자기 조직화

Self-organization
200 °C에서 열수 처리 시 미크론 크기의 NbO37(OH) 큐브 단위로 자가 구성.처음에 비정질 큐브는 아래 [1]모델에 요약된 바와 같이 순차적으로 결정 나노와이어의 3D 메시로 변환됩니다.

사회과학에서 자발적 질서라고도 불리는 자기조직화전체 질서의 어떤 형태가 초기에 무질서한 시스템의 부분들 사이의 국지적 상호작용에서 발생하는 과정이다.이 과정은 충분한 에너지를 사용할 수 있을 때 자연스럽게 수행될 수 있으며 외부 에이전트에 의한 제어가 필요하지 않습니다.그것은 종종 겉으로 보기에 무작위적인 변동에 의해 유발되며, 긍정적인 피드백에 의해 증폭된다.결과적으로 발생하는 조직은 완전히 분산되어 시스템의 모든 구성요소에 분산됩니다.따라서 조직은 일반적으로 견고하며 상당한 동요를 생존하거나 자가 복구할 수 있습니다.카오스 이론은 혼돈한 예측불가능성의 바다에서 예측가능성의 섬이라는 관점에서 자기조직화를 논한다.

자기 조직화는 많은 물리적, 화학적, 생물학적, 로봇적, 인지적 시스템에서 발생합니다.자기조직화의 예로는 결정화, 유체의 열대류, 화학진동, 동물떼, 신경회로, 암시장이 있다.

개요

자기조직화는 종종 자기집합으로 특징지어지는 비균형 과정물리학과 화학반응에서 실현된다[2].이 개념은 분자 수준에서 생태계 [3]수준까지 생물학에서 유용한 것으로 입증되었습니다.인용된 자기 조직적 행동의 예는 자연과학사회과학(경제학 또는 인류학)의 많은 다른 분야의 문헌에도 나타난다. 오토마타와 [4]같은 수학 체계에서도 자기 조직화가 관찰되었다.자기조직화는 [5]출현의 관련 개념의 한 예이다.

자기 조직화는 다음 4가지 기본 요소에 [6]의존합니다.

  1. 종종 (꼭 그렇지는 않지만) 긍정적이고 부정적인 피드백을 수반하는 강한 동적 비선형성
  2. 착취와 탐구의 균형
  3. 다중 상호작용
  4. 에너지의 이용 가능성(엔트로피 또는 자유 에너지의 손실을 극복하기 위해)

원칙

사이버 영양학자인 윌리엄 로스 애쉬비는 1947년에 [7][8]자기 조직화의 원리를 공식화했다.그것은 결정론적 동적 시스템이 주변 상태의 유역에서 유인체로 설명될 수 있는 평형 상태를 향해 자동으로 진화한다고 명시한다.일단 그곳에 도착하면, 시스템의 추가적인 진화는 유인기에 머무르도록 제한된다.이러한 제약은 구성 요소 또는 하위 시스템 간의 상호 의존성 또는 조정을 의미합니다.Ashby에 따르면 각 서브시스템은 [7]다른 서브시스템에 의해 형성된 환경에 적응하고 있습니다.

사이버 영양학자 하인츠포에스터는 1960년에 [9]"소음으로부터의 질서"의 원리를 공식화했다.이는 시스템이 상태 공간의 다양한 상태를 탐색할 수 있도록 하는 무작위 섭동("노이즈")에 의해 자기 조직화가 촉진된다는 점에 주목한다.이로 인해 시스템이 "강력" 또는 "깊이" 유인기의 분지에 도달하여 유인기 자체에 빠르게 유입될 가능성이 높아집니다.생물물리학자인 앙리 아틀랑은 1972년 '조직 생물정보'와 1979년 '정보'[10][11]에서 '소음으로부터의 복잡성'(프랑스어: le principe de complexité par bruit)[12]의 원리를 제안하여 이 개념을 개발했다.물리학자이자 화학자인 일리야 프리고긴은 "변동을 [13]통한 질서" 또는 "혼돈으로부터의 질서"[14]와 유사한 원리를 공식화했다.문제 해결 및 기계 [15]학습위한 모의 어닐링 방법에 적용됩니다.

