Ordnung

Eine Frage der Verteilung

Simon Reist

• Verlag: Books on Demand
• Jahr: 2019
• ISBN drucken: 9783952157541
• eBook-ISBN: 9783952157558
• Thema: Biowissenschaften
• Thema: Wissenschaft Allgemein

Ordnung wurde bis anhin nur in bestimmten Wissensgebietendefiniert und angewendet. In Ergänzung dazu wird hier ein einfaches, allgemeines Modell der Ordnung beschrieben. Es ist nachvollziehbar und sorgfältig hergeleitet, Ursachen und Wirkungen eingeschlossen. Beispiele aus Natur, Technik und Gesellschaft machen die Zusammenhänge verständlich. Grundlage des Ganzen bildet ein allgemeines Konzept der Selektion.Weitere Informationen unter www.nanoedition.ch

1 Einleitung

Seit vier Jahrzehnten stosse ich immer wieder auf Fragen der Entstehung von Ordnung. In der Ausbildung beschäftigte mich die biologische Evolution. Nicht von Anfang an habe ich sie als eine Entwicklung von Ordnung gesehen. Denn in Zürich, meiner Ausbildungsstätte, war damals das Chaos in Mode. An der Universität wurden entsprechende Theorien diskutiert und in den Strassen gab die «Bewegung» den Ton an. Die Aufmerksamkeit galt dem Chaos und nicht der Ordnung.

Im Berufsleben stiess ich dann auf Ordnungsvorgänge in der Gesellschaft. Diese folgten auf die Einführung von Gesetzen zum Schutz der Umwelt - zum Beispiel hat sich die Abfallverwertungsbranche der Schweiz neu geordnet, infolge der Umweltschutzgesetzgebung. Dazu kamen unspektakuläre, aber stark Ordnung bewirkende umweltrelevante Verwaltungsverfahren, hinzu kamen die Wirkung betrieblicher Organisation, der Ordnungsprozess beim Aufbau einer Datenbank oder die ordnende Wirkung der Nutzung der Datenbank.

Die Sichtweise, dass unsere Vorfahren und wir alle Teile von Ordnungsprozessen sind, die inzwischen nicht nur biologische Arten, sondern auch Maschinen hervorbringen, gewann für mich dauernd an Bedeutung. Zwar haben zum Beispiel Jules Vernes in «De la Terre à la Lune», (Verne, 1865) oder E. M. Forster in «The Machine Stops» (Forster, 1909) aufgrund der Vergangenheit und Gegenwart zu ihrer Zeit eine Zukunft erahnt und beschrieben. Die Beschreibungen waren, wie wir heute wissen, teilweise erstaunlich zutreffend. Ihre Geschichten können als eine Art Voraussagen über die Entwicklung eines Systems aufgefasst werden. Die beiden waren in diesem Sinne moderne Propheten. Nie jedoch hat die Menschheit die Schriften dieser beiden als Massstab genommen, um den heutigen Stand der Technik zielbewusst anzustreben. Der heutige Stand ist einfach entstanden und entwickelt sich weiter. Eben, wie zu vermuten ist, im Rahmen von Ordnungsprozessen, von denen wir Teil sind.

