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D i s k u s s i o n
Beitrag 0-310
Naturalismus, Idealismus und Dualismus: Wie verhält sich Geist zu Materie?
Naturalismus, Idealismus und Dualismus
Josef Hohnerkamp charakterisiert sie kurz wie folgt:
ABER: Der Dualismus — zurückgehend auf Decartes — hat heute kaum noch Anhänger.
Am zahlreichsten scheinen heute die Naturalisten (siehe Holm Tetens: » Der Naturalismus: Das metaphysische Vorurteil unserer Zeit? «, 2013).
Bedenken sollte man:
Josef Hohnerkamp charakterisiert sie kurz wie folgt:
- Naturalisten glauben: Geist emergiert aus Materie (letzlich also aus Energieverteilung).
- Idealisten sind der umgekehrten Meinung: Materie, so denken sie, ist eine Schöpfung des Geistes.
- Dualisten sehen Geist und Materie als zwei unabhängige Entitäten.
ABER: Der Dualismus — zurückgehend auf Decartes — hat heute kaum noch Anhänger.
Am zahlreichsten scheinen heute die Naturalisten (siehe Holm Tetens: » Der Naturalismus: Das metaphysische Vorurteil unserer Zeit? «, 2013).
Bedenken sollte man:
Gebhard Greiter (2017):
Die Existenz zeitlos gültiger mathematischer Wahrheiten
und die Einsicht, dass Materie durch sie geformte Energieverteilung darstellt,
scheinen den Standpunkt der Idealisten zu stützen.
Noch völlig unklar ist:
Wie unabhängig voneinander existieren Geist und Energie?
Und was genau ist denn eigentlich Geist?
- Haben wir darunter zu verstehen, was mathematische Wahrheiten garantiert und die Natur zwingt, ihnen zu gehorchen?
- Oder sollten wir unter Geist wirklich nur den Teil in uns zu verstehen, der uns z.B. befähigt, mathematische Wahrheiten als solche zu erkennen?
Mindestens die Antwort auf die Frage » Wie unabhängig voneinander existieren Geist und Energie? « wird doch wohl davon abhängig sein, welche der beiden Definitionen wir zugrunde legen. Was also sollen wir unter Geist verstehen? Sind noch weitere Möglichkeiten denkbar, diesen Begriff zu definieren?
Beitrag 0-309
Was man unter » Emergenz « versteht — und was sie, als Diener der Evolution, erschaffen kann
Beispiele für Emergenz
und für emergierende Eigenschaften
Wenn ein physikalisches Objekt aus zahlreichen Teilobjekten besteht, kann es Eigenschaften haben, die keines der Teilobjekte haben kann. Man spricht dann von durch Emergenz zustandegekommenden, von e m e r g i e r e n d e n Eigenschaften.
Es sind dies Eigenschaften, die sich einzig und alleine aus dem Zusammenwirken der Teile des Gesamtobjekts ergeben.
Beispiele von Objekten mit emergierenden Eigenschaften sind:
Weitere Beispiele für auf Emergenz zurückzuführende Eigenschaften wären:
Wo immer neue Eigenschaften emergieren, d.h. aus dem Nichts auftauchen, werden neue Begriffe nötig und die Beschreibung von Beziehungen, die es auf der Ebene der Teilobjekte — wenn man sie einzeln betrachtet — noch gar nicht gab.
Je höher die Beschreibungsebene, desto komplexer ist das zu beschreibende Objekt und desto summarischer wird man über die auf niedrigeren Beschreibungsebenen relevanten Beziehungen sprechen: Wichtig ist denn nicht mehr eine einzelne jener schon früh dazugekommenen Beziehungen, denn eine einzelne zu haben oder nicht zu haben würde das die oberste Beschreibungsebene darstellende Bild nicht merkbar abändern.
