Emergenz ( „Auftauchen“, „Herauskommen“, „Emporsteigen“) bezeichnet die Möglichkeit der Herausbildung von neuen Eigenschaften (Systemeigenschaften) oder Strukturen eines Systems infolge des Zusammenspiels seiner Elemente.
Dabei lassen sich die emergenten Eigenschaften des Systems nicht – oder jedenfalls nicht offensichtlich – auf Eigenschaften der Elemente zurückführen, die diese isoliert aufweisen. So wird in der Philosophie des Geistes von einigen Philosophen die Meinung vertreten, dass das Bewusstsein eine emergente Eigenschaft des Gehirns sei. Emergente Phänomene werden jedoch auch in der Physik, Chemie, Biologie, Mathematik, Psychologie oder Soziologie beschrieben. Synonyme sind Übersummativität und Fulguration. Analog zur Emergenz spricht man bei der Eliminierung von Eigenschaften von Submergenz. In der analytischen Philosophie wird das Verhältnis zwischen Systemeigenschaften und basalen Eigenschaften häufig auch mit dem Begriff der Supervenienz beschrieben. Supervenienz liegt dann vor, wenn höhere Eigenschaften strikt von bestimmten niedrigeren Eigenschaften abhängen.
Überlegungen zur Emergenz stammen vor allem aus den Diskussionen zur Systemtheorie und werden sowohl in den Naturwissenschaften als auch in der Philosophie und den Sozialwissenschaften verfolgt. Wie die Systemtheorie vertritt der Emergenzbegriff einen umfassenden Erklärungsanspruch, der emergente Selbstorganisation als durchgängiges Prinzip der materiellen Welt und der Welt des Geistes versteht. Das Phänomen der emergenten Selbstorganisation wird als Autopoiesis bezeichnet.
Aristoteles’ These „Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile“»Das was aus Bestandteilen so zusammengesetzt ist, dass es ein einheitliches Ganzes bildet, nicht nach Art eines Haufens, sondern wie eine Silbe, das ist offenbar mehr als bloß die Summe seiner Bestandteile. Eine Silbe ist nicht die Summe ihrer Laute; ba ist nicht dasselbe wie b plus a, […] Die Silbe ist also etwas für sich; sie ist nicht bloß ihre Laute, […] sondern noch etwas Weiteres.« Aristoteles: Metaphysik. Ins Deutsche übertragen von Adolf Lasson. Jena 1907, S. 129 kann man als eine Umschreibung des Begriffs Emergenz auffassen.
Etymologie, Geschichte Das Wort Emergenz ist abgeleitet vom lateinischen Verb emergere; dieses bedeutet transitiv „auftauchen lassen“, intransitiv „auftauchen, entstehen“.emergo. In: Wörterbuch Lateinisch. Langenscheidt, Berlin 1985. Zum ersten Mal verwendet hat es George Henry Lewes im Zusammenhang mit der Erklärung von Bewusstsein.G. H. Lewes: Problems of Life and Mind. (First Series), Band 2, Trübner, London 1875; vgl. auch Martin Mahner, Mario Bunge: Philosophische Grundlagen der Biologie. Springer, Heidelberg 2000, S. 33; hier wird allerdings 1879 als erste Erwähnung des Begriffes angegeben. Als eine philosophische Kategorie herausgebildet haben den Begriff sodann die englischen Philosophen Samuel Alexander und Conwy Lloyd Morgan in ihrer Theorie einer Emergent Evolution.Emergenz. In: Georgi Schischkoff (Hrsg.): Philosophisches Wörterbuch. Kröner, Stuttgart 1991.
Schwache und starke Emergenz Emergenz ist grundsätzlich in einer schwachen und einer starken Form denkbar. Die schwache Form der Emergenz entspricht einer nur vorläufigen Nichterklärbarkeit (bzw. keine Vorhersehbarkeit, aber eine nachträglichen Erklärbarkeit) emergenter Systeme auf der Grundlage der Beschreibung ihrer Elemente. Dagegen nehmen einige Philosophen und Naturwissenschaftler wie die Nobelpreisträger für Physik Philip Warren Anderson und Robert B. Laughlin,Robert B. Laughlin stellt Emergenz als unverzichtbares Grundprinzip von Naturerscheinungen an den Beginn seiner Nobel Lecture. (pdf; 2,0 MB). Eine leicht verständliche Darstellung der Notwendigkeit des Emergenzprinzips zur Ermöglichung einer Vielfalt von im Grunde kollektiven physikalischen Erscheinungen findet sich in seinem Buch Abschied von der Weltformel. Die Neuerfindung der Physik. Piper Verlag, München 2007, ISBN 978-3-492-04718-0 – mit mehr als 30 Referenzen zum Stichwort Emergenz. der Biologe Stuart KauffmanStuart Kauffman: Beyond Reductionism. www.edge.org, 2006. oder der Physiker Peter Kopietz bei der starken Form von Emergenz ihre prinzipielle Nichterklärbarkeit an. Eine ähnliche Position der grundsätzlichen Unvollständigkeit der Erklärung komplexer Systeme wird seit den 1960er Jahren in der Diskussion über den Laplaceschen Dämon vertreten. Damit im Zusammenhang steht auch die von Donald Davidson in der Philosophie des Geistes entwickelte Vorstellung der „abwärtsgerichteten“ Kausalität von geistigen auf physikalische Prozesse.
