇宙变成一台计算机，它可以在宇宙年龄内处理大约10^120比特信息，这正好大约是140亿年[40]。
即使一个确定性的规则或规律非常简短并被压缩，如果计算需要几十亿年，也是没有意义的。这并不意味着决定论是完全不可能的，它只是制约了局部的、低层次的规律的决定性，而不是全局的、高层次的行为，具有系统的强涌现性。
肯定达到兰道尔-惠勒-劳埃德极限的例子是进化系统的两种基本形式（遗传和记忆进化）的转变：
(1）生命的出现，生物进化，基因，遗传复制子，遗传密码 真正的蛋白质通常包含n=60到n=100个氨基酸。现有的20个氨基酸可以排列成20n个不同的序列，这接近兰道尔-海勒-劳埃德的极限10120。由于蛋白质中的氨基酸是由核苷酸碱基对的三个字母词或密码子（CCG、UGA、CAA、AUG……）指定的，所以同样的论点也适用于基因中的碱基对。
有人说，这是一个支持 「智能设计」、反对进化论的论点。然而，进化能够在很长一段时间内探索这些大量的可能性和组合。
由于通过变异和重组的不断变化，它检查并放弃了大量的不成功的尝试。这里的重点是，不可能将生物体的行为（基于基因和蛋白质）以某种方式纳入原子物理学的规律。
(2) 文化的出现，文化进化，模因，模因复制子，语言 正常的字母语言有26个字符，也规定了一个不可想象的，巨大数量的不同组合。像英语这样的语言有26个字符，一个词大约有7个字符，一个句子大约有7个词，因此一个句子大约有2649种不同的序列。不过，并非所有的组合都是有效的，而且只有大约10万个英语单词。如果我们考虑超过25个单词的较长的有意义的文本，我们再次接近兰道尔-海勒-劳埃德的极限10^120。同样，这种巨大的组合数量阻碍了低层次生物规律对社会和文化现象的直接控制。我们的语言和书写系统都没有在我们的基因中编码（我们知道基因控制情绪，而情绪控制高层次的行为，但这更多是一种间接控制机制）。
这两种形式是最重要的几种「涌现」。第一种，生命和遗传密码的起源，触发了遗传和生物进化。第二种，文化和语言的起源，引发了记忆学和文化进化。生命和文化的两个基本单位分别是细胞和社会。前者基于遗传密码和DNA，后者基于普通语言和书写系统。强涌现可以被看作是从一个进化系统（或复杂的适应性系统）到另一个系统的过渡，因此是一种突破或关卡事件（breakthrough or gateway event），正如 Murray Gell·Mann 所说的那样[41]。
第IV型是指到目前为止，新的进化系统的出现，其结构是由一种新的语言以遗传/记忆代码或其他字母的形式规定的。但原则上，它可以是任何具有一套构件和多层次出现的系统。一个例子是《生命游戏》中的图灵机模拟。尽管在CA6中建立一个图灵机可能被认为是无用的，但它可以作为强涌现的玩具模型，因为这里的涌现现象实现的功能在逻辑上是可以与产生它的基本现象分离的。图灵机的功能可以在由生命游戏规则定义的平台上实现，但也可以在任何其他平台上实现，可计算性理论不是生命游戏理论的一个子集——如果有这样一个东西的话。
在哲学中，这被称为「随附」（supervenience），比 「超越」（transcendence）早一步。涌现的最高/最强形式与随附有关，是因果关系的最低/最弱形式。换句话说，最大形式的涌现与最小形式的因果联系有关。随附的意思原本是 「不属于一个事物的真实或基本性质的一部分」。一个 「高层系统X对低层系统Y具有随附性」，如果以下情况对所有对象a和b都成立：（1）不可能a和b的X属性相同，而Y属性有差异（2）如果a和b有相同的Y属性，那么它们也有相同的X属性。这经常被用来解释脑-心或身体-灵魂的二元性，其中X是心理属性，Y是物理属性。
因此，强涌现描述的系统是对低级系统的随附，但在逻辑上可以与产生它的基本现象分开。通过强涌现产生的「多尺度」系统依赖于下层系统，因为它们是在其语言的最低层次上实现的，但同时它们又独立于下层系统，因为它们服从于自己的中观或宏观语言，对微观细节不敏感。低级系统的微观细节与宏观现象完全不相关，高级系统也可以在其他系统中实现。
（图22：四种类型涌现反馈机制）
== 结论 ==
本文针对不同类型的涌现进行了全面的分类，将其划分为四个基本类别。I型描述了没有自上而下反馈和自组织的简单涌现，尤其是复杂机器中的有意涌现。II型包括经典的具有自上而下反馈和自组织的弱涌现。在这一类型中，还进一步区分了稳定和不稳定的形式。III型涵盖了在更复杂的适应性系统中，由于进化通过多重反馈和适应而产生的所有形式的涌现。最后IV型刻画了进化中所有形式的强涌现的特征。由此强涌现这一术语可从任何神奇或不科学的含义中解放出来。（见表2）
如果选择可预测性而非反馈作为主要的分类特征，那么以上类别可保持不变——无论考虑可预测性程度、反馈类型、因果关系形式，抑或受不同种类约束的生成过程或作用，都无关紧要。这种分类若用可预测性来具体说明则是：I型的有意涌现是可预测的，与固定的角色相对应；II型的弱涌现在原则上是可预测的（尽管并非每个细节），与灵活的角色相对应；III型的多重涌现往往是混沌或完全不可预测的，与新角色的出现和旧角色的消失有关；而IV型的强涌现则在原则上是不可预测的，因为它开启了一个具有全新角色的全新世界。涌现是一个创造性的、偶然的、且往往不可预测的过程：涌现越强，涌现的属性、模式和结构就越不可预测。（见表1）
有可能还存在具有其它「多重反馈」形式的第III型涌现，但迄今为止还没有人提及。具有多种形式反馈的系统往往非常复杂，难以理解。具有延时反馈的系统可以显示出诸如混沌的行为。如果你想发现新形式的涌现，这是一个值得关注的点。本文提出的涌现分类法并不是一个全面的理论，而是在正确的方向上迈出的第一步，以便人们更深入、更好地理解复杂系统中的各种现象。就像复杂性难以定义一样，有些东西如果难以描述就是一种复杂性，因此涌现也很难用模型或理论来完全捕捉，因为在涌现过程中，新的实体会出现，它们就受自己的规律支配。
地址：<nowiki>https://arxiv.org/abs/nlin/0506028</nowiki>
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