Die auf einer Beschreibungsebene hinzukommenden Namen für emergierende Eigenschaften und für Beziehungen zwischen Einzelteilen, müssen als Denkwerkzeuge betrachtet werden, die uns helfen — ja sogar erst ermöglichen — über das Zusammenwirken der Einzelteile des Objekts zu sprechen. Nur so können Menschen zu einem Konsens darüber kommen, welche Wirkung eintritt und was real existiert.
Das, was die entstandene Realität dann ausmacht, ist also nicht der Charakter des Fundamentalen, sondern die Möglichkeit, durch Nachprüfung einen intersubjektiven Konsens herzustellen bezüglich dessen, was sich da durch Emergenz ergeben hat.
Welche Eigenschaften genau infolge der Interaktion von zunächst nur einzeln existierenden Teilchen das dann zustandekommende neue Ganze haben wird, hängt ab von Art und Intensität der Interaktion. Hier zwei Beispiele:
Man erkennt: Die Eigenschaften von Quantensystemen, z.B. von Molekülen, werden bestimmt durch die Struktur ihrer Elektronenwolke. Nur der Eigenschaften dieser Wolke wegen verhalten sich Moleküle in Reaktion mit ihrer Umwelt wie eine Ganzheit, die völlig andere Eigenschaften hat, als irgend eines der Atome, die gemeinsam das Molekül bilden.
Bemerkenswert auch: Bei einem Molekül verhält sich nur seine Gesamtladung wie die Summe der Ladungen der beteiligten Atome. Sein chemisches Verhalten aber ist ein völlig anderes als das der einzelnen Atome.
Quantentheorie hat auch die mathematische Struktur aufgedeckt, die jene neuen Ganzheiten dann haben können, und entsprechendes Transformationsverhalten der Materie, für welches es in der klassischen Physik kein Vorbild gibt.
Kurz:
Wo immer Objekte miteinander interagieren (zusammenwirken), entsteht Neues.
Erst dieses Phänomen macht Evolution möglich.
Nicht zuletzt — durch Naturwissenschaft aber (noch?) nicht durchschaubar — verbindet Emergenz die materielle Welt auch mit der Welt des Geistes:
Es kommt ständig zu spontaner Selbstorganisation einfacher Elemente und so auch zu komplexen Systemen, die vollig neue Strukturen aufweisen, und deren kollektive Eigenschaften und Fahigkeiten ganz anders sind als die der Teile, die sich da zusammenfanden. Die Strukturen, Eigenschaften und Fahigkeiten der Systeme lassen sich aber nur in einfachen Fällen (und höchstens noch auf chemischer Ebene) berechnen.
Emergenz ist in der Natur der Normalfall — keineswegs nur Ausnahme — und das auf allen Ebenen der Welt bis hinauf in die Ebene des Geistes und der menschlichen Gesellschaft. Unsere Welt hat sich Schritt für Schritt aus emergenten Systemen aufgebaut und durch sie immer reichhaltiger gemacht, vom Urknall bis in die Gegenwart, und sie entwickelt sich so auch standig weiter.
Lies mehr dazu in Günter Dedié: Die Kraft der Naturgesetze: Emergenz und kollektive Fähigkeiten von den Elementarteilchen bis zur menschlichen Gesellschaft (2015).
und für emergierende Eigenschaften
Wenn ein physikalisches Objekt aus zahlreichen Teilobjekten besteht, kann es Eigenschaften haben, die keines der Teilobjekte haben kann. Man spricht dann von durch Emergenz zustandegekommenden, von e m e r g i e r e n d e n Eigenschaften.
Es sind dies Eigenschaften, die sich einzig und alleine aus dem Zusammenwirken der Teile des Gesamtobjekts ergeben.
Beispiele von Objekten mit emergierenden Eigenschaften sind:
- Wasser — als Menge zahlreicher Wassermoleküle — kann sieden oder gefrieren.
Einzelne Wassermoleküle aber können weder Eis noch Dampf sein.
- Gas — als Menge zahlreicher Gasmoleküle — kann Temperatur haben. Ein Molekül für sich alleine aber kann weder warm noch kalt sein.
