システムが突然変わる？新人エンジニアが知っておくべき「相転移」と「創発」の不思議な関係

2025年12月14日 2025年12月14日山崎講師

山崎講師

こんにちは。ゆうせいです。

エンジニアとして働き始めると、昨日までは普通に動いていたシステムが、ある日突然、嘘のように重くなったり、逆にバラバラに作っていた機能同士が組み合わさって、予想もしなかった便利な使い方が生まれたりすることはありませんか？

不思議ですよね。まるで魔法のようですが、実はこれ、科学の世界ではきちんとした名前がついている現象なのです。

今日は、システム開発やチームビルディングにも深く関わる「相転移」と「創発」という2つのキーワードについて、一緒に学んでいきましょう。難しそうに聞こえるかもしれませんが、安心してください。高校生でもわかるように、身近な例で紐解いていきますよ！

劇的な変化！相転移（そうてんい）とは

まずは「相転移」から見ていきましょう。

これは一言で言うと、「ある一点を超えた瞬間に、全体の性質がガラリと変わること」を指します。

みなさん、水が氷になるときのことを想像してみてください。水温を少しずつ下げていくと、0度になった瞬間に、液体だった水がカチコチの固体の氷に変わりますよね。0.1度までは水だったのに、0度になった途端に性質が激変する。これが相転移です。

専門用語では、この変化が起きるギリギリのポイントを「臨界点（りんかいてん）」と呼びます。

エンジニアにとっての相転移

では、これをITの現場に置き換えてみましょう。

Webサーバーへのアクセス数が増えていく状況を思い浮かべてください。アクセスが100件、200件と増えても、最初はサクサク動いています。しかし、ある数、たとえば1000件を超えた瞬間に、急に反応が遅くなったり、エラー画面が出たりしてシステムがダウンしてしまう。

経験ありませんか？冷や汗が出ますよね。これも一種の相転移と言えます。「余裕がある状態」から「詰まっている状態」へと、性質が不連続に変化してしまうのです。

相転移のメリットとデメリット

メリット

性質がはっきりと変わるため、状態の管理がしやすい点が挙げられます。「ここまでは安全、ここからは危険」という線引きができるので、システム設計においては負荷テストなどで限界値を知ることができます。

デメリット

変化が急激であることです。予兆に気づきにくく、「さっきまで大丈夫だったのに！」という事態を招きやすいのです。臨界点を超えると、システム障害のような深刻なダメージに直結しかねません。

予想外のパワー！創発（そうはつ）とは

次に「創発」についてお話ししましょう。

創発とは、「単純なルールに従う個要素が集まることで、個々の足し算だけでは説明できない、高度で複雑な秩序や性質が生まれること」です。なんだかワクワクしませんか？

よく例えられるのが、アリの行列や鳥の群れです。

一匹のアリは、ただ「前の仲間のにおいを追う」「エサを見つけたら持ち帰る」といった単純なルールで動いています。全体図を把握しているリーダーのアリはいません。それなのに、群れ全体としては最短ルートでエサを運んだり、複雑な巣を作り上げたりします。

個人の能力の総和以上の何かが生まれる。これを数式っぽく表現すると、以下のようになります。

全体の力 $>$ 個人の力 $\times$ 人数

単なる掛け算よりも、もっと大きな結果が出るのが創発の醍醐味なのです。

エンジニアにとっての創発

ITの現場では「マイクロサービス」などが良い例でしょう。

一つひとつの小さなプログラムは、決済をするだけ、在庫を確認するだけ、といった単純な機能しか持ちません。しかし、それらがネットワークを通じて連携し合うことで、Amazonのような巨大で複雑なECサイトというシステムが成り立っています。

また、開発チームそのものも創発の舞台です。メンバーがそれぞれの得意分野を生かして自由に意見を出し合うことで、誰一人として想像していなかった素晴らしいアイデアが生まれること、ありますよね！

創発のメリットとデメリット

メリット

環境の変化に強い、柔軟性があることです。一部が壊れても全体としては機能し続ける「自己修復」のような性質を持つことが多く、予期せぬトラブルにも強いシステムを作れます。また、想像を超えるイノベーションが生まれる可能性を秘めています。

デメリット

コントロールが難しいことです。全体を統率するリーダーがいないため、一度悪い方向に創発が起きると（例えば、誤った噂が広まってパニックになるなど）、それを止めるのが困難になります。エンジニアにとっては、「なぜ動いているのか（あるいは動かないのか）完全には解析できない」というブラックボックス化のリスクも孕んでいます。

二つの共通点と決定的な違い

ここまで読んで、「どちらも『全体が変わる』話だよね？」と思ったかもしれません。素晴らしい着眼点です！

共通点

どちらも「ミクロ（個々の要素）の動きが、マクロ（全体）の変化を引き起こす」という点では共通しています。そして、変化が「非線形（比例しない）」であることも似ていますね。1を足したら結果が1増える、という単純な話ではないのです。

相違点

ここが重要です。違いをしっかり押さえましょう。

予測のしやすさ
- 相転移は、温度や圧力（エンジニアなら負荷やデータ量）といったパラメータによって、ある程度「いつ変わるか」を予測しやすい現象です。
- 創発は、個々の相互作用が複雑すぎて、具体的に「どんな結果が生まれるか」を事前に予測するのが非常に困難です。
変化の方向性
- 相転移は、状態そのものの「移行」です（水から氷へ）。
- 創発は、新しい機能や構造の「誕生」です（単なる個体から、組織的な群れへ）。

まとめ：これからどう学ぶ？

相転移と創発、なんとなくイメージできましたか？

システムが急に重くなるのは「相転移」のせいかもしれないし、複雑なバグや素晴らしいチームワークは「創発」の結果かもしれません。この視点を持っているだけで、トラブルが起きたときの落ち着き方が変わってきますよ。

もし、もっと深く知りたい！と思ってくれたなら、次は「複雑系科学（ふくざつけいかがく）」という分野の入門書を手に取ってみてください。そこには、世界を単純な数式ではなく、つながりの中で捉えるエキサイティングな知見が詰まっています。

エンジニアリングの世界は、コードを書くだけではありません。こうした現象の裏側にある法則を知ることで、より堅牢で、より面白いシステムを作れるようになります。

一緒に、奥深いシステムの世界を探求していきましょう！

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投稿者プロフィール

山崎講師代表取締役

セイ・コンサルティング・グループ株式会社代表取締役。
岐阜県出身。
2000年創業、2004年会社設立。
IT企業向け人材育成研修歴業界歴20年以上。
すべての無駄を省いた費用対効果の高い「筋肉質」な研修を提供します！
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