Emergenz

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.

Veröffentlicht von

Josef Honerkamp war mehr als 30 Jahre als Professor für Theoretische Physik tätig, zunächst an der Universität Bonn, dann viele Jahre an der Universität Freiburg. Er hat er auf den Gebieten Quantenfeldtheorie, Statistische Mechanik und Stochastische Dynamische Systeme gearbeitet und ist Autor mehrerer Lehrbücher sowie des Sachbuchs: "Die Entdeckung des Unvorstellbaren". Nach seiner Emeritierung im Jahre 2006 möchte er sich noch mehr dem interdisziplinären Gespräch widmen. Er interessiert sich insbesondere für das jeweilige Selbstverständnis einer Wissenschaft, für ihre Methoden sowie für ihre grundsätzlichen Ausgangspunkte und Fragestellungen und kann berichten, zu welchen Ansichten ein Physiker angesichts der Entwicklung seines Faches gelangt. In seiner "Freizeit" versucht er, im klassischen Stil zu komponieren und seine Kompositionen auch mit Hilfe moderner Software zu produzieren. Insgesamt versteht er sich heute als Physiker und "wirklich freier Schriftsteller und Tonsetzer".

45 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Entropie und Emergenz

    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.

  2. weitergedacht

    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 🙂 )

  3. @Lars Fischer

    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.

  4. Information

    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?

  5. @Ebrahim

    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).

  6. Hierarchische Strukturen

    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?

  7. @ J. Honerkamp, Moment mal!

    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.

  8. @Balanus

    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.

  9. @ Honerkamp

    „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.“

  10. @ Honerkamp

    ..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?

  11. @ Huhn – Link zu Zeilinger

    … 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.

  12. Grenzen der Erkenntnis

    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.

  13. @Wicht

    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.

  14. @ Honerkamp

    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“.

  15. @Steffen Rehm

    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?

  16. @Josef Honerkamp

    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.

  17. Danke, Herr Prof. Honerkamp,

    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.

  18. @Wicht

    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.

  19. Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile

    „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.

  20. @metaxy

    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“?

  21. @Gas

    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?

  22. Grenzen einfacher Annahmen, Emergenz – oder „Was ist _das_ Gegenteil?“

    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

  23. Emergenz

    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

  24. Emergenz von Josef Honerkamp

    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.

  25. Emergenz

    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.

  26. @Irena Pottel

    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

  27. @Josef Honerkamp

    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.

  28. Druck

    Ist der Druck einer eingesperrten Menge von Gasatomen oder Molekülen wirklich eine emergente Eigenschaft? Habern wir in der Realität nicht einfach Moleküle oder Atome, die sich mit einer bestimmten geschwindigkeit bewegen, die untereinander wechselwirken, und dies auch mit der umhüllenden Materie tun? Kenne ich den Zustand(svektor) jedes einzelnen Partikels, so ist doch das System eindeutig bestimmt. Wozu brauch ich da noch den Druck?
    Der Druck ist doch viel mehr Teil eines mentalen Modells, das mit Hilfe statistischer Methoden, oder Messungen zu gemittelten Ergebnissen kommt. Messe ich denn z.B. wirklich den Druck, oder nur die Wechselwirkungen der Partikel mit meiner Messeinrichtung?
    Gibt es in der Realität „da draußen“ also wirklich so etwas wie „Druck“oder verdankt er seine Existenz nur unseren Vorstellungen von der Welt?

  29. autopoietiker

    Natürlich messe oder fühle ich doch in unserer Welt der mittleren Dimensionen den Druck (wie auch z.B. die Temperatur, die Härte oder die Viskosität). „Da draußen“ bzw. „da unten“ gibt es keinen Druck. Das ist eine Systemeigenschaft, die wir erst auf unserer Ebene der Komplexität messen bzw. beobachten. Das ist natürlich ein epistemischer Begriff, d.h. „verdankt seine Existenz nur unseren Vorstellungen von der Welt.“. Trotzdem ist es ein Begriff, der nur dem System zukommt und nicht den Konstituenten, daher emergent.
    Emergente Phänomene (siehe den gleichnamigen Artikel) sind dagegen unabhängig von unseren Vorstellungen von der Welt: Wasser gefror sicherlich schon vor der Menschwerdung, und konnte dadurch Steine spalten; für die einzelnen Konstituenten gibt es diesen Vorgang nicht.