Weitere Beispiele für auf Emergenz zurückzuführende Eigenschaften wären:
- Die Klugheit oder das Bewusstsein einer Person: Keines der Moleküle, aus denen die Person besteht, kann klug oder sich seiner selbst bewusst sein.
- Gesundheit oder Krankheit einer Person: Keines der Elementarteilchen, aus denen die Person besteht, kannn gesund oder krank sein.
Wo immer neue Eigenschaften emergieren, d.h. aus dem Nichts auftauchen, werden neue Begriffe nötig und die Beschreibung von Beziehungen, die es auf der Ebene der Teilobjekte — wenn man sie einzeln betrachtet — noch gar nicht gab.
Je höher die Beschreibungsebene, desto komplexer ist das zu beschreibende Objekt und desto summarischer wird man über die auf niedrigeren Beschreibungsebenen relevanten Beziehungen sprechen: Wichtig ist denn nicht mehr eine einzelne jener schon früh dazugekommenen Beziehungen, denn eine einzelne zu haben oder nicht zu haben würde das die oberste Beschreibungsebene darstellende Bild nicht merkbar abändern.
Die auf einer Beschreibungsebene hinzukommenden Namen für emergierende Eigenschaften und für Beziehungen zwischen Einzelteilen, müssen als Denkwerkzeuge betrachtet werden, die uns helfen — ja sogar erst ermöglichen — über das Zusammenwirken der Einzelteile des Objekts zu sprechen. Nur so können Menschen zu einem Konsens darüber kommen, welche Wirkung eintritt und was real existiert.
Das, was die entstandene Realität dann ausmacht, ist also nicht der Charakter des Fundamentalen, sondern die Möglichkeit, durch Nachprüfung einen intersubjektiven Konsens herzustellen bezüglich dessen, was sich da durch Emergenz ergeben hat.
Welche Eigenschaften genau infolge der Interaktion von zunächst nur einzeln existierenden Teilchen das dann zustandekommende neue Ganze haben wird, hängt ab von Art und Intensität der Interaktion. Hier zwei Beispiele:
- Wasserstoff und Sauerstoff sind zwei Gase, die erst bei sehr tiefen Temperaturen (bei –250 bzw. –180 Grad Celsius) flüssig werden. Vermischt man sie dann, kommt hoch explosives
Knallgas zustande [1986 hat das zur Challanger-Katastrophe geführt: Wegen eines undichten Ventils konnten beide Flüssigkeiten sich vermischen.]
- Andererseits können sich Wasserstoff- und Sauerstoffatome aber auch zu H2O, d.h. zu Wassermolekülen vereinigen — Wasser aber ist überhaupt nicht explosiv und bei ganz anderen Temperaturen flüssig.
Man erkennt: Die Eigenschaften von Quantensystemen, z.B. von Molekülen, werden bestimmt durch die Struktur ihrer Elektronenwolke. Nur der Eigenschaften dieser Wolke wegen verhalten sich Moleküle in Reaktion mit ihrer Umwelt wie eine Ganzheit, die völlig andere Eigenschaften hat, als irgend eines der Atome, die gemeinsam das Molekül bilden.
Bemerkenswert auch: Bei einem Molekül verhält sich nur seine Gesamtladung wie die Summe der Ladungen der beteiligten Atome. Sein chemisches Verhalten aber ist ein völlig anderes als das der einzelnen Atome.
- Wir sehen: Die Erkenntnisse der Quantentheorie legen uns ein Weltbild nahe, in dem — mindestens unter bestimmten Gegebenheiten — alles mit einander zusammenhängt und vieles tatsächlich erst dieses Zusammenhangs wegen existiert: Wechselwirkende Objekte können sich zu Ganzheiten mit völlig neuen Eigenschaften zusammenfinden und so auch einige oder gar alle ihrer Eigenschaften verlieren.
Quantentheorie hat auch die mathematische Struktur aufgedeckt, die jene neuen Ganzheiten dann haben können, und entsprechendes Transformationsverhalten der Materie, für welches es in der klassischen Physik kein Vorbild gibt.
