Emergenz
von Josef Honerkamp, 21. Juni 2010, 21:58
Bei Naturwissenschaftlern wie Philosophen ist oft von Emergenz die Rede. Wikipedia definiert diesen Begriff treffend als " Herausbildung neuer Eigenschaften oder Strukturen auf der Makroebene eines Systems infolge des Zusammenspiels seiner Elemente."Meistens unterstellt man dabei auch gleich, dass die Eigenschaften auf der Makroebene durch das Zusammenspiel der Konstituenten - wenigstens prinzipiell - erklärbar ist.
Besonders aktuell ist der Begriff der Emergenz heute in der Philosophie des Geistes bei der Diskussion um das "Rätsel" unseres Bewusstseins. Kann man allein aus dem Zusammenspiel der Neuronen in unserem Gehirn erklären, dass wir uns selbst als ein unverwechselbarer "Jemand" erleben? George Henry Lewes soll schon 1875 davon ausgegangen sein und heute ist es für viele Hirnforscher und Philosophen eine vernünftige Hypothese, das "Sich seiner bewusst sein" als emergente Eigenschaft eines genügend komplexen Gehirns anzusehen.
In der Tat, im Lichte der Evolution ist diese Hypothese sehr plausibel und schon oft formuliert worden, auch unser Gehirn und unser Erkenntnisvermögen haben sich ja im Laufe der Evolution entwickelt. Die Paläoanthropologen sprechen von verschieden hohen Stufen des Bewusstseins im Tierreich, und die Tatsache, dass manche Menschen einen sehr persönlichen Umgang mit ihren Haustieren pflegen, weist auch in diese Richtung.
Bei aller Plausibilität - man ist noch weit entfernt davon, diese Hypothese bestätigen zu können. Von vielen wird dieser reduktionistische Ansatz und der dahinter stehende Naturalismus gar als Ideologie angesehen. Deshalb möchte ich hier über zwei Beispiele von Emergenz berichten, bei denen man die emergenten Eigenschaften eines Systems wirklich aus den viel einfacheren Eigenschaften seiner Konstituenten verstehen kann, und zwar nicht nur in qualitativer, rein beschreibender Weise, sondern sogar in mathematisch exakter Sprache. So wird deutlich, dass Emergenz ein sehr "natürliches" Phänomen und eigentlich immer bei komplexen Systemen zu erwarten ist.
Das erste System, was ich betrachten möchte, wird in diesem Zusammenhang häufig zitiert; es ist ein Gas wie z.B. die uns umgebende Luft. Diese besteht, wie wir heute wissen, aus vielen Atomen bzw. Molekülen. Diese haben eine Masse, besitzen zu jeder Zeit einen Ort und eine Geschwindigkeit und - was für das Zusammenspiel wesentlich wird - sie üben über ihre elektrischen Ladungen Kräfte auf einander aus. Das ist dann schon aber alles. Das Gas als Gesamtsystem zeigt andererseits eine Fülle von Eigenschaften und Phänomenen: Einem Gas kann eine Temperatur zugeschrieben werden, ebenso ein Druck, es kann in einen anderen Aggregatzustand, eine Flüssigkeit, übergehen und v.a. - das sind alles emergente Eigenschaften, die nur dem Gas als Ganzem zukommen. Einzelne Atome besitzen aber weder einen Druck noch eine Temperatur, noch gibt es verschiedene Aggregatzustände, alles dieses ergibt sich erst durch das Zusammenspiel.
Das wurde zum ersten Male thematisiert, als Daniel Bernoulli im Jahre 1738 eine Beziehung zwischen dem Druck eines Gases und dem Quadrat der Geschwindigkeit der Teilchen des Gases aufstellte. Er erklärte also die Eigenschaft „Druck“ des komplexen, aus vielen Teilchen bestehenden Systems „Gas“ durch die Eigenschaft „Geschwindigkeit“ der Konstituenten.
Bernoulli wird wohl nicht bewusst gewesen sein, dass er hier ein ganz großes Thema einläutet: Was passiert, wenn man von der Einzahl zur Vielzahl geht? Es kann etwas völlig Neues entstehen, neue Begriffe und Verhaltensweisen tauchen auf. "Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile". Diese neuen, „emergenten“ Begriffe und Eigenschaften sind aber auf der Ebene der Konstituenten gar nicht fassbar und vorstellbar.
Daniell Bernoulli war so einer der ersten Begründer der Statistischen Mechanik, eines Zweiges der Physik, in der die Eigenschaften komplexer Systeme auf die Wechselwirkung zwischen den Konstituenten zurückgeführt werden können. Die Statistische Mechanik ist so das Paradebeispiel für eine gelingende Reduktion.
Diese Reduktion wird dabei nicht nur in bildhaften Vorstellungen formuliert. Ja, die gibt es auch: Der Druck auf die Wände des Gasbehälters ergibt sich dadurch, dass die Moleküle dauernd gegen diese Wände trommeln; die Temperatur ist nur ein Maß für die mittlere Geschwindigkeit der Moleküle, je höher die Temperatur, um so höher diese Geschwindigkeit und damit die Energie, die übertragen werden kann. Das wären aber nur qualitative Aussagen. In einer exakten Wissenschaft erwartet man aber quantitative Aussagen, wie sie Bernoulli eben schon geliefert hat-in mathematischer Sprache, in der Sprache der Physik.