Im Folgenden wird diese Sicht zum Thema Entstehung von Ordnung nachvollziehbar dargelegt. Sie enthält vermutlich die grundlegendsten Erkenntnisse, die in dieser Sache derzeitig möglich sind. Der bisher umfassendste Versuch einen Überblick herzustellen, stammt vom Astrophysiker Unsöld und ist mittlerweile bald 40 Jahre alt. Daran erkennt man, dass es kein schnelllebiges Thema ist. In seinem letzten Buch (Unsöld, 1981) hat er das naturwissenschaftliche Wissen über die Entstehung der Galaxien, der Sonnensysteme, der Erde, dem Leben auf der Erde bis hin zu den Denkstrukturen des Menschen zusammengestellt. In dieser Zusammenstellung ist ein roter Faden erkennbar: Auf all diesen Stufen findet Evolution statt. Fragen wie «Woher kommen wir, was sind wir, wohin gehen wir?» können vor diesem Hintergrund einfacher beantwortet werden. In Unsölds Zusammenstellung werden fachübergreifend immer wieder Begriffe wie Evolution, Ordnung und auch Selektion gebraucht ohne sie aber genauer einzugrenzen. Auch im Bereich der Informationstechnologie werden aktuell Programme zur Entwicklung künstlicher Intelligenz geschrieben, ohne dass diese drei Begriffe genauer geklärt sind. Brauchen wir überhaupt eine Klärung? Für jeden Wissenschafter ist ein Klärungsversuch risikoreich, da es sich um ein fachübergreifendes Unterfangen handelt, der Aufwand nicht abschätzbar, das Ziel nicht erkennbar und Kritik an vielen Fronten vorhersehbar ist. Wissenschafter im professionellen Forschungsbetrieb stehen derartigen «Arbeiten» daher skeptisch gegenüber. Weil mir diese Begriffe aber immer wieder begegnet sind, bin ich den damit zusammenhängenden Fragen in meiner Freizeit während mehrerer Jahrzehnte nachgegangen. Der vorliegende Bericht fasst das Ergebnis dieser Nachforschungen zusammen. Er präzisiert letztlich nur die drei Begriffe Ordnung, Selektion, Evolution. Diese Präzisierung ermöglicht es aber, das vermutete Muster hinter den Entwicklungsvorgängen auf kosmischer, biologischer und technischer Ebene klarer als bisher darzustellen.

Die Erstellung des Berichts hatte vorwiegend den Zweck, dem Autor Klärung zu verschaffen. Der Bericht wurde aber so verfasst, dass Leser die Ergebnisse nachvollziehen können.

2 Worum geht es?

Gemäss dem gängigen Weltmodell sind Elementarteilchen, Atome, Moleküle, Lebewesen, soziale Systeme, technische Apparate, Planeten, Sonnensysteme, Galaxien und Galaxienhaufen nicht immer dagewesen, sondern entstanden. Diese Entstehung kann man sich als einen naturgegebenen Verlauf vorstellen.

Entstehungsvorgänge haben erkennbare Gemeinsamkeiten: es sind Abläufe, die vom Chaos zum Geordneten führen, man kann auch sagen, vom Zufälligen zum Vorhersagbaren. Sie sind im Grunde nichts anderes, als physikalische Ordnungsprozesse.

Dass wir Ordnung überhaupt als etwas Besonderes wahrnehmen deutet darauf hin, dass unsere Vorfahren aus dieser Wahrnehmung einen Vorteil zogen. Ordnung ist ein Merkmal, das wir in vielen Bereichen erkennen und das unsere Aufmerksamkeit erregt.

Immer wieder gab und gibt es Versuche, gemeinsame Gesetzmäßigkeiten auf so unterschiedlichen Ebenen wie die physikalische, biologische und soziale zu finden und zu formalisieren. Ein sehr ursprünglicher Versuch dies auszudrücken wird einem unbekannten Urheber zugeschrieben und lautet etwa: «Das was unten ist, ist gleich dem was oben ist und das was oben ist, ist gleich dem was unten ist ....». Damit ist gesagt, dass er im Kleinen und im Grossen ähnliche Muster wahrgenommen hat. Vielleicht hat er mit den damaligen Mitteln Wellenmuster im Wasser und wellenförmige Wolken miteinander verglichen oder Bewegungen des Wassers in einem Fluss mit Bewegungen des Windes, der Staub aufwirbelt und dann seine Beobachtungen in einer Theorie zusammengefasst, dem obengenannten Satz. Aktuellere Beispiele für Arbeiten in dieser Richtung sind die Allgemeine Systemtheorie (Wikipedia, Systemtheorie, 2018) und die bereits erwähnte Gesamtschau von Unsöld mit dem Titel «Evolution kosmischer, biologischer und geistiger Strukturen» (Unsöld, 1981).