역사

시스템의 역동성이 조직의 증가로 이어질 수 있다는 생각은 오랜 역사를 가지고 있습니다.데모크리투스루크레티우스 같은 고대 원자론자들은 충분한 시간과 공간과 물질이 주어지면 [16]질서는 저절로 나타난다고 주장하면서 자연에서 질서를 창조하기 위해 설계 지능이 불필요하다고 믿었다.

철학자 르네 데카르트1637년 방법에 관한 담론의 다섯 번째 파트에서 가정적으로 자기 조직화를 제시한다.그는 그의 미공개 작품 The [a]World에서 그 아이디어를 상세하게 설명했다.

임마누엘 칸트는 그의 1790년 판단 비판에서 "자기 조직화"라는 용어를 사용했는데, 여기서 는 텔레폴로지란 부분이나 "오르간"이 동시에 목적과 수단이 되는 그러한 실체가 존재하는 경우에만 의미 있는 개념이라고 주장했다.그러한 장기 체계는 마치 자신의 마음이 있는 것처럼 행동할 수 있어야 한다. 즉,[17] 스스로 통제할 수 있는 것처럼.

이와 같은 자연제품에서 모든 부품은 나머지 모든 부품의 대리점에 의해 존재하며, 또한 다른 부품과 전체, 즉 악기 또는 오르간으로서 존재하는 으로 간주됩니다.부품은 다른 부품을 생산하는 기관이어야 하며, 결과적으로 각각이 다른 부품을 상호 생산해야 합니다.이러한 조건과 조건에 따라서만 이러한 제품은 체계적이고 자기 조직적인 존재가 될 수 있으며, 따라서 물리적 [17]종말이라고 할 수 있습니다.

사디 카르노 (1796–1832)와 루돌프 클라우시우스 (1822–1888)는 19세기에 열역학 제2법칙을 발견했다.그것은 때때로 무질서로 이해되는 총 엔트로피는 고립된 시스템에서 시간이 지남에 따라 항상 증가한다고 말한다.즉, 시스템의 다른 부분(예: 배터리의 저엔트로피 에너지를 소비하고 고엔트로피 [18][19]열을 확산시킴으로써)의 순서를 감소시키는 외부 관계 없이는 시스템이 자발적으로 순서를 증가시킬 수 없습니다.

18세기 사상가들은 관찰된 생물들의 형태를 설명하기 위해 "보편적인 형태의 법칙"을 이해하려고 노력했습니다.이 생각은 라마르크주의와 관련되었고 20세기 초 다시 웬트워스 톰슨(1860–1948)이 라마르크주의를 [20]부활시키려 할 때까지 평판이 나빠졌다.

정신과 의사이자 엔지니어인 W. 로스 애쉬비는 1947년에 [7]"자기 조직화"라는 용어를 현대 과학에 도입했습니다.그것은 사이버 민족학자 하인츠포어스터, 고든 파스크, 스태퍼드 비어, 그리고 폰 포어스터는 1960년 6월 일리노이 대학교 앨러튼 파크에서 "자기조직의 원리"에 관한 컨퍼런스를 조직하여 일련의 자기조직 [21]체계에 관한 컨퍼런스를 이끌었습니다.Norbert Wiener는 그의 사이버네틱스 제2판 "동물과 기계에서의 통제와 의사소통"에서 그 아이디어를 얻었다.

자기 조직화는 1960년대에 일반 체제 이론이 과학적인 문학에 물리학자 헤르만 하켄(알까지 않도록 만연해 있다. 그리고 복잡한 시스템 연구원들 우주론 에리히 Jantsch,[해명 필요한]화학에서 흩어지기 계, 생물학과 soci에 대한 보다 사진에서 그것을 채택했다 associated[누구에 의해서?]다.Ology로 오토 포이에시스 시스템까지의 t.1980년대(Santa Fe Institute)와 1990년대(복잡한 적응 시스템)에는 뿌리깊은 네트워크 [22][original research?]이론으로 심오한 파괴적인 신기술이 등장할 때까지의 힌킹(hinking)이 있었습니다.