Hier benötigt man nun, wie der Name "Statistische Physik" schon suggeriert, Methoden aus der Mathematischen Statistik und Stochastik. Begriffe wie Zufallsvariable und Wahrscheinlichkeitsverteilung werden nun zentral: Es kann jetzt nicht darauf ankommen, welche Position und welche Geschwindigkeit die Teilchen zu jeder Zeit besitzen, in welchem "Mikrozustand" sich das Gas also in Abhängigkeit von der Zeit befindet, sondern wie sich die Teilchen "im Mittel" verhalten. Um das konkret und mathematisch behandelbar zu fassen, führt man die Wahrscheinlichkeit für das Vorliegen eines jeden Mikrozustandes ein. Und da man sich zunächst auf Systeme im so genannten thermodynamischen Gleichgewicht beschränkt, ist diese Wahrscheinlichkeit gar nicht von der Zeit abhängig. In diese Größe gehen die Eigenschaften der Konstituenten und die Kräfte zwischen ihnen ein, mit dieser Größe kann man nun alle emergenten Größen wie Druck und Temperatur definieren sowie Beziehungen zwischen diesen, so genannte Gasgesetze, streng mathematisch ableiten.
Auf diese Weise sieht man explizit: Ändert man die Kräfte zwischen den Konstituenten, ändern sich auch die Gasgesetze, ändert sich z.B. auch die Temperatur, bei der das Gas zu einer Flüssigkeit kondensiert und vieles andere. Das Phänomen der Kondensation kann sogar, wenn man die Kräfte zwischen den Konstituenten entsprechend einrichtet, völlig verschwinden. Der Zusammenhang zwischen den Eigenschaften auf der Mikroebene und denen auf der Makroebene wird so völlig transparent. Natürlich treten bei den expliziten Rechnungen oft mathematische Schwierigkeiten auf, so dass man auf Näherungen angewiesen ist, aber keiner zweifelt daran, dass dieses Programm der Reduktion funktioniert, und es wird in Forschung und Technik ausgiebig und mit Erfolg davon Gebrauch gemacht.
Eine schöne Parallele zur Statistischen Mechanik möchte ich noch kurz erwähnen. Betrachtet man als Konstituenten nicht Atome oder Moleküle, sondern „Agenten“, also Objekte, die Entscheidungen gemäß irgendeiner Strategie fällen, so entspräche einem Gas nun eine Gesellschaft von Agenten. Bei Gesellschaften kann man wie bei Gasen ein sehr komplexes, vielleicht noch komplexeres Verhalten beobachten. Eine Statistische Mechanik würde in diesem Kontext heißen, dass man versucht, komplexe Verhaltensmuster der Gesellschaft, eines Multi-Agenten-Systems also, durch Strategien der einzelnen Agenten zu erklären. Und analog zur Statistischen Mechanik der Physik würde man erwarten, dass selbst einfachste Strategien der Agenten zu sehr komplexem Verhalten der Gesellschaft führen können. Ein solcher Ansatz wird im Rahmen der so genannten Spieltheorie verfolgt, eine mathematische Disziplin, die trotz ihres Namens höchst seriös ist. Aber das ist ein ganz anderes Feld (siehe z. B. S. Johnson, emergence, The Penguin Press, 2001).
Ein zweites Beispiel von Emergenz in der Physik ist noch nicht so gut ausgearbeitet, dafür aber noch spektakulärer. Es zeigt nämlich, dass das, was wir als Realität in unserer Alltagswelt ansehen, auch eine emergente Eigenschaft ist, eine Eigenschaft, die also den Konstituenten der Materie, den Atomen und Quanten nicht zukommt.
Zur Analyse der Eigenschaften von Atomen muss man in der Physik eine ganz andere Theorie benutzen als für die Beschreibung der physikalischen Phänomene unserer alltäglichen Erfahrung. Man unterscheidet so die Klassische Physik von der Quantenphysik, erstere ist z.B. für so unmittelbare Beobachtungen wie Bewegungen auf der Erde und am Himmel sowie für elektrische und magnetische Effekte zuständig, die zweite für physikalische Objekte und Ereignisse, auf die man stieß, als man den Aufbau der Materie verstehen wollte. Hierbei nun musste man feststellen, dass die Begriffe und Gesetze der gewohnten, dann später klassisch genannten Physik nicht mehr taugen. Man sah sich gezwungen, ganz neue Objekte wie Quanten einzuführen und ganz neue Berechnungsmethoden für deren Eigenschaften, erhielt aber dadurch eine bedeutende Theorie, die Quantenmechanik, die bisher in den gut 80 Jahren ihres Bestehens alle experimentellen Prüfungen glänzend bestanden hat.
Somit sähe es nun so aus, als wenn es zwei grundverschiedene Theorien geben sollte - eine für den Mesokosmos, d.h. für Phänomene unserer unmittelbaren menschlichen Erfahrungswelt, und eine für den Mikrokosmos, für die unserem Auge unsichtbaren sehr kleinen Bestandteile der Materie. Das widerspricht eklatant unserem Gefühl für die Einheit der Natur. Auf welcher Größe der Objekte soll denn der Übergang von einer Theorie zur anderen notwendig werden und aus welchen Gründen? Es kann doch wohl nur so sein, dass der Übergang graduell erfolgen muss. Und in der Tat ist es so: Je größer ein Objekt wird, umso mehr verlieren sich spezifisch quantenmechanische Eigenschaften und Effekte, umso mehr treten die klassischen Eigenschaften hervor. Das spiegelt sich auch in den Berechnungsmethoden wider.