  30. Emergentiker, lest „More is different“

    Einen Meilenstein in der Reduktionismus/Emergenzdiskussion setzte P.W.Anderson, der Guru der Festkörperphysik, mit seinem Artikel:
    More is different.
    Hauptthese: Selbst wenn sich Phänomene auf der Makroebene „reduzieren lassen“, also durch die Elementarphysik erklärbar sind, kann die Makroebene nicht aus den Elementargesetzten „konstruiert“ werden. Es tauchen also beim Übergang vom Elementaren zum Komplexen Phänomene auf, die nach eigenen Gesetzen rufen und die für jeden überraschend sind. Hat also die Wissenschaft X (z.B die Chemie) als Basis die Wissenschaft Y (z.B. die Physik der Elektronenhülle), so gilt
    (Zitat)„But this hierarchy does not imply that science X is „just applied Y*“ At each stage entirely new laws, concepts, and generalizations are necessary, requlring inspiration and creativity to just as great a degree as in the previous one.“

    Und dann kommt er auf die Entdeckung der Symmetriebrechung zu sprechen.

    Bei der Symmetriebrechung überschreitet ein System einen kritischen Punkt und entwickelt sich dann entlang eines Pfades einer Bifurkation.

    Ein bekanntes Beispiele von (spontaner) Symmetriebrechung ist die Ausbildung von Bezirken einer orientierten Magneisierung (Weiss-Bezirke) in Eisen unterhalb der Curie-Temperatur.

    Hier das Zitat aus der Wikipedia:
    „For ferromagnetic materials, the underlying laws are invariant under spatial rotations. Here, the order parameter is the magnetization, which measures the magnetic dipole density. Above the Curie temperature, the order parameter is zero, which is spatially invariant, and there is no symmetry breaking. Below the Curie temperature, however, the magnetization acquires a constant nonvanishing value, which points in a certain direction (in the idealized situation where we have full equilibrium; otherwise, translational symmetry gets broken as well). The residual rotational symmetries which leave the orientation of this vector invariant remain unbroken, unlike the other rotations which do not and are thus spontaneously broken.“

    Die Symmetriebrechung zeigt für mich besonders gut, dass die Eigenschaften eines Systems vom Entwicklungspfad, der Historie des Systems abhängig sind.

    Dass das entstandene System physikalisch erklärbar ist bedeutet nicht dass wir das System (ohne weiteres) voraussehen können.

  31. Anderson /@Martin Holzherr

    Danke für den Link zu diesem Artikel.

    Sie schreiben:

    »Dass das entstandene System physikalisch erklärbar ist bedeutet nicht dass wir das System (ohne weiteres) voraussehen können.«

    Wenn der „Guru der Festkörperphysik“ das so sagt, mag man kaum widersprechen.

    Aber intuitiv würde man meinen, dass wir nur aufgrund mangelnden Wissens über die Eigenschaften der Teile nicht vorhersagen können, welche Eigenschaften das aus diesen Teilen zusammengesetzte System haben wird.

    Wasser z.B. hat unter den gleichen Bedingungen immer die gleichen Eigenschaften, es „emergiert“ also immer das Gleiche, wenn Sauerstoff mit Wasserstoff reagiert. Das deutet doch hin auf einen naturgesetzlichen Prozess, den wir bloß nicht verstehen (können?). Oder nicht?

  32. @Balanus

    Bei Andersons Essay ist allerdings zu beachten, dass dort zunächst eine Sprechweise einführt wird, die sich schlusendlich nicht durchgesetzt hat. Nicht einmal bis zum Ende seines Artikels.

    Was er als „reductionist hypothesis“ bezeichnet, bedeutet eigentlich nur die Forderung, dass „alles mit rechten Dingen zugeht“. Dies zu betonen war 1972 bestimmt noch wichtiger als heute, um sich nicht dem unberechtigten Vorwurf auszuliefern, man betreibe Esoterik.

    Und was Anderson „constructionist hypothesis“ nennt, ist das, was inzwischen gemeinhin unter Reduktionismus verstanden wird. Man beachte aber, dass er auch schreibt (Hervorhebung von mir):

    The arrogance of the particle physicist and his intensive research may be behind us (the discoverer of the positron said „the rest is chemistry“), but we have yet to recover from that of some molecular biologists, who seem determined to try to reduce everything about the human organism to „only“ chemistry, from the common cold and all mental disease to the religious instinct.

