Keretezzünk elméletekkel II: Az Emergencia fogalma
Nézzük meg kicsit alaposabban mi történik a szerveződési szintek lépcsőfokain. Van egy rendszerünk mely elemekből áll. Például egy léggömb tele gázmolekulákkal (amik szintén struktúrák, de ezt itt most elhanyagolhatjuk, hiszen az atomi szerveződési szintet itt nem kell vizsgáljuk, itt). Tudjuk, hogy a molekuláknak van tömege, alakja, és hogy ütközések útján kölcsönhatnak egymással. Azt is tudjuk, hogy a magasabb szintű struktúrának - a gáznak - a lufiban van nyomása, fajhője, megtöri, szórja a fényt, meghatározott sebességgel terjed benne a hang és netán még gyúlékony is lehet. Ezek teljesen más tulajdonságok, mint ami a molekuláit jellemzi. Amikor összerakjuk a molekulákat kölcsönhatásba lépnek egymással (hihetetlen nagy számúba) és felbukkan valami új, számos újabb tulajdonsággal.
Ez a jelenség az emergencia (felbukkanás).
Aki hallott már Conway Életjáték nevű igen egyszerű szabályokon alapuló sejtautomatájáról az már ismer is egy emergens rendszert. Ha nagy nagyítással nézzük a fejlődő sejteket akkor villogó kis alakzatokat látunk, amik az igen egyszerű szabályok alapján egymásba alakulnak vagy eltűnnek.
De ha szigorú rendben helyezünk el egy hatalmas területen pontokat akkor abból egy nagy, bonyolult viselkedést mutató struktúra is kialakulhat. Ügyes matematikusok még számítógépet is építettek az életjáték sejtjeivel, ami tetszőlegesen bonyolult feladatokat is meg tud oldani (igaz rettentően hosszú idő alatt). Egy ilyen gép központi „processzora” látható alant. Alkatrészei, apró, folyamatosan változó elemekből állnak.
A fenti "számítógép" rengeteg elemből áll, nagyon bele kell nagyítni ha az egyedi "sejteket" látni akarjuk. Hasonló a lépték különbség egy sejt aminosavakból álló fehérjéi és egy működő sejt között is. És hasonlóan sok funkciót ellátó tulajdonságok fakadnak a fehérjék kölcsönhatásából.
De hogyan fakadnak az egyik szint tulajdonságaiból a magasabb szint tulajdonságai?
A kutatók/filozófusok megkülönböztetnek gyenge és erős emergenciát. Az erős emergencia azt jelenti, hogy a felbukkanó tulajdonságok váratlanok, nem egyértelműen fakadnak az összetevők tulajdonságaiból, nem tudjuk megmagyarázni őket. A gyenge emergenica azt jelenti, hogy ugyan a tulajdonságok mások, de megérthetően levezethetők az alkotórészek tulajdonságaiból és kölcsönhatásából. A tudomány története során persze gyakran válik az erős emergencia gyengévé. A levegővel tellt lufi példával is ez történt. A hangsebesség és fajhő megmagyarázhatatlan értékeit a Maxwell, Boltzman és Gibbs által megalapozott statisztikus mechanika tökéletesen megmagyarázta. Az ütköző molekulák között statisztikusan terjedő nyomáshullám sebessége a hangsebesség, a molekulák növekvő sebessége, forgása és rezgése által elnyelt energiamennyiség a fajhő, stb.