2008~2009년 무렵, 안내 자기조직의 개념이 구체화되기 시작했습니다.이 접근방식은 특정 목적을 위해 자기 조직을 규제하는 것을 목적으로 하며, 이를 통해 역동적인 시스템이 특정 유인 요소나 결과에 도달할 수 있습니다.이 규정은 명시적인 제어 메커니즘이나 글로벌 설계 청사진을 따르는 것이 아니라 시스템 구성요소 간의 로컬 상호 작용을 제한함으로써 복잡한 시스템 내에서 자기 조직화 프로세스를 제한합니다.결과적인 내부 구조 및/또는 기능의 증가와 같은 바람직한 결과는 국지적 [23][24]상호작용에 대한 과제 의존적 제약조건과 과제 의존적 글로벌 목표를 결합함으로써 달성된다.

분야별

중력장대류 전지

물리

물리학의 많은 자기조직화 현상에는 상전이고전 물리학자발적 자화, 결정 성장, 양자 물리학레이저,[25] 초전도, 보스-아인슈타인 응축과 같은 자발적 대칭 파괴가 포함됩니다.동적 시스템, 트라이볼로지, 스핀시스템, 루프 양자 중력,[26] 강 유역 및 델타, 수지상 응고(눈송이), 모세관 침전[27] 및 난류 [3][4]구조에서 자가 조직 임계에서 발견된다.

화학

왼쪽의 DNA 구조는 도식적으로 오른쪽의 [28]구조로 조립된다.

화학에서의 자기조직화에는 분자자기조립,[29] 반응-확산시스템진동반응,[30] 자기촉매네트워크, 액정,[31] 격자복합체, 콜로이드결정, 자기조립단분자층,[32][33] 미셀, 블록공중합체의 미소상분리,[34] 랑뮤르-블로드겟필름포함된다.

생물학

새들이 몰려드는 , 생물학의 자기 조직화의 한 예

biology[35]에 Self-organization 단백질과 다른 biomacromolecules의 지질 2중층 세포막, 패턴 형성과 발생 생물학에서 창조 또는 형태 형성 인간 움직임의 조정, 곤충들의 사회 행동( 벌, 개미, 흰개미)[36]와 포유류 조립식의 자발적 장미 접기, 그리고 bir에서의 행동 앞 다퉈에서 관찰할 수 있다.ds와 f이쉬[37]

수학 생물학자인 Stuart Kauffman과 다른 구조학자들은 자기조직화가 진화생물학의 세 가지 분야, 즉 개체 역학, 분자 진화, 그리고 형태 형성과 함께 자연 선택과 함께 역할을 할 수 있다고 제안했다.하지만, 이것은 세포에서 생화학 반응을 일으키는 에너지의 본질적인 역할을 고려하지 않는다.어떤 세포에서든 반응 시스템은 자기 촉매이지만 에너지의 [38][39]연속적인 입력에 의존하는 열역학적으로 개방적인 시스템이기 때문에 단순하게 자기 조직화되지는 않습니다.자기조직화는 자연도태의 대안은 아니지만 진화가 할 수 있는 것을 제한하고 진화를 [40]이용한 막의 자기집합과 같은 메커니즘을 제공한다.

생물계의 질서의 진화와 특정 무생물계의 질서의 발생은 열역학 평형에서 멀리 떨어져 있는 단순한 비생물계에서 미시적 질서가 어떻게 생성되는지를 먼저 고려함으로써 공식화된 "다윈 역학"[41]이라고 불리는 공통의 기본 원칙을 따르도록 제안되었다.그 후 고려는 RNA 세계에서 가장 초기의 생명체 형태와 유사한 것으로 가정되는 복제 RNA 분자로 확장되었다.비생물학적 시스템과 복제 RNA에서 자기 조직화의 기본 질서 생성 과정이 기본적으로 유사하다는 것이 밝혀졌다.

우주론

1995년 그의 회의 논문 "임계 현상의 문제로서의 우주학"에서, 리 스몰린나선 은하, 일반적인 은하 형성 과정, 초기 구조 형성, 양자 중력 그리고 우주의 규모구조와 같은 몇몇 우주론적 물체 또는 현상이 어느 정도의 결과일 수 있다고 말했습니다.자기 [42]조직화는 Per Bak과 그의 협력자들에 의해 보여지듯이, 자기 조직화된 시스템은 종종 모든 이용 가능한 규모에 걸쳐 시공간으로 퍼져있는 중요한 시스템이라고 주장한다.그러므로, 우주의 물질의 분포는 많은 수의 크기에 걸쳐 다소 일정하지 않기 때문에, 자기 조직화된 시스템의 연구에서 개발된 아이디어와 전략은 우주론과 천체 물리학의 미해결 문제들을 해결하는데 도움이 될 수 있다.