    Bei konsequenter Einhaltung der sprachlichen Vorgaben hätte es hier lauten müssen, „… who seem determined to try to construct everything about the human organism from „only“ chemistry …„. Das „reduce“ an dieser Stelle entspricht wohl mehr unserem natürlichen Sprachempfinden.

    »Wasser z.B. hat unter den gleichen Bedingungen immer die gleichen Eigenschaften, es „emergiert“ also immer das Gleiche, wenn Sauerstoff mit Wasserstoff reagiert.«

    Da „emergiert“ eigentlich gar nichts. Von Emergenz sollte man konsequenterweise nur reden in Situationen, wo zwei hierarchisch geordnete Beschreibungsebenen für ein und dasselbe Phänomen vorliegen. Wenn nun Germknödel andere Eigenschaften zeigen als Germ und Knödel jeweils für sich allein, dann ist das Ausdruck einer einer Trivialität, die mit unterschiedlichen Beschreibungsebenen — und folglich mit Emergenz — im strikten Sinne nichts zu schaffen hat.

  33. Emergenz

    Tut mir leid, ich kann dem Emergenz-Gedanken nichts abgewinnen. Es scheint mir ein verfehltes Konzept zu sein. Zum einen scheitert er schon an seiner Grundvoraussetzung: Dem Systemgedanken. Es gibt im Universum keine Systeme!
    Ich weiß, das klingt jetzt etwas „esoterisch“, aber was soll das sein, ein System? Nun, ich hab‘ Kybernetik studiert, und Systemtheorie, von daher sind mir die Begriffe sehr wohl vertraut, aber wenn man es sich doch genau überlegt sind die einzigen „Realitäten“ doch Wechselwirkungen zwischen offenen Strukturen. Die Wahl von Systemgrenzen sind im Wesentlichen nur den Konventionen unserer Wahrnehmung geschuldet, sie sind „konstruiert“. Die Wechselwirkung der Gravitation durchflutet das ganze Universum und macht an keinen „Systemgrenzen“ halt. Natürlich bedeutet dies nicht, dass das Universum unstrukturiert ist, im Gegenteil, die Art der Wechselwirkungen strukturiert das Universum. Und natürlich evolviert es auch, je nach Strukrurbildung entstehen neue komplexere Arten der Wechselwirkung, aber diese „emergieren“ nicht, sondern sind eng mit der Struktur und ihren Bausteinen verknüpft. Es gibt also keine Systemebenen sondern nur unterschiedliche Komplexitätsebenen.
    Natürlich gibt es die „Klassiker der Emergenz“. Z.B. Bewusstsein. Wie kann es nur möglich sein, dass aus „toter Materie“ Bewusstsein entsteht. Es scheint doch klar zu sein, dass Neuronen kein Bewusstsein haben, und Bewusstsein nur auf der Makro-Ebene des Gehirns „emergiert“.
    Irgendwie macht man es sich da doch zu einfach. Man versteht noch nicht wirklich, wie Bewusstsein entsteht, da nimmt man als Erklärung einfach an, es würde ein emergentes Phänomen vorliegen. Problem gelöst! Wirklich?

    So ganz glücklich ist man damit aber auch nicht, denn man muss aufgrund des Systemgedankens mit solchen Begriffen wie Aufwärts-und Abwärtsdetermination hantieren.

    Der Schlüssel für das verständnis von bewusstsein scheint mir jedoch im verständnis der Struktur des Gehirns zu liegen. Und da gibt es eben nicht nur zwei Systemebenen, sondern vielleicht hunderte von Strukturen unterschiedlicher Komplexität, die jeweils aufgrund ihres Komplexitätsgrades miteinander wechselwirken. Und irgendwo in diesem System werden aus ursprünglich einfachen elektrischen Impulsen komplexere elektromagnetische Wellen, die entsprechend wieder die Signalübertragung modulieren können. Das was wir als Bewusstsein empfinden ist dann eben eine Folge von sehr komplexen Wechselwirkungen innerhalb einer evolutionär sich entwickelnden Struktur.

    Aber nirgends auf diesen vielen Zwischenstufen der immer komplexer werdenden Wechselwirkungen gibt es so etwas wie Emergenz.

    Natürlcih ist dieser Ansatz „reduktionistisch“. Was denn auch sonst? Aber er ist auf der anderen Seite auch holistisch, weil er letztlich die Existenz von Systemen und Systemgrenzen bestreitet.

