Quelltext der Seite Synergetik

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Die '''Synergetik''' ist die Lehre vom Zusammenwirken von Elementen gleich welcher Art, die innerhalb eines [[Komplexität|komplexen]] dynamischen [[System]]s miteinander in [[Interaktion|Wechselwirkung]] treten (bspw. Moleküle, Zellen oder Menschen). Sie erforscht allgemeingültige Prinzipien und Gesetzmäßigkeiten des Zusammenwirkens (auch [[Synergie]] genannt), die universell in [[Physik]], [[Chemie]], [[Biologie]], [[Psychologie]] und [[Soziologie]] vorkommen und liefert eine einheitliche mathematische Beschreibung dieser Phänomene.
Die spontane Bildung synergetischer Strukturen wird als [[Selbstorganisation]] bezeichnet.

Die Synergetik ist in den 1970er Jahren aus der [[Statistische Physik|statistischen Physik]] der [[Nichtgleichgewichtssystem]]e hervorgegangen ([[Hermann Haken (Physiker)|Hermann Haken]]) und behandelte demgemäß zunächst rein physikalische Systeme, deren bekanntestes der [[Laser]] als zentrales Beispiel für kollektives Verhalten ist. An diesem beispielhaften System der Selbstorganisation fern dem [[Thermodynamisches Gleichgewicht|thermodynamischen Gleichgewicht]] konnten die wesentlichen Prinzipien, wie das Prinzip der Ordnungsparameter, das [[Versklavungsprinzip]] und der Zusammenhang mit der Theorie der [[Phasenübergang|Phasenübergänge]] entwickelt werden.

Das Prinzip der Ordnungsparameter besagt, dass das Verhalten, also die Dynamik, der Systemteile eines komplexen Gesamtsystems durch einige wenige Ordnungsparameter bestimmt wird. Damit findet, verglichen mit der Komplexität bei der Betrachtung eines Einzelsystems, eine erhebliche Informationskomprimierung statt. Denn zur Verhaltensbeschreibung des Gesamtsystems reicht es, abhängig vom Ordnungsparameter-Raum einige wenige Gleichungen aufzustellen, die das Gesamtsystem beschreiben.

Durch die grundlegende Ähnlichkeit aller Systeme, die sich unabhängig von der konkreten Wechselwirkung aus vielen Konstituenten zusammensetzen, konnten die entwickelten Methoden auf viele andere Bereiche ausgeweitet werden. In der Chemie ist das bekannteste Beispiel die [[Belousov-Zhabotinsky-Reaktion]], bei der man räumliche und zeitliche Muster beobachten kann.

Weitere Beispiele sind:
* [[Bénard-Experiment|Bénard]]- und Taylorinstabilität
* [[Wolke]]n[[Musterbildung|muster]]
* Hirnströme ([[Elektroenzephalografie|EEG]])
* [[Chemotaxis|chemotaktische Aktivität]] des [[Schleimpilz]]es
* [[Räuber-Beute-Modell|Räuber-Beute-Systeme]]
* [[öffentliche Meinung]]sbildung

Synergetik wurde durch ihre breite Anwendbarkeit in [[interdisziplinär]]en Bereichen teilweise auf ein
[[Schlagwort (Sprachwissenschaft)|Schlagwort]] reduziert, das nicht mehr als eine Gemeinschaftswirkung [[Bedeutung (Sprachphilosophie)|bedeutet]], die über die [[Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile|Summe der Leistungen der Einzelnen]] hinausgeht. Die Synergetik ist jedoch eher eine mathematisch exakt formulierte Theorie als eine philosophische oder wissenschaftstheoretische Position.

== Synergetik nach Haken ==
=== Lasertheorie ===
[[Hermann Haken (Physiker)|Hermann Haken]] entwickelte in den 1960ern eine Lasertheorie, welche als eine Theorie komplexer Systeme, im Speziellen als eine Theorie der [[Selbstorganisation]] aufgefasst wird – also der Entwicklung von Systemzuständen ohne äußeren Zwang (selbstorganisiert), die zudem nicht präzise [[Prognose|vorhergesagt]] werden können. Ein Ziel dieser Theorie ist es, den zeitlichen Verlauf der Atomzustände berechnen und mit einer möglichst hohen Wahrscheinlichkeit das zukünftige Verhalten der Lasermedium-Atome vorhersagen zu können.