Kurz:
Erst dieses Phänomen macht Evolution möglich.
Nicht zuletzt — durch Naturwissenschaft aber (noch?) nicht durchschaubar — verbindet Emergenz die materielle Welt auch mit der Welt des Geistes:
Es kommt ständig zu spontaner Selbstorganisation einfacher Elemente und so auch zu komplexen Systemen, die vollig neue Strukturen aufweisen, und deren kollektive Eigenschaften und Fahigkeiten ganz anders sind als die der Teile, die sich da zusammenfanden. Die Strukturen, Eigenschaften und Fahigkeiten der Systeme lassen sich aber nur in einfachen Fällen (und höchstens noch auf chemischer Ebene) berechnen.
Emergenz ist in der Natur der Normalfall — keineswegs nur Ausnahme — und das auf allen Ebenen der Welt bis hinauf in die Ebene des Geistes und der menschlichen Gesellschaft. Unsere Welt hat sich Schritt für Schritt aus emergenten Systemen aufgebaut und durch sie immer reichhaltiger gemacht, vom Urknall bis in die Gegenwart, und sie entwickelt sich so auch standig weiter.
Lies mehr dazu in Günter Dedié: Die Kraft der Naturgesetze: Emergenz und kollektive Fähigkeiten von den Elementarteilchen bis zur menschlichen Gesellschaft (2015).
Beitrag 0-471
Emergenz — ihr wahres Wesen und ihr Stellenwert
Was genau ist Emergenz?
Unter Emergenz versteht man das Phänomen, dass zunächst unabhängig existierende Teilchen sich spontan — als Gesamtheit — zusammentun können, es so zu neuer Form kommt, und sie i.A. Eigenschaften zur Folge haben wird, welche einzeln für jedes der Teilchen nur noch selten Sinn machen.
Rolf Heilmann definiert: » Information ist Maß für vorhandene Form. « Wo Form zerfällt, geht Information verloren.
Quelle: Rolf Heilmann: Auch Physiker kochen nur mit Wasser, Herbig 2015
Prof. Rolf Heilmann forschte in Leipzig über die Wechselwirkung von Licht mit Kristallen, entwickelte später Lasersysteme für Satelliten und lehrt heute an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften in München Physik.
Unter Emergenz versteht man das Phänomen, dass zunächst unabhängig existierende Teilchen sich spontan — als Gesamtheit — zusammentun können, es so zu neuer Form kommt, und sie i.A. Eigenschaften zur Folge haben wird, welche einzeln für jedes der Teilchen nur noch selten Sinn machen.
Rolf Heilmann definiert: » Information ist Maß für vorhandene Form. « Wo Form zerfällt, geht Information verloren.
Rolf Heilmann (2015, S. 116):
Atome können Moleküle bilden, die sich zu Zellen zusammenfinden können, woraus dann Gewebe, Organe und schließlich ganze Lebewesen werden.
Bei Menschen kommt es dann sogar zu Bewusstsein und sozialem Gefüge.
Jeder dieser Übergänge von einer Ebene auf eine höhere, kompliziertere hat neue Form mit neuen Eigenschaften des so Geformten zur Folge.
Was wir Emergenz nennen, ist das Auftauchen solch neuer Eigenschaften. Es sind Eigenschaften, die nur dem Verband der Objekte, die sich hier kooperierend zusammenfanden, zukommen können.
Magnetismus ist ein gutes Beispiel hierfür:Wenn wir einen Magneten zerteilen, stellt sich jeder der so entstandenen Teile wieder als Magnet mit zwei Polen dar. Es scheint also so, dass selbst noch jedes Atom eines Magneten magnetisch ist. Und das stimmt auch: Jedes reagiert wie eine kleine Kompassnadel.
Sie beeinflussen sich durch ihre Magnetfelder gegenseitig und richten sich so an einander aus: sie » kooperieren « mit dem Effekt, dass ein großer Magnet entsteht, dessen Stärke sie nur als Gemeinschaft erreichen können.