    Aber das Unbehagen an dem reduktionistischen Ansatz kommt doch immer noch aus der Idee, dass „Geist“ und „Seele“ etwas göttliches seien, welches doch nichts mit der „weltlichen“ Materie zu tun haben sollte.
    Aber man muss es gerade anders herum sehen. Materie ist ein „Wunderstoff“, welcher in der „richtigen“ truktur wahre Wunderdinge vollbringen kann.

    Diese Wunderdinge entsehen dann auch in Situationen, die entfernt vom Gleichgewicht stattfinden. Stichwort dissipative Systeme und Selbstorganisation. Auch da sehe ich keinen Grund von Emergenz zu sprechen, sondern nur von Strukturbildung und der Entstehung von komplexeren Wechselwirkungen. Im Übrigen zeigt sich ja gerade bei diesen Beispielen, dass es der Offenheit bedarf um entsprechende Strukturen entstehen zu lassen.

  34. Emergenz und Systematik

    Emergente Phänomene (siehe den gleichnamigen Artikel) sind dagegen unabhängig von unseren Vorstellungen von der Welt: Wasser gefror sicherlich schon vor der Menschwerdung, und konnte dadurch Steine spalten (…)

    Für den Systematiker sind Aussagen über eine Sache oder über einen diesbezüglichen Verhalt immer zuerst Aussagen einer Person(enmenge) oder einer Menge von Erkenntnissubjekten über eine Sache oder über einen diesbezüglichen Verhalt.

    Im Zitat wird das auch daran deutlich, dass ’sicherlich‘ eine Art Wahrscheinlichkeitsangabe zu sein scheint, wir die Zeitangabe ‚vor der Menschwerdung‘ haben und ‚Wasser‘, ‚frieren‘, ‚Steine‘ und ’spalten‘ Humanangaben sind. – Rein epistemologisch betrachtet. [1]

    Es ist unmöglich Aussagen über Zustände zu machen, wenn keine aussagenden Erkenntnissubjekte vorhanden sind. Zwischen Zuständen und Erkenntnissubjekten bestehen Relationen, also das was man Wissen oder Erkenntnis oder Wissenschaft nennt.

    MFG
    Dr. W (der bisher den Emergenz-Begriff immer als „Auftauchen von Theorien“ verstanden hat)

    [1] welche Strukturen wirklich vorhanden sind, in den ‚mittleren Dimensionen‘ und anderswo, ist unklar; noch unklarer scheint zu sein welche Strukturen vorhanden waren

  35. @autopoietiker

    Natürlich konstruieren wir die Systeme. Sollte ich von Systemebenen geredet haben, dann immer im Sinne von Systemen, die wir auf einer bestimmten Komplexitätsebene betrachten d.h. konstruieren können. (Dabei ist der Begriff Komplexitätseben natürlich auch konstruiert und überdiese höchst vage). 400 Jahre Physik haben gezeigt, dass solch ein Konstruieren von Systemen zu verlässlichen Erkenntnissen führt. Es wird auch nicht von emergierenden Wechselwirkungen gesprochen sondern von emergierenden Eigenschaften oder Phänomenen.
    Sie reden ja auch von dem „Klassiker der Emergenz“, z.B. Bewusstsein. Da habe ich nie daran gedacht, dass man hier Emergenz als Erklärung sieht, sondern nur als Aufforderung, es zu verstehen. Ich sehe hier den Begriff also als fruchtbare Hypothese, weil ich wie sie denke: „Materie ist ein „Wunderstoff“, welcher in der „richtigen“ Struktur wahre Wunderdinge vollbringen kann.“ Ich würde nur statt „Struktur“ das Wort „Zusammenspiel“ sagen, das fast wie Wechselwirkung klingt. Für einen Physiker ist der Begriff Wechselwirkung (WW) aber durch Gravitations-, elektromagnetishce ,,, usw. WW belegt. Sie scheinen damit freier umzugehen.
    Ich kann sie (fast) verstehen, wenn sie dem Begriff „Emergenz“ nichts abgewinnen können. Man kann das entsprechende Phänomen auf epistemischer wie ontologischer Ebene auch anders nennen oder für so selbstverständlich halten, dass man es nicht explizit mit einem Namen belegt. So hatte ich auch in meinem Artikel „Emergente Phänomene“ geschrieben: „Ein Fachwissenschaftler, der nur philosophiert, um in der Landschaft seiner Begriffe Ordnung, Konsistenz und Übersicht herzustellen, fragt sich natürlich, zu welchem Zwecke er den Begriff der Emergenz braucht. Eigentlich braucht er ihn nur, um darauf hinzuweisen, dass auch höchst komplexe Phänomene durch das Zusammenspiel materieller Objekte entstehen können und damit auf einfache Ursachen zurückführbar sind.“ Emergenz ist ein Begriff, der nicht für die Naturforschung selbst wichtig ist sondern ein Phänomen bei der Naturerkenntnis beschreibt, er ist quasi ein Metabegriff.
    Meine Erfahrung ist die, dass ich mit dem Begriff bei mir eine bestimmte Ordnung im Kopf herstelle. Andere mögen eine andere Ordnungsstruktur bevorzugen.