Es gibt nun auch klassische Eigenschaften und Vorgänge, die sich als Emergenz der Quantenphysik zeigen. Insbesondere ist das, was wir "Realität" nennen, ein emergenter Begriff. Wenn ein Objekt real existiert, besitzt es für uns auch immer einen bestimmten Ort und eine bestimmte Geschwindigkeit, egal, ob diese bekannt sind oder nicht, egal, ob diese bei einer Beobachtung gestört werden oder nicht. Genau dieses gilt nun nicht für ein Quant, für das Objekt also, das in der Quantenphysik an die Stelle eines Teilchens tritt. Nach langen, quälenden Diskussionen und gestützt auf experimentelle Nachprüfungen musste man sich dazu durchringen, dass diese so erfolgreiche Theorie, die Quantenmechanik, unseren Begriff von Realität nicht kennt.
Aus der berühmten Heisenbergschen Unschärferelation muss man nämlich folgern, dass ein Quant keinen bestimmten Ort besitzt, es sein denn, es ist gerade mit einem Messgerät für eine Ortsmessung in Kontakt gekommen. Damit ist nicht gemeint, dass der Ort z.B. lediglich unbekannt ist, nein, der Ort ist wirklich "kein Element der Realität", wie es in den einschlägigen Arbeiten heißt. Entsprechend verhält es sich mit dem Impuls. Ein Quant besitzt nur eine Art "Potential", d.h. eine Menge von Möglichkeiten dafür, was sich bei einer Ortsmessung bzw. Impulsmessung ergeben könnte. In diesem Sinne, und nur in diesem Sinne kann man von einem "unbestimmten Ort" reden, und diese Unbestimmtheit hat noch System: Man kann ein Maß dafür angeben und die Heisenbergsche Unschärferelation, die auch manchmal Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation genannt wird, drückt eine Korrelation zwischen den Unbestimmtheiten von Ort und Impuls aus.
Das ist nun wirklich schwer zu be"greifen". Auf der Ebene der mathematischen Beschreibung kann man das aber präzise formulieren und verlässlich damit umgehen, in unserer Alltagssprache steht es immer "schief herum", diese versagt hier. Ein Quant ist eben mit nichts aus unserer Welt vergleichbar, mit der Welt also, in der wir im Laufe der Evolution Erfahrungen gesammelt haben. Unsere Vorstellungskraft hat sich dabei so entwickelt, wie sie heute ist, nämlich adaptiert lediglich auf den Mesokosmos. Das hindert die Physiker aber nicht daran, die Phänomene auf der Quantenebene für praktische Zwecke auf unserer Makroebene auszunutzen: Wir erleben so heute das Entstehen einer Quantentechnologie.
Wenn man sich diese beiden Beispiele für Emergenz vor Augen hält, würde man sich nicht mehr wundern, wenn man eines Tages unser Bewusstsein auch als emergentes Phänomen wirklich überzeugend erklären könnte. Man erahnt aber auch, wie weit der Weg noch sein wird, ein Viel-Neuronenen-Systemen ist sicherlich viel komplexer als ein Multi-Agenten-System oder ein Viel-Quantensystem. Man wird aber mit der Zeit die verschiedensten emergenten Verhaltensweisen und Fähigkeiten bei solchen Systemen entdecken, vielleicht ist eine davon unsere Form von Bewusstsein.
Es gibt inzwischen viele, sehr viele Ansätze für die Erklärung des Bewusstseins, natürlich hängt die Neigung, eine bestimmte Hypothese zu favorisieren, von der Erfahrung und dem Vorwissen des Einzelnen ab. Letztlich kann die Frage aber nur empirisch entschieden werden, und eine Hypothese, die die Chance bietet, überprüft werden zu können, ist somit fruchtbarer als eine, deren Überprüfbarkeit noch gar nicht klar ist. Die Emergenz-Hypothese ist überprüfbar und es gibt auch schon genügend Beispiele für die Emergenz von neuen Verhaltensweisen und Fähigkeiten bei komplexen Systemen in der Natur.
P.S: Brüntrup hat in einem seiner Vorträge die Emergenz-Hypothese u.a. mit folgendem Satz zurückgewiesen: "Man kann etwas, was intrinsisch in sich keine mentalen Eigenschaften enthält, nicht durch bloße Konfiguration zu etwas mentalen werden lassen." Für ein Gas gilt aber gerade: Hier entsteht aus etwas (den Molekülen nämlich), was intrinsisch in sich keine "Druck"haften Eigenschaften enthält, durch Zusammenspiel etwas, was Druck ausübt, das Gas nämlich.
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Ich würde Ihrem Optimismus das Beispiel der Entropie entgegensetzen. Entropie ist eine kollektive Größe wie Druck oder Temperatur, kann aber anders als diese nicht auf die Zustände der einzelnen Teilchen zurückgeführt werden. Sie taucht buchstäblich aus dem Nichts auf, und wir müssen ihre Existenz einfach so hinnehmen.
Wenn es wahr ist, daß ein gradueller, größenabhängiger Übergang von einem (quantenphysikalischen) zum anderen (klassischen) physikalischen System existiert, dann ist es auch denkbar, daß sich noch weitere physikalische Systeme VOR dem quantenphysikalischen finden lassen (noch Kleineres beschreibend) und weitere NACH dem klassischen (noch Größeres beschreibend). (Letzteres wären z.B. die physikalischen Grundlagen für das Zusammenwirken mehrerer Universen.)