Wird nun aber magnetisches Material ordentlich erhitzt — bei Eisen auf etwa 800 Grad Celsius —, geraten die Atome in derart starke Bewegung, dass keine Kopplung und keine gemeinsame Ausrichtung mehr möglich ist: Die kleinen Magnetfelder heben sich gegenseitig auf, der Magnetismus des Materials als Ganzem verschwindet.
Rolf Heilmann (2015, S. 166-168):
Für die Übergänge von einer Strukturebene auf die nächst höhere interessieren sich vor allem Festkörper-Physiker, denn sie können sich die neu entstehenden bzw. verloren gegangenen Qualitäten wenigstens ansatzweis erklären.
Dass Milliarden mal Milliarden von Atomen spontan — ohne unser Zutun — beim Abkülen zu einem perfektem Gitter erstarren (sich also anordnen), grenzt schon an ein Wunder.
Wir müssen ja bedenken, dass die Atome selbst im Gitter noch mit extrem hohen Geschwindigkeiten hin und her schwingen.
Doch nicht nur beim Übergang einer Flüssigkeit zum Festkörper finden wir derart frappierende Ordnungsphänomene. Wie oben in ersten Beispiel schon klar wurde, richten sich in manchen Strukturen Atome plötzlich so aus, dass der ganze Körper » magnetisch « wird.
Oder es verschindet ab einer bestimmten Temperatur schlagartig der elektrische Widerstand im Material, so dass sich die Elektronen dann ohne irgendwelches Hemmnis durch die Drähte bewegen.
Solch wunderlichen Vorgänge kann es nach dem klassischen Verständnis von Physik gar nicht geben.
Bevor man sich nun aber an die Erklärung immer komplexerer Vorgänge heranwagt, macht es Sinn, erst mal die emergenten Prozesse zu studieren, die zu einfachen, regelmäßigen Strukturen führen.
Einer der prominentesten Theoretiker auf diesem Gebiet ist der Amerikaner Philip Warren Anderson (geb. 1923), der für seine Arbeiten den Nobelpreis erhielt.
Schon 1972 schrieb er in einem viel beachteten Artikel im Fachblatt Science » More is different — Mehr ist anders «.
Er weist dort darauf hin, dass sich mit jedem Übergang zu einer neuen Qualität die geometrischen Verhältnisse in den Strukturen radikal ändern. Es treten die schon bei Magneten erwähnten Symmetriebrüche auf.
Da sich solche Übergänge nicht nur bei Festkörpern, sondern in vielen Strukturen unserer Welt abspielen, sieht Anderson nur im kooperativen Miteinander der Wissenschaftler eine Chance, das Geheimnis der Emergenz zu ergründen.
Anderson ist der Meinung, dass "die Arroganz der Teilchenphysiker" jetzt ja wohl hinter uns liege, "aber wir müssen uns noch von der mancher Molekularbiologen erholen, die darauf aus zu sein scheinen, alles über den menschlichen Organismus nur auf Chemie zu reduzieren — von einer gewöhnlichen Erkältung über die mentalen Erkrankungen bis hin zu religiösen Gefühlen ...".
Robert B. Laughlin (geb. 1950) — ebenfalls Nobelpreisträger und ein entschiedener Verfechter der überragenden Bedeutung der Emergenz — gibt ihm recht, denn er schrieb: "Die Gesetze der Quantenmechanik, die Gesetze der Chemie, die Gesetze des Stoffwechsels und die Gesetze der Häschen, die in den Innenhöfen meiner Universität vor Füchsen flüchten, gehen alle auseinander hervor, ... ".
Prof. Rolf Heilmann forschte in Leipzig über die Wechselwirkung von Licht mit Kristallen, entwickelte später Lasersysteme für Satelliten und lehrt heute an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften in München Physik.