Gegner der These von der starken Emergenz argumentieren, dass viele ehedem als emergent erklärte Eigenschaften des menschlichen Bewusstseins sich durch die Kenntnis der Eigenschaften der Bestandteile des Gehirns (z. B. der Nervenzellen und der Synapsen) erklären ließen. Allerdings ist selbst bei vergleichsweise einfachen physikalischen Phänomenen wie Wetterereignissen die vollständige Erklärung von Makrophänomenen auf der Ebene von Elementarteilchen praktisch so fernliegend, dass der Unterschied zwischen schwacher und starker Emergenz aktuell wenig Relevanz hat.
Emergenz als disziplinübergreifendes Konzept Das Phänomen der Emergenz wird oft als Argument gegen einen reduktionistischen naturwissenschaftlichen Atomismus angeführt. Emergenztheoretiker bestreiten damit, dass eine vollständige Beschreibung der Welt allein aufgrund der Kenntnis der Elementarteilchen und allgemeiner physikalischer Gesetze prinzipiell möglich sei (vgl. Laplacescher Dämon). Die Anerkennung emergenter Phänomene muss allerdings nicht zu einem Verzicht auf wissenschaftliche Erklärungen führen. Vielmehr zeigen die Entwicklungen in der Systemtheorie und der Chaosforschung, dass emergenzverwandte Phänomene wie Selbstorganisation und ihre Entstehungsbedingungen durchaus systematischen und objektiv nachvollziehbaren Erklärungen zugänglich sind. Allerdings tritt an die Stelle der Einheit der Wissenschaft aufgrund einer hierarchischen Ableitung aus universalen Gesetzen ein transdisziplinärer Dialog, dessen Ziel es ist, analoge Strukturen komplexer Systeme auf unterschiedlichen Emergenzebenen zu vergleichen.
Die Emergenz entsteht in den meisten Fällen auf Basis der spontanen Selbstorganisation. Das Konzept der emergenten Selbstorganisation kann man folgendermaßen beschreiben: Mehrere, viele oder sehr viele Elemente verbinden sich auf der Basis ihrer Wechselwirkungen, die meist nur zwischen den nächsten Nachbarn wirken, spontan zu Systemen mit bestimmten neuen Strukturen, Eigenschaften und Fähigkeiten. Der Grund dafür sind Rückkopplungen in den emergenten Prozessen und als deren Folge nichtlineare Abläufe und die Komplexität der Systeme.
Es gibt viele unterschiedliche Arten der emergenten Selbstorganisation in der unbelebten und der belebten Welt.Günter Dedié: Die Kraft der Naturgesetze. Emergenz und kollektive Fähigkeiten von den Elementarteilchen bis zur menschlichen Gesellschaft. tredition, 2014, ISBN 978-3-8495-7685-1. Bezogen auf den Energiehaushalt können emergente Prozesse sowohl im thermischen Gleichgewicht verlaufen, d. h. ohne Energieaustausch mit der Umgebung, als auch unter Abgabe (exotherm) oder Aufnahme von Energie (endotherm). Beispiele für die Selbstorganisation im thermischen Gleichgewicht sind die Entstehung der ferromagnetischen Ordnung und die Supraleitung. Beispiele für die Entstehung von mehr Ordnung ohne die Zufuhr von Energie sind die Bildung der leichteren Atomkerne (bis zum Nickel), die Entstehung der Atome aus Kernen und Elektronen, die Entwicklung der Sterne, die Wechsel der Aggregatzustände (kondensieren, erstarren) und exotherme chemische Reaktionen. Beispiele für die Entstehung von mehr Komplexität und Ordnung, die Energie von außen benötigt, sind die Bildung der schweren Atomkerne jenseits vom Nickel, Konvektionsmuster in erhitzten Flüssigkeiten, der Laser, endotherme chemische Reaktionen, und vor allem die Entstehung und Entwicklung des Lebens, die biologische Evolution, die geistigen Prozesse im Gehirn und die Entwicklung der menschlichen Gesellschaft. Diese Prozesse sind nur weit entfernt vom thermischen Gleichgewicht und unter Zufuhr von Energie und/oder Materie möglich.