Daraus ergäbe sich für die Emergenztheorie folgende Aussage: Jedes bekannte physikalische System wird zum Emergenzphänomen, sofern sich ein andereres DAVOR-liegendes, noch kleinere Einheiten beschreibendes System nachweisen läßt. (sog. Ebrahimsche Theorie :-) )
Gut, dass Sie die Entropie erwähnen. Sie ist ein Maß für die Anzahl der Mikrozustände bei gegebenem Makrozustand, ist zwar nicht so anschaulich wie der Druck, aber sonst von gleicher Art: Ein Begriff, der den Zustand des Gases beschreibt - und eben emergiert wie der Druck. Was heißt hier "aus dem Nichts" und "einfach so hinnehmen"? In der Statistischen Mechanik führt man diesen Begriff ein und rechnet mit ihm wie mit anderen Größen auch.
Wenn ich mir die Gene anschaue, die lassen sich auch mit physikalischen/chemischen Eigenschaften beschreiben, aber zur Information, die diese Gene tragen tuen sie nichts bei. Da geht es auch auf dem physikalischen/chemischen Weg nicht weiter. Ob es dazu mal eine zufriedenstellende Erklärung gibt?
Schönes Gedankenspiel und konsequent gedacht. Eine physikalische Theorie VOR der Quantenphysik könnte die Quantengravitation werden. Man spekuliert, dass sich dann Raum und Zeit als emergente Begriffe erweisen.
Grundsätzlich glauben die meisten aber daran, dass diese Quantengravitation dann eine "Theorie für Alles" wäre, so dass es keinen unendlichen Regreß gäbe. Warten wir es ab (wenn's geht).
Wir sehen unsere Welt hierarchisch strukturiert. Im Bereich des Lebendigen etwa: Teilchen, Atome, Moleküle, Zellen, Organismen, Ökosysteme, Biosphäre. Auf jeder Stufe treten ganz neue Eigenschaften auf.
Wenn der Geist eine emergente Eigenschaft des Gehirns ist, könnte man dann auch die Harnbildung als eine emergente Eigenschaft der Niere bezeichnen?
Natürlich war das Erdachte konsequent. Meine Theorie jedoch zum Gedankenspiel abzuqualifizieren, ist unangemessen. Ich empfehle konzentriertes Nachdenken,dann fällt vielleicht auch Ihnen etwas Hübsches ein.
Wenn die vielen Zellen, aus denen die Niere besteht, eine Harnbildung nicht "kennen" und diese erst durch das Zusammenspiel der Zellen zustande kommt - ja. Und so ist es auch. Ich erinnere mich sogar, dass ein Vertreter der Emergenz-Hypothese dieses Beispiel sogar gebraucht hat in dem Satz: "Das Denken eines Gehirns ist wie die Harnbildung einer Niere." oder so ähnlich. Das ist natürlich provokativ, wir denken irgendwie gleich, da will jemand unsere Geistesfunktion banalisieren und profanisieren. Das liegt aber wohl nur daran, dass wir bestimmte Funktionen und Fähigkeiten in der Natur nicht genügend hochschätzen. Die Natur ist auf jeder Ebene und in allen Facetten bewundernswert.
"Die Natur ist auf jeder Ebene und in allen Facetten bewundernswert."
(Sarkasmus an)
Nur dann, wenn ihr ein Geist gegenübertritt, der zur Bewunderung fähig ist. So gesehen, hat die Natur die Emergenz des Geistes zum Zwecke der Selbstbeweihräucherung eingeführt. Hosianna!
(Sarkasmus aus)
Der Nieren/Urin/Hirn/Gedankenspruch stammt von Karl Vogt (1817-1895):
" [...]daß die Gedanken in demselben Verhältnis etwa zum Gehirn stehen wie die Galle zu der Leber oder der Urin zu den Nieren."
..und jetzt im Ernst:
Was ich gar nicht verstehe, ist Folgendes: Wenn auf der subvenienten Ebene (der Quanten) Eigenschaften auftreten (Dualismus von Welle und Teilchen, nicht-Lokalität, Verschränktheit, womöglich sogar Zeitlosigkeit etc.), die man auf den emergenten Ebene der mesokosmischen Realität typischerweise als "geistige" Phänomene klassifizieren würde (genauer: man würde von "spinnerten Ideen" reden) - wie passt das zusammen?
Wenn die Quanten - naiv als "Bausteine der Welt" gedacht - z.B. die Eigenschaft der Nicht-Lokalität haben, sich aber an einem Ort minifestierten können - was unterscheidet sie dann von einer gut-platonischen Idee, die ja auch keinen Ort hat, sich aber als Gedanke in meinem Kopf manifestieren kann?
Immateriell - das will mir alles immateriell erscheinen. Ist nicht "Materie" selbst etwas Emergentes?
Helmut, viellleicht hast Du ja auch Lust Dir diesen Artikel zu Gemüte zu führen. Ist zwar etwas lang, aber paßt ganz gut hier hin.
Interview mit Prof. Anton Zeilinger: »Das Denken könnte für die Welt konstitutiv sein«
... ja, so in die Richtung hatte ich auch zu denken versucht.
Danke für's Link.
Was freilich bleibt - bei mir zumindest - ist Ratlosigkeit, und keineswegs die "Bewunderung" der Natur, zu der Dr. Honerkamp fähig zu sein scheint. Fast beneide ich ihn.