Beitrag 0-259
Dynamische Systeme, Emergenz und Chaos
Dynamische Systeme
und ihr nur wenig berechenbares Verhalten
Die zeitliche Dynamik komplexer — aus vielen Teilchen bestehender — Systeme wird durch Differential- und/oder Differenzengleichungen beschrieben, welche Potenzen, trigonometrische Funktionen und ähnliche Ausdrücke enthalten.
Ihre deswegen nicht-lineare Zeitdynamik kann zu neuen Ordnungsstrukturen ebenso wie zu Chaos führen.
Nicht-lineare Systeme können konservativ oder dissipativ sein.
Was sind Bifurkationspunkte eines dynamischen Systems?
Die Dynamik eines dynamischen Systems kennt nur 2 Trends:
Was aber passiert, wenn wir das System in Abhängigkeit eines Parameters betrachten?
Wie es zu Emergenz kommt
Nichtlineare Entwicklung der Zustände dynamischer Systeme muss nicht immer zu Chaos, sondern kann auch zu Selbstorganisation neuer Formen und Strukturen führen.
Sie entstehen dadurch, dass gewisse äußere Kontrollparameter — Temperatur, Energiezufuhr — so lange verändert werden, bis der alte Zustand instabil wird und in einen neuen umschlägt. Solcher Phasenübergang lässt sich als Symmetriebrechung von Gleichgewichtszuständen verstehen. Bei kritischen Werten entstehen spontan makroskopische Ordnungsstrukturen, die die sich durch synergetische, kollektive Kooperation mikroskopischer Systemteilechen ergeben.
Die Entstehung neuer Ordnung ist also keineswegs unwahrscheinlich und rein zufällig, sondern findet unter bestimmten Nebenbedingungen gesetzmäßig statt.
Mehr dazu in: Klaus Sedlacek: Emergenz: Strukturen der Selbstorganisation in Natur und Technik, 2010, aus vielen Quellen Zusammenkopiertes, 192 Seiten.
Quelle: Klaus Mainzer: Zeit — von der Urzeit zur Computerzeit, Beck'sche Reihe (1995, 2011), S. 73-88.
Klaus Mainzer, Ordinarius für Wissenschaftstheorie an der Uni Augsburg, hat Mathematik, Physik und Philosophie studiert.
und ihr nur wenig berechenbares Verhalten
Die zeitliche Dynamik komplexer — aus vielen Teilchen bestehender — Systeme wird durch Differential- und/oder Differenzengleichungen beschrieben, welche Potenzen, trigonometrische Funktionen und ähnliche Ausdrücke enthalten.
Ihre deswegen nicht-lineare Zeitdynamik kann zu neuen Ordnungsstrukturen ebenso wie zu Chaos führen.
Nicht-lineare Systeme können konservativ oder dissipativ sein.
- Dissipativ nennt man das System, wenn es Energie oder menschliche Arbeit verbraucht und Wärme an seine Umgebung abgibt.
Jedes Lebewesen ist Beispiel für ein dissipatives System, da es ständig Material und Energie mit seiner Umwelt austauscht und sich so nach Form und Struktur ändern wird.
- Konservativ nennt man das System, wenn es in sich abgeschlossen (von seiner Umgebung getrennt) ist.
Sämtliche idealisierten Systeme der klassischen Mechanik — in denen man Reibungsverluste ignoriert — sind konservative Systeme. Leibniz, Newton und Einstein gingen davon aus, dass ihr Verhalten im Prinzip voll deterministisch und mit beliebiger Genauigkeit berechenbar sei.
Heute wissen wir, dass dem nicht so ist. Der Grund hierfür:
In jedem System, in dem mehr als zwei Körper aufeinander einwirken, kann die Wirkung beliebig stark von den Anfangsbedingungen abhängig sein.
Schon Ende des 19. Jahrhunderts war das Poincaré aufgefallen: Er bewies, dass das 3-Körper-Problem der Astronomie nicht integrierbar ist und zu völlig unvorhersehbaren, chaotischen Bahnen jener Körper führen kann.