Besonders hilfreich bei der Suche nach ähnlichen Mustern ist die Vorstellung des Systems. Als System wird allgemein eine Gesamtheit von Elementen bezeichnet, die miteinander verbunden sind und dadurch als eine aufgaben-, sinn- oder zweckgebundene Einheit angesehen werden können, als strukturierte systematische Ganzheit (Wikipedia, System, 2018).

Prinzipien, die in einer Klasse von Systemen gefunden werden, sollten auch auf andere Systeme anwendbar sein. Als Beispiele für diese Prinzipien werden etwa Komplexität, Gleichgewicht, Rückkopplung und Selbstorganisation genannt (Wikipedia, Ludwig von Bertalanffy, 2018).

Im vorliegenden Zusammenhang interessiert das Prinzip der Selbstorganisation, da es im Unterschied zu den anderen genannten Prinzipien eine Form der Systementwicklung darstellt und in diesem Bericht letztlich Entwicklungsvorgänge von Systemen verschiedener Grössenordnungen untersucht werden.

Der Begriff Selbstorganisation wurde in den 1950iger Jahren von den Sozialwissenschaftlern W.A. Clark und B.G. Farley geprägt (Wikipedia, Selbstorganisation, 2018). Wie diese Form von Systementwicklung abläuft, ist nicht geklärt, es gibt keine anerkannte Theorie dazu. Die beiden Wissenschaftszweige Synergetik und Kybernetik untersuchen die Abläufe und verwenden zum Beispiel Rechenvorgänge, die nach einem sich wiederholenden Schema ablaufen (evolutionäre Algorithmen) zum Entwurf selbstorganisierender Systeme. Bei der Selbstorganisation gehen die formgebenden, gestaltenden und beschränkenden Einflüsse von den Elementen des sich organisierenden Systems selbst aus (Wikipedia, Selbstorganisation, 2018). Ein konkretes und immer wieder zitiertes Beispiel physikalischer Selbstorganisation bilden die Bénard-Zellen (Wikipedia, Rayleigh-Bénard-Konvektion, 2017). Durch das Erhitzen einer ölhaltigen Flüssigkeit entstehen in der Flüssigkeit sichtbare Konvektionsströme, die unter bestimmten Bedingungen Wabenform annehmen. Die Vielzahl von gleichartigen Waben wird von uns als Ordnung wahrgenommen.

Das Studium dieser Ordnung führte dazu, dass für derartige offene Nichtgleichgewichtssysteme der Begriff „dissipative Strukturen" geprägt wurde. Dissipation bezeichnet den Vorgang in einem dynamischen System, bei dem die Energie einer makroskopisch gerichteten Bewegung, in thermische Energie übergeht (Wikipedia, Dissipation, 2017). In derartigen Strukturen ist die Entstehung von Ordnung begleitet von einer Umwandlung von Bewegungsenergie in Wärme.

Laut dieser Sichtweise handelt es sich bei der Erdoberfläche um ein offenes dynamisches System, eine dissipative Struktur, auf der unter Zufuhr von Energie Ordnung entsteht. So gesehen stellt dieses offene dynamische System die Basis für die Entstehung und Evolution von Lebewesen dar. Die biologische Evolution, das heisst die Entstehung der biologischen Arten, kann somit als ein Beispiel für eine Systementwicklung betrachtet werden.

Stand des Wissens ist, dass sich dissipative Strukturen nur in offenen Nichtgleichgewichtssystemen bilden, die Energie, Materie oder beides mit ihrer Umgebung austauschen (Wikipedia, Dissipative Struktur, 2018). Und: Die Herausbildung eines Ordnungszustandes ist mit einer lokalen Verminderung der Entropie im Vergleich zu einem Bezugszustand derselben Energie verbunden (Wikipedia, Musterbildung, 2018).

