The emergent processes driving cultural history are a product of complex interactions among large numbers of individuals, determined by difficult-to-quantify historical conditions. To characterize these processes, we have reconstructed aggregate intellectual mobility over two millennia through the birth and death locations of more than 150,000 notable individuals. The tools of network and complexity theory were then used to identify characteristic statistical patterns and determine the cultural and historical relevance of deviations. The resulting network of locations provides a macroscopic perspective of cultural history, which helps us to retrace cultural narratives of Europe and North America using large-scale visualization and quantitative dynamical tools and to derive historical trends of cultural centers beyond the scope of specific events or narrow time intervals.

Theoretical and computational frameworks of complexity science are dominated by binary structures. This binary bias, seen in the ubiquity of pair-wise networks and formal binary operations in mathematical models, limits our capacity to faithfully capture irreducible polyadic interactions in higher-order systems. A paradigmatic example of a higher-order interaction is the Borromean link of three interlocking rings. In this paper, we propose a mathematical framework via hypergraphs and hypermatrix algebras that allows to formalize such forms of higher-order bonding and connectivity in a parsimonious way. Our framework builds on and extends current techniques in higher-order networks — still mostly rooted in binary structures such as adjacency matrices — and incorporates recent developments in higher-arity structures to articulate the compositional behavior of adjacency hypermatrices. Irreducible higher-order interactions turn out to be a widespread occurrence across natural sciences and socio-cultural knowledge representation. We demonstrate this by reviewing recent results in computer science, physics, chemistry, biology, ecology, social science, and cultural analysis through the conceptual lens of irreducible higher-order interactions. We further speculate that the general phenomenon of emergence in complex systems may be characterized by spatio-temporal discrepancies of interaction arity.