  36. Andersons Reduktionen /@Chrys

    Danke für den Warnhinweis zum Anderson-Essay. Was Sie dabei ansprechen, wäre mir gar nicht aufgefallen.

    Ich verbinde mit dem Begriff „Reduktion“ ohnehin vor allem die ontologische Reduktion, eine Auffassung, die ja eng mit der »Forderung, dass „alles mit rechten Dingen zugeht“«, zusammenhängen dürfte.

    So eine Formulierung wie diese hier von Anderson:

    The ability to reduce everything to simple fundamental laws does not imply the ability to start from those laws and reconstruct the universe.

    könnte auch aus meiner Feder stammen (im Prinzip wenigstens ;-).

    Wobei ich natürlich schon denke, dass man diese Rekonstruktion im Prinzip leisten könnte (die „dumme“ Natur hat’s ja vorgemacht).

    »Da „emergiert“ eigentlich gar nichts.«

    Genau! Und bei den »hierarchisch geordnete[n] Beschreibungsebenen« in Bezug auf ein bestimmtes Phänomen eigentlich auch nicht. Ist aber trotzdem ein schöner Begriff. Der eine Menge verschiedener Bedeutungen „tragen“ kann. Wie viele andere Begriffe auch (z. B. Reduktion). Aber das hatten wir ja schon 😉

  37. @Balanus / Rekonstruktionen

    »Wobei ich natürlich schon denke, dass man diese Rekonstruktion im Prinzip leisten könnte (die „dumme“ Natur hat’s ja vorgemacht).«

    Die Natur macht auch vor, wie sich Sandkörner zu Sandhaufen organisieren lassen, doch manche Philosophen holen sich beim Versuch der Rekonstruktion von Sandhaufen aus Sandkörnern noch immer nur Beulen an den Verstand.
    http://plato.stanford.edu/entries/sorites-paradox/

    Es scheint mir daher etwas gewagt, angesichts des status quo bei der philosophischen Rekonstruktion von Sandhaufen die Möglichkeit einer prinzipiell erfolgreichen Rekonstruktion für weniger übersichtliche Szenarien erhoffen zu wollen.

  38. @Chrys

    Der menschliche „Geist“ ist eben beschränkt. Vielleicht könnte es der Laplacesche Dämon. Von einem beliebigen Startpunkt aus würde mit jeder (Re)konstruktion eine der unzähligen möglichen Welten entstehen.

  39. @Balanus

    »Der menschliche „Geist“ ist eben beschränkt. Vielleicht könnte es der Laplacesche Dämon.«

    Tja, in der allerhöchsten Not sucht dann offenbar auch ein hartgesottener Reduktionist die Hilfe von Dämonen 😉

  40. Es gibt einen zusätzlichen Faktor, auf den man im Zusammenhang mit der Emergenz neuer Eigenschaften eines Sytems nicht verzichten kann.
    Dieser Faktor liegt immer außerhalb des Systems und die emergenten Eigenschaften entstehen erst im Zusammenspiel der Konstituenten eines Systems mit Einflüßen die von außen kommen. Daher ist jeder reduktionistische Versuch solch neuen Eigenschaften zu erklären sinnlos