Noch mehr beneide ich aber die, die die Nichtigkeit der ganzen Veranstaltung durchschaut haben. Und erst recht die, die sie überwunden haben.
Wie leicht ist es, in Worten die Substanzialität von sowohl "Geist" als auch "Materie" zu leugnen, Subjekte und Objekte als Produkt irgendwelcher Interaktionen zu behaupten, die Welt insgesamt als das Gaukelspiel eines (übel)wollenden Illusionisten zu beschreiben, der seine Spiegelkabinette im Nichts aufgestellt hat.
Und wie schwer ist es, aus diesen Kabinetten herauszukommen.
Das Unterscheiden (Essbares von Ungenießbarem, Freund von Feind, Männlich von Weiblich) ist eine „geistige“ Tätigkeit, die schon früh in der Evolution des Lebens auftaucht. Hell und Dunkel kann bereits von Pflanzen unterschieden werden, wenn sie ihr Wachstum nach dem Licht ausrichten.
Die Optimierung der Sinnesorgane ist bei uns so weit entwickelt, daß ein Weinkenner mit einem Schluck und Geruchsprobe die Herkunft und den Jahrgang des Getränks bestimmen kann. Ebenso feinste Unterscheidungen sind in allen anderen Sinnesqualitäten möglich.
Man könnte also von einer evolutionär entwickelten emergenten Fähigkeit des Nervensystems sprechen, aber damit ist das Phänomen noch nicht erklärt.
Eine physikalisch-mathematische Darstellung ist da nützlicher, sie kann in abstrakter Vereinfachung komplexe Vorgänge überschaubar machen.
Als anschauliches Beispiel soll hier der Begriff „Laterale Hemmung“ dienen, der grundlegend wichtig zum Verständnis der Gehirntätigkeit ist.
Einen Schaltplan und eine mathematische Formulierung für dieses Phänomen muß ich nicht neu herstellen, der Leser kann googln:
http://de.wikipedia.org/wiki/Laterale_Hemmung
http://www.u-helmich.de/.../2/23/236/index236.html
oder diverse Alternativen aus Schulen und Universitäten.
Richtig verstanden hat man Laterale Hemung, wenn man aus dem Schaltplan und den einfachen Berechnungen erkennt, mit welchem simplen Trick die Natur ein lebenswichtiges Problem gelöst hat.
Die symbolisch-mathematische Darstellung macht deutlich, wie im Nervensystem mit einer speziellen Verschaltungsarchitektur aus diffusen, verschwommenen Eingangssignalen durch Kontrastverstärkung Gestaltgrenzen erzeugt werden, die als Grundlage jeder Orientierung, jeder Unterscheidung und Entscheidung dienen. Der Vorgang geschieht völlig unbewußt, wir nehmen nur das Ergebnis wahr: eine Welt mit deutlichen Grenzen, unterscheidbaren Gestalten.
Die Erkenntnis der gestaltbildenden Kontrastverstärkung durch das neuronale Prinzip „Laterale Hemmung“ bestätigt die konstuktivistische Ansicht, daß die Gegenstände unserer Wahrnehmung erst in der Form innerlicher Unterscheidungen von uns selbst konstruiert werden.
In konstruktivistischem Sinn stellt auch die Systemtheorie von Niklas Luhmann die Grenzbildung bzw. Unterscheidung ins Zentrum erkenntnistheoretischer Überlegungen.
Folglich: „Laterale Hemmung“ kann als Bestandteil einer naturalistischen Erklärung von emergent-kognitiven Phänomenen (Unterscheidungen bzw. geistigen, gestaltbildenden Vorgängen) gesehen werden.
S.R.
zunächst vielen Dank für den Hinweis auf Vogt. Dann: Ich nehme der Natur diese Art von "Selbstbeweihräucherung" nicht übel. Die darf das.
Aber nun zum Eigentlichen: Der Unterschied von Quanten und platonischen Ideen ist, dass ich Quanten mathematisch fassen kann und in dieser Sprache exakte Vorhersagen über das ihr Verhalten machen kann. Und das funktioniert bis hin zu einer Quantentechnologie (siehe Zeilinger). Unsere Alltagssprache taugt nicht, um verständlich über Quanten, Materie und Substanz zu reden. Physiker können sich da in der Alltagssprache auch nur ungenau ausdrücken, wissen aber im Hinterkopf immer, dass sie sich auf die mathematische Sprache zurückziehen können und dass auf dieser Ebene alles eindeutig und konsensfähig wird. Im Alltag kommen Quanten nicht vor, so sind wir eben durch die Evolution nicht darauf hin selektiert worden, um "gewöhnlich" über Quanten zu reden.
P.S. Das, was wir in der Alltagssprache als Materie ansehen, ist eine bestimmte Form der Energie: E=mc2. Andere Energieformen sind: Wärme, Bewegung, elektrische Energie, etc. (alles immateriell - eben). Energie ist der Grundbegriff. Manche wollen ihn auf Information zurückführen, das ist aber sehr spekulativ.
Fein.
Danke für die prompte Replik. Ich bagger' mich gerade durch stinklangweilige Physikums-Vorbereitungen - suche Ablenkung, daher diese schnelle Antwort auf die Replik.
"Der Unterschied von Quanten und platonischen Ideen ist, dass ich Quanten mathematisch fassen kann und in dieser Sprache exakte Vorhersagen über ihr Verhalten machen kann."