컴퓨터 공학

오토마타, 랜덤 그래프와 같은 수학과 컴퓨터 과학으로부터의 현상, 그리고 진화적 계산과 인공 생명체의 몇몇 사례들은 자기 조직화의 특징을 보여준다.군집 로봇 공학에서 자기 조직화는 새로운 행동을 일으키기 위해 사용된다.특히, 랜덤 그래프의 이론은 복잡한 시스템의 일반적인 원리로서 자기 조직화의 정당화로서 사용되어 왔다.멀티에이전트 시스템 분야에서는 자기 조직적인 행동을 나타낼 수 있는 시스템을 엔지니어링하는 방법을 이해하는 것이 활발한 연구 [43]영역입니다.최적화 알고리즘은 문제에 대한 최적의 해결책을 찾는 것을 목표로 하기 때문에 자기 조직적인 것으로 간주될 수 있습니다.솔루션을 반복 시스템의 상태로 간주하는 경우,[44][45] 최적의 솔루션은 시스템의 선택된 통합 구조입니다.자기조직형 네트워크에는 소규모 네트워크[46] 자기안정화[47]스케일프리 네트워크가 포함됩니다.이들은 자기조직화되지 않은 조직 [48]내 하향식 계층 네트워크와는 달리 상향식 상호작용에서 발생합니다.클라우드 컴퓨팅 시스템은 본질적으로 자기 [49]조직적이라고 주장되어 왔지만, 어느 정도 자율성을 가지고 있지만,[50][51] 복잡성을 줄이는 목표를 가지고 있지 않기 때문에 자기 관리는 하고 있지 않습니다.

사이버네틱스

Norbert Wiener는 블랙박스의 자동 연속 식별과 그에 따른 복제를 사이버네틱스[52]자기 조직화라고 생각했다.위상 잠금 또는 "주파수 유인"의 중요성은 그의 Cybernetics 제2판에서 논의됩니다. 또는 동물[53]기계통제와 통신.K. Eric Drexler는 자기 복제나노와 유니버설 어셈블리의 핵심 단계로 보고 있습니다.이와는 대조적으로, W. 로스 애쉬비호메오스타트 사냥에서 동시에 연결된 네 개의 검류계는, 교란되었을 때, 많은 가능한 안정된 [54]상태들 중 하나에 모입니다.Ashby는 안정적인 상태를 설명하기 위해 다양성에 대한[55] 상태 계수 척도를 사용했고, 자체 조직화된 내구성과 안정성을 위한 내부 모델을 요구하는 "좋은 조절기"[56] 정리를 만들었다.워런 맥컬록은 뇌와 인간 신경계의 구성 특징과 자기 조직화에 필요한 조건으로 "잠재적 [57]명령의 용장성"을 제시했다.Heinz von Foerster는 용장성, R=1 - H/Hmax(여기H는 엔트로피)[58][59]를 제안했다.본질적으로 이것은 사용되지 않는 잠재적 통신 대역폭이 자기 조직화의 척도라는 것을 나타냅니다.

1970년대에 Stafford Beer는 지속적이고 살아있는 시스템에서의 자율성을 위해 자기조직화가 필요하다고 생각했습니다.그는 실행 가능한 시스템 모델을 경영에 적용했다.생존 프로세스의 성능 모니터링(1), 규제 재귀적 적용에 의한 관리(2), 항상성 운영 제어(3) 및 개발(4)의 5가지 부분으로 구성되며, 이는 환경 섭동 하에서 정체성 유지(5)를 생성한다.초점은 경고의 "알제돈 루프" 피드백에 의해 우선됩니다. 즉, 표준 기능에 [60]비해 성능이 저하되거나 성능이 과다하여 발생하는 고통과 즐거움 모두에 대한 민감도입니다.