Die spontane Selbstorganisation ist in erster Linie ein zeitlicher Vorgang, ein Prozess, führt aber meist auch zu einer dauerhaften Struktur des dadurch entstandenen Systems. Es gibt Prozesse der Selbstorganisation, die so schnell verlaufen, dass für den Beobachter nur das Ergebnis, die geänderte Struktur, sichtbar wird. Dazu gehören beispielsweise viele exotherme chemische Reaktionen. Bei anderen Vorgängen kann für einen Beobachter der zeitliche Verlauf im Vordergrund stehen, beispielsweise bei der Entwicklung des Lebens. Selbstorganisierte Systeme sind in der Regel selbst wieder Elemente der Selbstorganisation und können weitere übergeordnete Systeme bilden. Dadurch ergibt sich schließlich eine Hierarchie von selbstorganisierten Systemen, aus der unsere Welt aufgebaut ist. Auf diese Weise verursachen die emergenten Prozesse selbstorganisiert die zunehmende Komplexität in der Entwicklung der Welt, sowohl in der unbelebten Natur als auch in der belebten Natur und in der Gesellschaft. Die emergente Selbstorganisation verbindet als durchgängiges Prinzip die materielle Welt mit der Welt des Geistes.
Allgemeine Eigenschaften von Emergenzen Irreduzibilität Manche emergente Eigenschaften können dann bei einer reduktionistischen Betrachtungsweise nicht entdeckt werden, wenn sie erst im Zusammenwirken mit anderen Subsystemen auftreten. (Im Beispiel des Wolfes kann Sozialverhalten erst dann untersucht werden, wenn die Gemeinschaft der Mitglieder eines Wolfsrudels beobachtet wird.) Es ist in manchen Fällen möglich, bestimmte Elemente oder Wirkzusammenhänge zu ändern oder gar zu eliminieren, ohne dass sich bestimmte emergente Eigenschaften des Systems verändern, während andere sich sehr wohl ändern können. Beispiel: Die Fahrtüchtigkeit eines Autofahrers hängt nicht von der Farbe der Sitzbezüge ab, wohl aber von der Innenraumtemperatur bei Sonneneinstrahlung.
Ob also bestimmte Elemente oder Wirkzusammenhänge reduzibel sind, hängt davon ab, wie essentiell oder bedeutend sie für die Ausbildung der emergenten Eigenschaft sind.
Systeme, die aus repetitiven Einheiten zusammengesetzt sind, sind numerisch reduzierbar: Man kann die Anzahl der Elemente bis zu einer Grenzzahl von Einheiten verringern, ohne dass emergente Eigenschaften verloren gehen. Dies ist vor allem bei chemischen Stoffen und ihren spezifischen Eigenschaften der Fall. Beispiel: Wasser ist bei Zimmertemperatur flüssig, ein einzelnes Wassermolekül ist es nicht. Diese Eigenschaft ist daher emergent, weil sie sich erst aus dem Zusammenspiel vieler Wassermoleküle ergibt. Nach dem gleichen Denkmuster ist ein Baum kein Wald. Viele Eigenschaften eines Waldes lassen sich in den Eigenschaften eines einzelnen Baumes nicht wiederfinden.
Es existiert für jedes System eine Mindestanzahl von interagierenden Bausteinen, die für die Entwicklung einer emergenten Eigenschaft notwendig ist.
Unvorhersagbarkeit Wird ein neues Subsystem in ein bestehendes System integriert, also mit den anderen Systemelementen durch Wirkbeziehungen verknüpft, kann das System neue emergente Eigenschaften aufweisen, die nicht vorhersehbar waren. So definiert der Evolutionsbiologe Ernst Mayr: „Emergenz ist in Systemen das Auftreten von Merkmalen auf höheren Organisationsebenen, die nicht aufgrund bekannter Komponenten niedrigerer Ebenen hätten vorhergesagt werden können.“Ernst Mayr: Das ist Biologie – Die Wissenschaft des Lebens. Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg/Berlin 2000, ISBN 3-8274-1015-0, S. 403.
Gründe hierfür: Das System ist bereits so komplex, dass es ohne Reduktion nicht untersuchbar oder simulierbar ist. Es entstehen zwischen den Systemelementen neue Verbindungen, Wirkbeziehungen und Prozesse, die nicht implementiert (vorgeplant) waren.