Hm. Ich kann jetzt nicht gerade behaupten, ein grosser Platon-Kenner zu sein, aber hat er nicht die platonischen Körper, die regelmässigen Vielflächner also, für die "Ideen" des Materiellen gehalten, und sind nicht jene Vielflächner ebenso mathematisch beschreibbar, wie ein Quant? Ok, mit der Vorhersage der Eigenschaften des Feuers aus der mathematischen Struktur des Tetraeders, die ihm zu Grunde liegen soll, hapert es sicher ein wenig...
"Idee" muss ja nicht heissen: "diffus", "unvorhersagbar", "sich der Mathematisierung entziehend".
Ja, das zeigt gut, wie unsere Wahrnehmung immer eine Mischung aus äußerem Reiz, und neuronaler Verarbeitung (hier deutlich gezeigt) und aber auch neuronalem Abgleich mit Vorwissen ist. Wo ist denn etwas über diesbezügliche erkenntnistheoretische Überlegungen bei Luhmann zu finden?
N.Luhmann:Soziale Systeme, Suhrkamp 1987,
bietet eine Übersicht über die Systemtheorie. Grenzen sind für Luhmann „eine evolutionäre Errungenschaft par exellance; alle höheren Systementwicklungen und vor allem die Entwicklung von Systemen mit intern- geschlossener Selbstreferenz setzt Grenzen voraus“.
Das gilt auch für die Kategorie „Sinn“, in der das aktuelle Erleben als ständig neue Auswahl, Selektion von Komplexität, stattfindet. Sinn entsteht nach Luhmann aus Beobachtung, das heißt: Unterscheidung, Differenz.
An einer naturalistischen Erklärung seiner theoretischen Gedanken war Luhmann noch nicht interessiert.
S.R.
mit Ihrem Beitrag haben Sie aktuell schnell ein Gegengewicht zum von mir verlinkten Vortrag Brüntrups gesetzt. Mir erscheint Emergenz durchaus plausibel – wenn ich auch sehe, dass „plausibel“ allein nicht reicht. Aber wenn es mir so mulmig wird wie es mir an manchen Stellen bei Brüntrup wurde, ist das wohl auch kein Wahrheitshinweis – trotz allen unterstellten Tiefsinns.
Mulmig - sicher auch, wo ich das Fachliche nicht unmittelbar verstand. Wenn aber andere, wohl ausgewiesenere Kenner [*der Materie* ;-)] da auch ihre Verstehensschwierigkeiten haben (wie etwa H.H.Peitz), wendet sich der Verdacht gegen den Referenten – zumal deren (treffsicherere) Einwände in dem zugegeben kurzen Diskussionsausschnitt sich auf dasselbe Beispiel beziehen (konkret die Birkenspinner) wie bei mir. So dumm war mein Bauchgefühl denn doch nicht.
Eine Frage noch zur Emergenz: Man kann doch wohl auch die Entwicklung von Photosynthese über Photoreflexe, über Unterscheidung von Hell und Dunkel und Wahrnehmen von Geschwindigkeit bis hin zum Sehen recht anschaulich als Emergenz bezeichnen.
Emergenz dürfte doch auf sehr vielerlei Entwicklungen anwendbar sein. Zeilinger hat mich allerdings irritiert. Das andere drüben in meinem Blog.
Ich habe vielleicht die mathematische Beschreibung eines Quants zu sehr in den Vordergrund gestellt und das wesentliche, das Verhalten, dummerweise in den Nebensatz gesteckt. Ich sollte besser sagen: Ein Quant ist etwas, mit dem ich experimentieren (!) kann und(!) dessen Zustand ich durch einen mathematischen Ausdruck beschreiben kann. Wie der Zustand sich mit der Zeit ändert, kann ich mit einer Gleichung berechnen, und das alles funktioniert. Ich tue also etwas in der Welt und kann dieses Tun "im Geiste" (theoretisch) beschreiben, verstehen und das Weitere vorhersagen(!). Wenn ich das alles nun Idee nenne, ist das in Ordnung, aber aufgesetzt. Ursprünglich und normalerweise verbindet man aber doch mit einer Idee etwas, was nur gedacht wird und was auch nicht Protagonist einer großen Theorie ist. "Idee" ist ein "vagabundierender" Begriff, "Quant" ein sehr präziser, wobei - ich gebe zu - die Begriffsschärfe erst im Rahmen der Quantenmechanik gesehen werden kann.
vielen Dank. Vielleicht finde ich doch noch den Zugang zu Luhmann.
"Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile" trift auf das Beispiel mit der Temperatur und Druck nicht zu. Zwar hat ein Atom in dem Gas keinen Druck, aber andere Eigenschaften wie Ort und Implus. Wenn man diese nun "summiert" kommt man auf Temperatur oder Druck. Das Ganze ist also die Summe seiner Teile. Besser wäre es vielleicht zu sagen "das Ganze ist mehr als ein Teil".
Unsere (gewöhnliche) Realität hat sich als falsch herausgestellt mit der Entwicklung der Quantenphysik, wo wie auch von ihnen genannt, z.B. die Unschärferelation hergeleitet wird. Man kann bei (kleinen) Teilchen nicht den Implus und den Ort beliebig genaus messen. Nun mag man meinen die gewöhnliche Welt unterscheidet sich von der Quantenwelt, und hat Eigenschaften wie belebig genauer Ort und Implus. Das stimmt aber nicht. Für ein Auto gelten die Gesetze der Quantenphysik genauso. Nur ist ein Auto nicht "verschmiert" wegen der großen Anzahl von Teilchen. Der Aufenthaltsort kann auch mit einer Wellenfunktion beschrieben werden, doch die Unschärfe wird so klein, dass man sie vernachlässigen kann.