1990년대에 고든 파스크는 폰 포어스터의 H와 Hmax는 독립적이지 않고, 그가 개념이라고 부르는 셀 수 있을 만큼 무한 재귀 동시 스핀[61] 과정을 통해 상호작용한다고 주장했다."[62]관계를 가져오는 절차"라는 개념에 대한 그의 엄격한 정의는 그의 정리 "개념과 달리 거부감처럼"[63] 자기 조직화의 일반적인 스핀 기반 원리를 진술할 수 있게 했다.'도플갱어는 없다'는 배타원칙은 어떤 개념도 같을 수 없다는 뜻이다.충분한 시간이 지나면 모든 개념은 핑크 노이즈로 유인되고 결합됩니다.이 이론은 진화, 학습 및 [64][61]적응하는 지속적이고 일관성 있는 제품을 생산하는 조직적으로 닫힌 프로세스 또는 항상성 프로세스에 적용됩니다.

인간 사회

국제 마약 경로에서의 사회적 자기 조직화

사회적 동물의 자기 조직적 행동과 단순한 수학적 구조의 자기 조직화 둘 다 인간 사회에서 자기 조직화가 기대되어야 한다는 것을 암시한다.자기조직화 징후는 일반적으로 자기조직화 물리적 시스템과 공유되는 통계적 특성이다.임계 질량, 집단 행동, 집단 사고 등의 사회학, 경제학,[65] 행동 재정학 및 인류학풍부하다.

사회 이론에서, 자기 반복성의 개념은 니클라스 루만(1984)에 의해 자기 조직 이론의 사회학적 적용으로 도입되었다.Luhmann에게 있어 사회 시스템의 요소는 자기 생산적인 커뮤니케이션이다. 즉, 커뮤니케이션은 더 많은 커뮤니케이션을 생성하며, 따라서 사회 시스템은 역동적인 커뮤니케이션이 존재하는 한 스스로를 재현할 수 있다.루만에게 인간은 시스템 환경의 센서입니다.Luhmann은 기능 분석과 시스템 [66]이론을 사용하여 사회와 그 하위 시스템의 진화 이론을 개발했습니다.

경제학에서 시장경제는 때때로 자기조직화라고 한다.Paul Krugman은 그의 저서 "자기조직경제"[67]에서 시장 자기조직이 경기순환에서 수행하는 역할에 대해 썼다.Friedrich Hayek는 자유 시장 경제의 자발적 질서에 관해 "자발적 협력의 자기 조직 시스템"을 설명하기 위해 catallaxy라는[68] 용어를 만들었다. 고전주의 경제학자들은 중앙 계획을 강요하는 것은 보통 자기 조직화된 경제 시스템을 덜 효율적으로 만든다고 주장한다.반면, 경제학자들은 시장 실패가 너무 커서 자체 조직이 나쁜 결과를 낳고 국가가 생산과 가격을 지시해야 한다고 생각한다.대부분의 경제학자들은 중간 위치를 채택하고 시장경제와 지배적 경제 특성을 혼합할 것을 권장한다(혼합 경제라고도 함).경제학에 적용하면 자기조직의 개념은 빠르게 이념적으로 [69][70]스며들 수 있다.

학습중

다른 사람에게 [71]「학습 방법」을 배울 수 있도록 하는 것은, 학습에의 제출 방법을 지시하는[72] 것으로 받아들여지는 경우가 많습니다.자기 조직 학습(S.O.L)[73][74][75]은 "전문가가 가장 잘 알고 있다"거나 "가장 좋은 방법"[76][77][78]이 있다는 것을 부인하고 대신 [80]학습자가 경험적으로 테스트해야 할 "개인적으로 중요하고 적절하며 실행 가능한 [79]의미의 구축"을 주장한다.이것은 협력적이고 개인적으로 [81][82]더 보람이 있을 수 있습니다.이는 특정 학습 환경(가정, 학교, 대학)에 국한되거나 부모나 [83]교수와 같은 당국의 통제 하에 있는 것이 아니라 평생의 과정으로 간주된다.학습자의 [84]개인적 경험을 통해 테스트하고 간헐적으로 수정해야 합니다.그것은 의식이나 [85]언어 어느 쪽에도 제한될 필요가 없다.Fritjof Capra는 그것이 심리학과 [86]교육학에서 제대로 인식되지 않는다고 주장했다.이것은 부정적인 피드백 제어 [62]루프를 수반하기 때문에 사이버네틱스 또는 시스템 [87]이론과 관련이 있을 수 있습니다.학습자 간 또는 [88][89]한 사람 내에서 학습 대화 또는 대화로 진행할 수 있습니다.