Zusammengefasst haben wir ein Modell der Bedingungen, unter denen Ordnung entstehen kann: ein offenes, nichtlineares System, fern des thermodynamischen Gleichgewichts, das Materie, Energie oder beides mit der Umgebung austauscht. Wir haben ferner einen Namen dafür, wie der Ordnungsprozess abläuft: die Systementwicklung oder als Spezialfall die Selbstorganisation. Und wir haben ein makroskopisches Beispiel für diesen Prozess: die Entstehung des Lebens auf dem Planeten Erde.

Was wir nicht haben, ist eine physikalische Definition von Ordnung und wir kennen auch keinen allgemeinen Mechanismus, nach dem Ordnung entsteht.

3 Die Frage nach der Entstehung von Ordnung

Die Frage, die hier gestellt wird, heisst: Wie entsteht Ordnung?

Verschiedene Formulierungen derselben Frage erlauben es, verschiedene Aspekte zu beleuchten. Man kann die Frage auch so formulieren: Laufen Ordnungsprozesse von Fall zu Fall komplett verschieden ab, oder gibt es Gemeinsamkeiten?

Eine der Schwierigkeiten bei der Suche nach einer Antwort ist, zu definieren, was Ordnung ist. Aber: Findet man die Ursache oder die Ursachen der Ordnung, so wird möglicherweise auch die Definition von Ordnung erleichtert.

Um das Betrachtungsfeld abzustecken, werden zunächst die verwendeten Begriffe erläutert.

4 Begriffe

Neben vielen anderen kommen schon in der Einleitung Begriffe wie Ordnung, Selbstorganisation, Selektion und System vor. Sie werden untenstehend präzisiert. Für alle anderen wird auf die Liste im Glossar verwiesen.

Objekt: Alles das, was mir als wahrnehmendem Ich in der Aussenwelt aber auch in meiner Innenwelt gegenübersteht (Wikipedia, Gegenstand, 2018, abgeändert).

Ordnung: Wir nehmen etwas als Ordnung wahr oder als Unordnung. Was den Unterschied ausmacht, wissen wir nicht. Betrachten wir Bewegungen, so unterscheiden wir zwischen ungeordneten Bewegungen vieler individueller Teilchen und geordneten Bewegungen vieler Teilchen. Auch Formen können als geordnet oder ungeordnet wahrgenommen werden. Für unsere Wahrnehmung ist die gleichmässige Verteilung eine Form von Ordnung. Die Physik interpretiert diesen Zustand als mit maximaler Entropie versehen oder auch als maximale Unordnung. Eine physikalische Definition von Ordnung gibt es bisher nicht. Am nächsten kommt ihr der Begriff negative Entropie, Negentropie.

Negentropie kann als ein Mass für die Abweichung einer Zufallsvariable von einer Gleichverteilung interpretiert werden (Wikipedia, Negentropie, 2018). Im Verlauf der vorliegenden Arbeit wird eine einfache, allgemein anwendbare Sichtweise vorgeschlagen, welche auch die Unordnung oder Gleichverteilung als eine Form von Ordnung betrachtet.

Systementwicklung: Die Systementwicklung kann in Anlehnung an die Entwicklung biologischer Systeme unter zwei Gesichtspunkten betrachtet werden: Entwicklung eines einzelnen Systems (Onthogenese) oder die stammesgeschichtliche Entwicklung einer Gruppe von Systemen (Phylogenese) (Wikipedia, Systementwicklung, 2018). Eine gut dokumentierte Form einer Systementwicklung ist die bereits erwähnte Selbstorganisation. In Prozessen der Selbstorganisation werden höhere strukturelle Ordnungen erreicht, ohne dass erkennbare äußere steuernde Elemente vorliegen. Jedes Verhalten des Systems wirkt auf sich selbst zurück und wird zum Ausgangspunkt für weiteres Verhalten (Wikipedia, Selbstorganisation, 2018).

Selektion: Unter Selektion wird hier der Prozess verstanden, den man früher ausschliesslich mit «Auslese» bezeichnet hat. Von einem etwas neutraleren Standpunkt aus gesehen ist es ein Prozess der Trennung, der ähnliche Objekte oder Elemente in Gruppen auftrennt. Er ist klar abzugrenzen vom wissenschaftlichen Begriff der «natürlichen Selektion», welcher mit der biologischen Artbildung verbunden ist und darum für die vorliegende Betrachtung zu eng gefasst ist. Im Verlauf der vorliegenden Arbeit wird eine einfache, allgemein anwendbare Sichtweise von Selektion vorgeschlagen.