Und die gewöhnliche Realität hat nun nicht Begriffe vom belibig genauen Ort und Implus, hier gelten die Gesetze der Quantenphysik genauso gut. Nur man KANN(und sollte) sie vernachlässigen, und daraus die klassischen Eigenschaften machen.
Hier ist niegendwo Übersummativität zu sehen, es werden nur Eigenschaften geschaffen um sich die Arbeit mit dem System einfach zu machen, und dabei wird oft gerundet. Es treten also auf einer höhern Stufe keine neuen Eigenschaften hervor, sondern sie werden zur Übersichtlichkeit eingeführt.
Eine bessere Defintion von Emergenz, welche auch auf ihre Beispiele zutrifft, ist: Bei Emergenz lassen sich die emergenten Eigenschaften des Systems nicht _offensichtlich_ auf Eigenschaften der Elemente zurückführen, die diese isoliert aufweisen.
Somit wird Emergenz nur etwas, was die Wahrnehmung des Menschen betrifft und wie er komplexe Systeme betrachtet.
Vielen Dank, doch drei Punkte möchte ich dazu bemerken:
1) Bei der Merkregel (als solche ist dieser Satz zu verstehen, er steht ja in "") "Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile" sind mit den Teilen nicht die Impulse gemeint, sondern die Moleküle (auch wenn da "Summe" steht, die ist nicht im mathematischen Sinne als Summe gemeint). Übersetzt: Das Gas zeigt mehr als die Moleküle. Als Merkregel finde ich das immer noch gut. Dagegen wirkt "das Ganze ist mehr als ein Teil" trivial und erinnert gar nicht an den eigentlichen Witz.
2) Bzgl. der Emergenz der klassichen Realität: Man kann natürlich darüber streiten, ab wann man von einer neuen Eigenschaft spricht. Ich würde das schon als neu bezeichnen, übrigens in Übereinstimmung mit den meisten auf diesem Gebiet arbeitenden Physikern.
3) Ihrer Aussage "Bei Emergenz lassen sich die emergenten Eigenschaften des Systems nicht _offensichtlich_ auf Eigenschaften der Elemente zurückführen, die diese isoliert aufweisen." kann ich nur zustimmen. Worauf bezieht sich Ihre Charakterisierung "bessere"?
Ähm das Molekül ist bei "Gasen" schon verschieden von den in in Flüssigkeiten oder Feststoffen.
Vielleicht sehe ich das zu sehr aus der Chemiker Sicht ... aber in Feststoffen z.B. sind sie Moleküle / Atome häufig in kritallartigen Strukturen angeordnet, was in Gasen sicher nicht der Fall ist.
Auch ändern Moleküle in verschiedenartigen Zuständen auch ihre Form. Auch die einzelnen Atome sind jeweils durch die verschiedenen Temperaturen verschieden angeregtusw. .. also auch verschieden.
Insofern ist die Anfangsannahme, dass die Teile eines Gases identisch mit den in Flüssigkeiten etc. wäre nicht ganz richtig, um nicht zu sagen falsch.
Und das ist schon bei Wasserdampf z.B. so. Im flüssigen Wasser werden die Moleküle durch Wasserstoffbrücken verbunden, im Gas nicht etc.
Wir hier gerade versucht etwas Esoterik mit physikalischem Halbwissen zu mischen?
Zitat Paul Walger (alias Metaxy):
Zwei Dinge genannt d und b, machen immer das Gegenteil des anderen.
"Also machen d und b niemals das Gleiche."
"Ja."
"Wenn d nach Norden geht, geht b nach Süden."
"Ja."
"Wenn d nach Osten geht, geht b nach Westen"
"Ja."
"Wenn d rechts abbiegt, biegt b links ab."
"Jaaa!"
"Nun, wenn d nach Norden geht und nach einer Weile nach rechts abbiegt, muss also b nach Süden gehen und nach links abbiegen. Aber gehen beide dann nicht nach Osten?"
Quelle: http://paul.walger.eu/...ften/145-gegenteilig.html
Thema der Emergenz in der Physik wird sehr ausführlich beschrieben und populärwissenschaftlich dargestellt in:
Robert Laughlin "Abschied von der Weltformel", Die Neuerfindung der Physik, Piper 2007
Die Darstellung von Honerkamp ist sehr sauber und scharf. Aus der Sicht eines struktur- und organisations-orientierten Informationswissenschaftlers ist dazu anzumerken, dass die Trennung "tote Materie" und "lebender Organismus" zu wenig genau herausgearbeitet wurde. Emergenz ist für das Gas-Beispiel sauber nachvollziehbar, scheitert aber beim Übergang auf Lebewesen (Agenten). Lebendige Zellen sind wesentlich komplexer als Materie-Teilchen. Ich nenne diese ganz pauschal manchmal auch "Energoi" (=Mehrzahl von Energon). Das betrifft dann Materie im Mikro-, Meso- und Makrokosmos, aber eben nur Materie.
Für Lebewesen ist klassischerweise die Biologie zuständig und die betrachtet die Physik bekanntlich nicht ohne Grund als "reduktionistisch".
Letztlich noch komplexer ist der Mensch (mit eigenem Bewusstein). Er ist zugleich Objekt und Subjekt - und nur er.