트래픽 플로우

교통 흐름에서 운전자의 자기 조직적 행동은 고속도로 병목현상에서의 교통 붕괴, 고속도로 용량, 이동 교통 체증 발생 등 교통의 거의 모든 시공간적 행동을 결정합니다.1996-2002년에 이러한 복잡한 자기 조직화 효과는 보리스 케너의 3상 교통 [90]이론에 의해 설명되었다.

언어학에서는

질서는 개인의 행동과 집단의 행동이 생물학적 [91]진화와 상호작용하면서 언어의 진화에서 자연스럽게 나타난다.

연구비 지원

자기 조직적 자금 배분(SOFA)은 과학 연구를 위한 자금을 분배하는 방법입니다.이 시스템에서는 각 연구자에게 동일한 액수의 자금이 할당되며, 익명으로 연구자금의 일부를 다른 사람의 연구에 할당해야 한다.SOFA의 지지자들은 이것이 현재의 보조금 시스템과 유사한 자금 분배를 가져올 것이라고 주장하지만 간접비는 [92]더 적게 든다.2016년에 SOFA의 시험 조종사가 [93]네덜란드에서 시작되었습니다.

비판

1985년 Ilya PrigogineIsabelle Stengers의 저서 Order Out of Chaos in Physical Today의 리뷰에서 Heinz Pagels는 다음과 같이 [94]권위에 호소합니다.

대부분의 과학자들은 생물물리학자인 L. A. Blumenfeld가 쓴 생물물리학의 문제(Springer Verlag, 1981년)에 표현된 비판적 견해에 동의할 것이다. "생물구조의 의미 있는 거시적 순서는 특정 매개변수나 임계치 이상의 시스템에 의해 발생하지 않는다.이러한 구조는 프로그램과 같은 복잡한 건축 구조에 따라 구축되며 수십억 년의 화학 및 생물학적 진화 과정에서 생성된 의미 있는 정보입니다."인생은 거시적인 것이 아니라 미시적인 구성의 결과이다.

물론, Blumenfeld는 이러한 프로그램 같은 구조가 애초에 어떻게 나타나는지에 대한 더 이상의 질문에 답하지 않습니다.그의 설명은 바로 무한 퇴행으로 이어진다.

즉, 시간 불가역성은 시간에 의존하지 않는 전자레인지에서 나오는 것이 아니라 그 자체가 기본이라는 것이 이들의 주장이다.그들의 생각의 장점은 물리학의 시간의 본질에 대한 "교리의 충돌"로 인식되는 것을 해결한다는 것이다.대부분의 물리학자들은 그들의 관점을 뒷받침할 경험적 증거가 없고 그것에 대한 수학적 필요성도 없다는 것에 동의할 것이다.'교리 충돌'은 없다.오직 프리고긴과 몇몇 동료들만이 그들의 노력에도 불구하고 과학적 신빙성의 황혼지대에서 계속 살고 있는 이러한 추측을 고수하고 있다.

신학에서, 토마스 아퀴나스 (1225–1274)는 [95]Summa Synologyica에서 무언가가 그 조직의 자급자족할 수 있는 원인이 될 수 있다는 생각을 거부함으로써 텔레폴로지적으로 창조된 우주를 가정한다:

자연은 상위 에이전트의 지시 아래 결정적인 목적을 위해 일하기 때문에, 자연에 의해 행해진 모든 것은 그 첫 번째 원인에 대해 신에게 거슬러 올라갈 필요가 있다.따라서 자발적으로 행해지는 모든 것은 인간의 이성이나 의지 이외의 어떤 더 높은 원인에 대해서도 추적되어야 한다. 왜냐하면 이것들은 변화하거나 실패할 수 있기 때문이다.변화가 가능하고 결함이 있을 수 있는 모든 것은 기사의 본문에 나타나 있듯이 부동하고 스스로 필요한 제1원칙으로 거슬러 올라가야 한다.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

  1. ^ 관련 역사에 대해서는 Aram Vartanian, DiderotDescartes를 참조하십시오.

레퍼런스

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