Hogy a következő szinten miért jelennek meg a tulajdonságok arra talán a legjobb magyarázat az, hogy az elemeknek vannak olyan tulajdonságaik amik az alacsonyabb szinten nemigen nyilvánulnak meg. Ha azonban sok elemet összeteszünk akkor ezek a látszólag elhanyagolható tulajdonságok elkezdik alakítani a rendszer viselkedését. A gázzal tellt lufiban az elemek az atomok (ha héliumos lufiról van szó) vagy molekulák (ha levegővel fújtuk fel). Az atomi szinten a protonokat és a neutronokat, valamint az atommagokat az erős és a gyenge kölcsönhatás tartja össze, az atomban a magot és az elektronfelhőt, pedig az elektromos vonzás (ami az elektromágneses kölcsönhatás egyik megnyilvánulása). Amikor sok molekulát a lufiba zárunk, az atommagban ható kölcsönhatások nem nagyon fognak annál jobban látszani nekünk, mint hogy vannak atomok. Az összevissza pattogó molekulák egyetlen kölcsönhatás útján az elektromos erőtér útján hatnak kölcsön. Amikor két molekula összeütközik, elektronjaik taszítják egymást, eltorzulnak a pozitív atommag körül, majd amikor visszarendeződnek a két molekula elpattan egymástól. Az elektronmágneses tér rugóként nyilvánul meg. És ebből az új -emergens, felbukkanó- tulajdonságból, a rugalmasságból származik a hangsebesség, az összenyomhatóság. A molekulák mellett elcikázó fotonok szintén kölcsönhatásba lépnek azok elektronfelhőjével és lelassulnak, eltérülnek, ebből fakad a gázok törésmutatója és fényszórása. Amikor atomokat molekulákká rendezünk újabb emergencia is feltűnik, az atomok molekulákon belüli térbeli helyzete. Az atomokat kettesével rendezve (O2, N2) kicsi pálcikákat kapunk, hármasával rendezve (H2O) kicsi háromszög alakot. Amíg egy magányos atom nem tud forogni, rezegni, addig egy molekula már tud pörögni és az atomok egymáshoz képest rezegni a kötések mentén (szintén az elektromos erőnek köszönhetően). Ezek mind hozzájárulnak ahhoz, hogy a molekulák mennyi energiát tudnak elraktározni, megjelenik a fajhő (emergens) tulajdonsága.
Vannak persze olyan emergenciák, amik továbbra is erősek és ez már a filozófusok kenyere, hogy biztos azok is maradnak-e majd, vagy idővel minden emergenciát sikerül megértenünk.
Lehet nem tűnt úgy, de amit eddig végig gondoltunk az igencsak fontos sétánk szempontjából. A mai tudomány egyik legerősebb emergenciája (egyesek szerint az egyetlen) az agy működése során a tudatosságot kísérő belső élmény (kválé), mely kialakulásának megmagyarázására egyelőre lövésünk sincs. Részletesebben lásd majd a hamarosan megjelenő: „Miről nem beszélünk" bejegyzést.
A séta végére majd látni fogjuk, a tudatosság körül van egy gyenge emergencia is. Remélem, hogy akik követnek megértik a tudatosság sok vonását hogyan alapozzák meg az agy szerkezetének és működésének egymásra épülő szintjei a maguk emergens tulajdonságaival..
Zárásként egy gyors útiterv az agyműködés megértése során érintett szintekről és emergenciákról:
-Az idegsejtek felszínén található ioncsatornákon és receptorokon folyó áramok alapozzák meg az idegsejtek jelintegrációjának szabályait és vezetnek ahhoz, hogy az idegsejtek kölcsönhatásba tudnak lépni egymással
-A kölcsönható idegsejtek hálózatában megjelennek a sejtaktivitás mintázatok, amik a külvilágot reprezentálják és kölcsönhatnak, illetve a szinaptikus súlyok módosulása kapcsán memórianyomok alakulnak ki, amik befolyásolják az idegsejtek aktivitásának fejlődését, az információ feldolgozását
-Az egyes agykérgi hálózatok összekapcsolódnak egy magasabb rendű hálózattá, melyek alacsonyabb szinten az ingerek alapvető tulajdonságait értékelik, magasabb szinten összetettebb mintázatokat, fogalmakat alakítanak ki
-Az eltérő szintű információfeldolgozást végző agyterületek térben és időben pontosan összehangolt kölcsönhatása alapozza meg a tudatosságot. A feldolgozás korai fázisait végző agyterületeken az információ feldolgozása mindig megtörténik, a tudatosságba akkor kerül be az információ amikor a magasabb rendű agyterületek is aktiválódnak és egy az adott feladatra jellemző kölcsönhatás alakul ki.