  41. Wie sich Leben und Geist von der Materie emanzipieren

    In der Wissenschaft wird noch häufig die These vertreten, dass die Materie das Leben und den Geist hervorbringt. Der Philosoph Daniel Dennett vertritt die These, dass Leben und Geist höhere Beschreibungsebenen sind. Das impliziert, dass Leben und Geist auch im Prinzip durch die sie hervorbringende Materie beschrieben werden kann. Betrachtet man nur den status quo von Leben und Geist und klammert ihre Entwicklung erst einmal aus, dann ist diese Vorstellung weitgehend richtig. Die materiellen Strukturen, die Leben und Geist hervorbringen, sind hoch redundant. Deshalb können indeterminierte Ereignisse ihre Funktionen in der Regel nicht verändern. Es ist aber nicht auszuschließen, dass das in seltenen Fällen doch geschieht. Da indeterminierte Ereignisse nach der gängigen Interpretation der Quantentheorie keine Ursachen haben, stößt der Reduktionismus und natürlich auch die klassische Physik an ihre Grenzen. Die Pragmatiker kümmert das nicht und sie sind damit auch sehr erfolgreich bei der reduktiven Erklärung von Leben und Geist. Die Theoretiker ziehen dagegen aus den seltenen indeterminierten Ereignissen den Schluss, dass Leben und Geist nicht reduktiv erklärbar sind.

    Betrachtet man auch die Entwicklung des Lebens, dann ergibt sich ein anderes Bild. Da die steuernde Struktur des Lebens, die DNA (und auch sehr wahrscheinlich ihre Vorgänger) sehr empfindlich für indeterminierte Ereignisse sind, entstehen immer wieder neue Varianten, die den Phänotyp verändern. Sind diese vorteilhaft für das Überleben und die Reproduktion werden sie selektiert und andernfalls eliminiert. Dadurch entstehen neue stark emergente Eigenschaften. Unter stark emergenten Eigenschaften verstehe ich solche, die nicht vorausgesagt und auch nachträglich nicht reduktiv erklärt werden können. Das Leben gewinnt damit eine Eigendynamik und verdient deshalb auch einen eigenständigen ontologischen Status. Man kann nun die Blickrichtung umkehren und sagen: Das Leben formt die tote Materie zu seiner Realisierung. Leben ist deshalb mehr als eine höhere Beschreibungsebene: es ist eine höhere Organisationsebene mit stark emergenten Eigenschaften.

    Ähnliches gilt für die Entwicklung des Geistes. Auch wenn die steuernde Struktur des Geistes, das neuronale Netzwerk unseres Gehirns, sehr unempfindlich für indeterminierte Ereignisse ist, erbt es gegenüber der toten Materie die starke Emergenz des Lebens. Seine Funktion erhält es durch Lernprozesse bei der Interaktion mit der Welt und besonders anderen geistbegabten Wesen. Man kann nun auch hier die Blickrichtung umkehren und sagen: Der Geist formt die lebende Materie zu seiner Realisierung. Damit gewinnt auch der Geist eine Eigendynamik und verdient einen eigenen ontologischen Status. Hatte also Descartes mit seiner res cogitans doch recht? Nicht wirklich! Bei Descates ist die res cogitans ein ontologisch selbständiges Phänomen. In der hier vertretenen Sichtweise ist der Geist eng verwoben mit der Materie. Er braucht die lebende Materie für seine Realisierung und er braucht seine Realisierer um kausal wirksam zu werden. Der Geist ist demnach eine weitgehend schwach emergente also im Prinzip weitgehend reduktiv erklärbare Eigenschaft der lebenden Materie und zugleich eine stark emergente also nicht reduktiv erklärbare Eigenschaft der toten Materie. Damit ist auch der Geist eine höhere Organisationsebene und nicht nur eine höhere Beschreibungsebene der Materie.

    Wolfram Friedrich
    wfried@t-online.de
    Januar 2015

  42. Hallo,
    Das Problem ist die Komplexität. Die der Sache und der diffusen Beliebigkeit der Termini. Emergenz und Leben! Großartige Begriffe ohne festen Inhalt. Die Basen einer DNA sind tote Moleküle, wenn sie nicht im Zellverbund organisch aktiv sind. Gegenüber ihren Atomen, die sie konfigurieren sind sie emergent wie das Genom gegenüber einer DNA emergenter ist. Das Lebendige ist gegenüber dem Toten emergenter, weil komplexer strukturiert. Die Organisation der Struktur ist das Wesensmerkmal des Lebens. Und diese Organistion leistet der Geist, – oder die Energie des Geistigen inform von lebendigen Aktivitäten, die humeral oder neural sein können; die aber auf jeden Fall geeignet sein müssen, den sie zu versorgenden Organismus durch sinnfällige Organisation am Leben zu erhalten. Der Unterschied zwischen Leben und Tod, – oder zwischen Materie und Geist -, ist allein derer physiologisches Verhältnis zueinander.

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