System: Unter einem System wird eine Gesamtheit von Elementen verstanden, zwischen denen Beziehungen bestehen (Wikipedia, System, 2018).

Variation: Variation ist in der Theorie der Entstehung biologischer Arten ein zentraler Begriff und Voraussetzung dafür, dass die natürliche Selektion wirken kann. Er bezeichnet die Tatsache, dass es zwischen Individuen einer Art kleine Unterschiede gibt. Gäbe es keine Unterschiede zwischen den Individuen einer Art, würden zum Beispiel Umwelteinflüsse nur eine Reduktion der Individuenzahl hervorrufen, jedoch keine natürliche Selektion im eigentlichen Sinne und damit keine weitere Entwicklung. In dieser Arbeit wird Variation ebenfalls als Voraussetzung gesehen, dass Selektion « greifen» kann. Variation wird allgemein als Unterschiedlichkeit von ähnlichen Objekten verstanden. Jedoch ist sozusagen naturgesetzlich vorgegeben, dass sich zwei Objekte in der Wirklichkeit oder in der bekannten Raumzeit nicht am selben Ort oder in derselben Lage befinden können. Daher sind mindestens diese minimalen Unterschiede zwischen Objekten gegeben. Sie bilden, so gesehen, eine minimale, durchwegs vorhandene Variation.

5 Vorgehen

Die angewendete Methode ist die des Vergleichens. Die gemachten Vergleiche und ihre Ergebnisse werden sprachlich gefasst und möglichst nachvollziehbar beschrieben. Die Ergebnisse sind vorwiegend qualitativ.

Um mehr Licht in die Entstehung von Ordnung zu bringen, wird zuerst der gut dokumentierte Fall der biologischen Artbildung (biologische Evolution) analysiert, mit dem Ziel, die ordnungsbildenden Wirkungen herauszuschälen.

Sodann wird untersucht, ob in einem anderen gut dokumentierten Fall der Entstehung von Ordnung, den wabenförmigen Zellen infolge von Abkühlungsprozessen, ähnliche ordnungsbildende Wirkungen wie im ersten Fall gefunden werden können.

Der dritte betrachtete Fall ist das digitale Modell eines zweidimensionalen geschlossenen Systems, in dem das dynamische Verhalten von bewegten Teilchen simuliert wird. Damit wird untersucht, ob auch bei grösster Vereinfachung ähnliche ordnungsbildende Wirkungen wie in den ersten beiden Fällen zu erkennen sind und ob sich unter diesen Umständen die entscheidenden Elemente herauskristallisieren lassen.

Aufgrund des Vergleichs dieser drei sehr unterschiedlichen Fälle wird versucht, Klarheit zu schaffen und die Frage nach der Entstehung von Ordnung zu beantworten.

Die gewonnene Interpretation der Entstehung von Ordnung wird an beispielhaften Fällen angewendet, um zu prüfen, ob sie kohärent ist.

Darauf aufbauend wird der Begriff Ordnung definiert und anhand von Beispielen angewendet.

6 Ergebnisse

6.1 Selektion als Konzept

6....

Inhaltsverzeichnis

• Das Buch
• Der Autor
• Zusammenfassung
• Inhaltsverzeichnis
• 1. Einleitung
• 2. Worum geht es?
• 3. Die Frage nach der Entstehung von Ordnung
• 4. Begriffe
• 5. Vorgehen
• 6. Ergebnisse
• 7. Einordnung der Ergebnisse
• 8. Antwort auf die Frage nach der Ursache von Ordnung
• 9. Neue Fragen und Ausblick
• 10. Anhang
• 11. Glossar
• 12. Literaturverzeichnis
• Weitere Informationen
• Impressum