complexity
Kompleksisuus on tila, jossa useat osat ovat keskenään dynaamisessa vuorovaikutuksessa siten, että kokonaisuus synnyttää emergenttejä ominaisuuksia, joita ei voi palauttaa osiinsa eikä ennustaa pelkistä osista käsin.
Määritelmä
Kompleksisuus (engl. complexity) tarkoittaa järjestelmän tilaa, jossa monet toisistaan riippuvaiset osat ovat jatkuvassa, ei-triviaalissa vuorovaikutuksessa. Kompleksinen systeemi ei ole pelkkä monimutkainen (complicated) — monimutkainen kone, kuten kello, voidaan purkaa osiin ja koota uudelleen ennustettavasti. Kompleksinen systeemi, kuten ekosysteemi tai talous, synnyttää jatkuvasti uusia käyttäytymismuotoja.
Kompleksisuudelle on tyypillistä:
- Useat vuorovaikuttavat osat — satoja, tuhansia tai miljoonia toisiinsa kytkeytyneitä komponentteja.
- Epälineaariset vuorovaikutukset — pieni syöte voi synnyttää suuren vaikutuksen (ja päinvastoin).
- Takaisinkytkennät — systeemin tuotos vaikuttaa sen omaan syötteeseensä.
- Emergentit ominaisuudet — kokonaisuus on enemmän kuin osiensa summa.
- Sopeutuvuus — systeemi oppii, kehittyy ja muuttaa rakennettaan ympäristön mukana.
- Itseorganisoituminen — järjestys syntyy ilman keskitettyä ohjausta.
"Complexity is the study of the behavior of macroscopic collections of such units that are endowed with the potential to evolve in time." — Stuart Kauffman
Kompleksisuutta on tärkeä erottaa satunnaisuudesta. Täysin satunnainen kohina (valkoinen kohina) on rakenteetonta ja korkean entropian omaavaa — se ei ole kompleksista. Kompleksinen systeemi sijaitseekin kahden ääripään välissä: järjestyksen (kristalli, kone) ja kaaoksen (täysi satunnaisuus) välimaastossa, niin sanotulla kaaoksen reunalla (edge of chaos).
Alkuperä
Kompleksisuustieteen juuret ovat 1900-luvun puolivälin tieteessä. Warren McCulloch ja Walter Pitts kehittivät 1943 neuroneja jäljitteleviä verkkoja, Norbert Wiener muotoili kybernetiikan 1948, ja John von Neumann työskenteli itseään kopioivien automaattien parissa. Nämä loivat pohjan ajatukselle, että laskenta, biologia ja järjestelmien dynamiikka voidaan yhdistää.
Modernin kompleksisuustieteen syntypaikka on Santa Fe -instituutti, joka perustettiin New Mexicossa vuonna 1984. Sen perustajia olivat muun muassa fyysikot Murray Gell-Mann ja Philip Anderson, taloustieteilijä Kenneth Arrow sekä biologi Stuart Kauffman. Instituutti yhdisti ensimmäisenä fysiikan, biologian, tietojenkäsittelytieteen ja taloustieteen tutkijoita etsimään yhteisiä lakeja monimutkaisille sopeutuville systeemeille.
Santa Fe -instituutin piirissä muotoutuivat keskeiset käsitteet: sopeutuvat kompleksiset järjestelmät (CAS), itseorganisoituvuus, kaaoksen reuna ja verkostojen dynamiikka. Myöhemmin 1990- ja 2000-luvuilla kompleksisuus laajeni ekologiaan (Dunne, Martinez), neurotieteeseen (Sporns, Bassett), taloustieteeseen (Arthur, Beinhocker) ja yhteiskuntatieteisiin (Axelrod, Epstein).
Nykyisin kompleksisuus on monitieteinen tutkimuskenttä, joka yhdistää luonnontieteitä, yhteiskuntatieteitä ja laskennallisia menetelmiä. Sen ydinkysymys on edelleen sama kuin Kauffmanilla 1990-luvulla: mikä tekee järjestelmästä kykenevän kehittymään, oppimaan ja synnyttämään uutta?
Yhteydet muihin käsitteisiin
- complex-adaptive-system — kompleksisuuden tärkein ilmenemismuoto: sopeutuvat järjestelmät.
- emergence — emergenssi on kompleksisuuden keskeisin seuraus.
- emergent-properties — kompleksisten systeemien ilmenevät ominaisuudet.
- self-organization — itseorganisoituminen synnyttää kompleksisuutta ilman ulkoista ohjausta.
- non-linearity — epälineaarisuus on kompleksisuuden edellytys.
- feedback-loop — takaisinkytkennät ylläpitävät ja synnyttävät kompleksisuutta.
- attractor — outo attraktori on kompleksisten systeemien dynamiikan tunnusmerkki.
- phase-space — korkeaulotteinen faasiavaruus on kompleksisen systeemin kartta.
- bifurcation — bifurkaatiot synnyttävät kompleksisuutta.
- network — verkostot ovat kompleksisten systeemien perusrakenne.
- phase-transition — faasisiirtymät ovat kompleksisuuden synnyn hetkiä.
- reductionism — vastaparina: reduktionismi ei riitä kompleksisuuden ymmärtämiseen.
- holism — holismi on kompleksisuustieteen filosofinen perusta.
- resilience — resilienssi on kompleksisten systeemien keskeinen ominaisuus.
Missä oppitunneissa käsitellään
Kompleksisuus on Tier 1 -käsite ja oppimispolun neljä peruspilaria yksi yhdessä emergenssin, takaisinkytkennän ja holismin kanssa. Käsite esitellään johdantokurssilla ja syvenee moduuleissa, joissa käsitellään ekosysteemejä, taloutta, ilmastoa, hermoverkkoja ja sopeutuvia yhteiskuntia.
Aiheeseen liittyy
- complexity — tämä käsite
- complex-adaptive-system — sopeutuvat järjestelmät
- emergence — emergenssi
- emergent-properties — emergentit ominaisuudet
- self-organization — itseorganisoituminen
- non-linearity — epälineaarisuus
- feedback-loop — takaisinkytkentäsilmukka
- attractor — attraktori
- phase-space — faasiavaruus
- bifurcation — bifurkaatio
- network — verkosto
- phase-transition — faasisiirtymä
- reductionism — reduktionismi
- holism — holismi
- resilience — resilienssi