Sehr gewagt und reduktionistisch könnte man dann die menschliche Seele als Emergenz aller Nerven sehen. Nach M.Csikszentmihalyi ist Seele wieder ein naturwissenschaftliches Phänomen: die Manisfestation aller seinen biologischen Nervenaktivitäten, also mehr als die Summe seiner Neuronen und Dendriten.
Ich weigere mich auch die Temperatur und Druck des Gases als eine Emergenz anzusehen. Jedoch kann Emergenz auch vom Gas erzeugt werden. Z.B. wenn in einem zu bildenden Protostern eine Rotation sich entwickelt. Erst durch sie wird aus einer molekularen Gaswolke entstehende Einheit stabilisiert und von der Umwelt abgesondert.
@Wolfgang Thim
Ich habe das Buch gelesen. Es ist eins von seltenen, die mir geholfen hatten, in meinen eigenen Überlegungen eine Ordnung zu schaffen. Empfehlenswert vor allem, dass es s. z. von erster Hand über die Emergenz berichtet wird. Dafür hat Robert Laughlin Physik-Nobelpreis bekommen.
Warum weigern Sie sich denn, Temperatur und Druck als emergente Eigenschaften zu sehen? Das sind doch zweifellos Systemeigenschaften, d.h. Eigenschaften, die erst beim Gesamtsystem auftauchen.
Übrigens: Herr Laughlin hat den Nobelpreis für die Erklärung des Quanten-Hall Effektes bekommen und nicht für seine eigensinnigen Vorstellungen von Emergenz. Zur Emergenz sollte man besser erst: M.Bunge, M. Mahner: Die Natur der Dinge oder G. Vollmer: Was können wir wissen? Bd.2 lesen
Sehr geehrter Hohnekamp,
Vollmer habe ich gelesen. Für anderen Tipp danke, werde mir anschauen. Es ist ja so mit den Bü-chern, man liest, man projiziert auf eigenes Wissen. Man glücklich nicht deswegen, weil man eine neue Information entdeckt hat, die vorher nicht kannte. Man glücklich, wenn die Information plötz-lich das schon vorher Gewusste in einem neuen Licht erscheinen lässt, lässt schon in Vorhandenem etwas entdecken, was man vorher nicht ahnte. Mindesten mir geht es so. Und mit R. Laughlin war es der Fall.
Ich beschäftige mich mit der Selbstorganisation, mit der Evolution sehr intensiv. Und zwar nicht aufgrund dessen, was andere dazu sagen. Anfangs hatte ich es speziell nicht wollen, weil ein Einfluss, den ich vermeiden wollte, befürchte. Jetzt ist schwerer, weil ich selbst schon eine ausgereifte Meinung dazu habe.
Sie schreiben: „Das sind doch zweifellos Systemeigenschaften, d.h. Eigenschaften, die erst beim Gesamtsystem auftauchen.“ Eine Apfelsine und eine Kiste der Apfelsinen. Hier gibt es auch neue Systemeigenschaften, wie z. B. eine Dichte der Verpackung, die eine Apfelsine nicht hat. Die Masse einer Apfelsine, die wie eine kinetische Energie eines Moleküls, ist schon vorhanden, jedoch ihre Wirkung nur in einer Kiste sich „entfaltet“. Man kann eben nicht beliebig viele Reihen der Apfelsinen übereinander legen.
Aber eigentlich will ich Ihnen zugestehen, es ist wirklich nicht so leicht zu widerlegen, wie ich an-fangs hoffte, da ich selbst der Überzeugung bin (muss jetzt vielleicht revidieren), dass ein Mehr-wert eines Systems durch die Wechselwirkungen in dem System, durch den Fluss der Information „in Kanälen“ des W-W-Netzes entsteht. Daher müsste ich Ihnen zustimmen, weil Druck und Temperatur uns die bestimmten Merkmale dieses Flusses verraten. Einen Ausweg sehe ich nur im Ausstellen einer notwendigen Bedingung zur Emergenz: es muss ein selbstorganisierendes System sein. Ein Gasballon erfüllt diese Anforderung nicht, eine kosmische molekulare Wolke schon.
Nehmen wir die Definition der Emergenz aus der Wiki: „Emergenz ist die spontane Herausbildung von neuen Eigenschaften oder Strukturen auf der Makroebene eines Systems infolge des Zusammenspiels seiner Elemente.“ Das Zusammenspiel ist eine Wechselwirkung. Also Emergenz wird als Folge, nicht gleich mit einer Wechselwirkung gleichgesetzt.
Zur Selbstorganisation einer kosmischen Molekülwolke beträgt nicht nur Austausch von der kineti-schen Energie, bzw. Drehimpulses. Hier kommt auch Gravitation in Spiel, die in Labor vernachlässigt wird. Dadurch wird das ganzheitliche Verhalten der Molekülwolke verloren. Wir werden nie in ei-nem Ballon die Emergenz der Wolke beobachten können: die zufällige Verdichtung, der durch (mögliche) Vorhandensein der dunklen Materie (der Umwelt der Wolke) stabilisiert und verstärkt wird; eingehende Wachstum des Drucks mit begleitender Rotation. Es muss hier als Emergenz nicht die Wechselwirkung (bzw. Messung von den) betrachtet werden, es muss >die Veränderung< des W-W-Netzes als Emergenz betrachtet werden: das Wachstum des Drucks/der Temperatur und der Rotationsimpulses.
Entschuldigung, in Begrüßung muss sicher Herr Honerkamp stehen...