Doch erst die Rechenkapazitäten moderner Großcomputer haben die Grenzen prinzipieller Berechnbarkeit des Verhaltens von Mehrkörpersystemem in aller Deutlichkeit gezeigt. Die Unvorhersagbarkeit des Wetters auf längere Zeitdistanz ist gutes Beispiel hierfür: Schon ein winzig kleiner, auf der Wetterkarte unbeachtet gebliebener Wirbel kann chaotische Veränderungen der Großwetterlage auslösen (sog. Schmetterlingseffekt). Damit ist bewiesen:
Die prinzipielle Eindeutigkeit der Lösungen mathematischer Gleichungen garantiert keine beliebig genaue Berechenbarkeit auf länger Zeitdistanz hinweg.
Mit anderen Worten: Man weiß nie, wie kurz der Abstand hin zum nächsten Bifurkationspunkt noch ist, und man weiß auch nicht, ob sein Erreichen Emergenz oder stark chaotisches Verhalten zur Folge haben wird.
Die Dynamik eines dynamischen Systems kennt nur 2 Trends:
- Übergang in eine Gleichgewichtslage (womit es zu Emergenz kommt) oder
- Übergang zu chaotischem Verhalten.
Was aber passiert, wenn wir das System in Abhängigkeit eines Parameters betrachten?
- Durch Variation des Parameters können Fixpunkte entstehen oder zerstört werden bzw. an Stabilität gewinnen oder verlieren.
Solche Änderungen in der Dynamik werden als Bifurkationen bezeichnet.
Die Parameterwerte unter denen es zu einer Bifurkation kommt, nennt man Bifurkationspunkte.
Nichtlineare Entwicklung der Zustände dynamischer Systeme muss nicht immer zu Chaos, sondern kann auch zu Selbstorganisation neuer Formen und Strukturen führen.
Sie entstehen dadurch, dass gewisse äußere Kontrollparameter — Temperatur, Energiezufuhr — so lange verändert werden, bis der alte Zustand instabil wird und in einen neuen umschlägt. Solcher Phasenübergang lässt sich als Symmetriebrechung von Gleichgewichtszuständen verstehen. Bei kritischen Werten entstehen spontan makroskopische Ordnungsstrukturen, die die sich durch synergetische, kollektive Kooperation mikroskopischer Systemteilechen ergeben.
Die Entstehung neuer Ordnung ist also keineswegs unwahrscheinlich und rein zufällig, sondern findet unter bestimmten Nebenbedingungen gesetzmäßig statt.
- Beispiel 1: Die Strömungsmuster in einem Fluss direkt hinter einem Hindernis (z.B. einem Brückenpfeiler):
Wie sie aussehen ist abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit: Zunächst kann das Stömungsbild hinter dem Hindernis homogen sein. Erst wenn die Strömungsgeschwindigkeit zunimmt, kommt es zu Wirbelbildung. Es treten zunächst periodisch Bifurkationen auf, dann quasi-periodische Wirbelbildung, die schließlich in ein chaotisches Wirbelbild übergehen.
Auf Mikroebene haben Wechselwirkungen der Wassermoleküle in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit zu den neuen makroskopischen Strömungsbildern geführt.
- Beispiel 2: Der zu Laserlicht führende Phasenübergang:
Es kommt spontan zur Koodinierung zunächst ungeordneter Photonen, sobald die äußere Energiezufuhr des Lasersystems einen bestimmten, recht hohen kritischen Wert erreicht hat.
Mehr dazu in: Klaus Sedlacek: Emergenz: Strukturen der Selbstorganisation in Natur und Technik, 2010, aus vielen Quellen Zusammenkopiertes, 192 Seiten.
Quelle: Klaus Mainzer: Zeit — von der Urzeit zur Computerzeit, Beck'sche Reihe (1995, 2011), S. 73-88.
Klaus Mainzer, Ordinarius für Wissenschaftstheorie an der Uni Augsburg, hat Mathematik, Physik und Philosophie studiert.
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