Allgemein werden einzelne Zustände von Systemen oft mittels [[Differentialgleichung]]en beschrieben. Durch die Verhältnissetzung der jeweiligen [[Zustandsgleichung]] mit ihrer zeitlichen [[Differentialrechnung#Ableitung als eine Funktion|Ableitung]] kann, bei vollständiger Kenntnis des gegenwärtigen Zustandes, theoretisch jeder mögliche zukünftige Zustand berechnet werden. Bei komplexen Systemen wie jenem aus Licht und Medium sind die Gleichungen jedoch häufig gekoppelt, d. h., die Wechselwirkungen der Atome werden durch die gegenseitige Abhängigkeit der Variablen in den Gleichungen in mathematische Formeln „übersetzt“. Mit den Methoden der [[Physik#Theoriengebäude|fundamentalen physikalischen Theorien]] können die Differentialgleichungen für solch komplexe Systeme nicht gelöst werden, weil diese Methoden im Gegensatz zur [[Statistische Physik|statistischen Physik]] größtenteils Lösungen für verhältnismäßig einfache Systeme mit wenigen Bestandteilen entwickelt haben.

Speziell bei Lasersystemen ist der entscheidende [[Phasenübergang]] (Zustandswechsel) von Licht mit einer Überlagerung von zahlreichen [[Wellenlänge]]n in Laserlicht die sog. [[Laserschwelle]]: Wird jene überschritten, beginnen die Atome des Lasers damit, im Gleichtakt zu [[Phase (Schwingung)|schwingen]] und Licht von nur annähernd [[Monochromatisches Licht|einer Wellenlänge]] auszusenden. Der annähernde Gleichtakt der Atomschwingungen im Laserlicht ermöglicht hierbei eine erste Vereinfachung der Berechnung der Differentialgleichungen, da die Lichtwellen nicht viele verschiedene Wellenlängen, sondern annähernd eine einzige besitzen. Hierdurch werden für die Auflösung der Differentialgleichungen zur Beschreibung der möglichen Systemzustände zu einem bestimmten Zeitpunkt lediglich drei Variablen benötigt:
* <math>b_\lambda</math> beschreibt die zeitabhängigen [[Amplitude]]n der möglichen elektromagnetischen Schwingungszustände, auch [[Moden]] genannt (<math>\lambda</math> bezeichnet den [[Index (Mathematik)|Index]] der Moden, also <math>b_1 , b_2 , b_3 , \dotsc</math>)
* <math>d_\mu</math> drückt die atomare Inversion aus, also die Differenz der Besetzungszahlen der [[Energieniveau]]s, in denen die laseraktiven Atome sich befinden können (<math>\mu</math> ist der Index für die einzelnen Atome, also <math>d_1 , d_2 , d_3 , \dotsc</math>)
* <math>\alpha_\mu</math> beschreibt die [[Magnetisches Moment|Dipolmomente]] der einzelnen Atome.

Ausgangspunkt der Lasertheorie nach Haken ist nun die Feststellung, dass verschiedene Prozessgeschwindigkeiten existieren, sich die Variablen also in unterschiedlichen zeitlichen Abständen verändern: <math>b_\lambda</math> ändert sich am langsamsten, etwas schneller verändert sich <math>d_\mu</math>, am schnellsten tritt bei <math>\alpha_\mu</math> eine Änderung auf. Auf Basis dieses Unterschiedes wird eine [[Hierarchie]] aufgestellt, in der alle <math>b_\lambda</math> am höchsten stehen.

Im Vokabular der Synergetik gewinnt nun ein einzelnes <math>b</math> (z.&nbsp;B. <math>b_{239}</math>) den Wettbewerb und gibt den Takt der Schwingungen vor. Das macht es zum sog. Ordnungsparameter. Jener [[Versklavungsprinzip|versklavt]] die anderen, d. h., er bestimmt sie. Dabei ist es ein grundsätzliches Prinzip der Synergetik nach Haken, dass sich der Zustand und der zeitliche Verlauf eines Systems durch sich langsam ändernde Variablen treffend beschreiben lässt, weil sich schneller ändernde Variablen so aufgefasst werden, dass sie sich an den langsamen „orientieren“.

Hierdurch kann die einheitliche Grund[[Moden|mode]], die sich mittels [[Symmetriebrechung]] im System von Laserlicht und Medium ausbildet, allein durch das taktgebende <math>b</math> berechnet werden. Dies vereinfacht die Differentialgleichungen derart, dass sie gelöst werden können. Physikalisch betrachtet folgen die Atome in einem Laser also im Sinne der Synergetik nach Haken augenblicklich den Vorgaben des taktgebenden Ordnungsparameters nach der Methode der [[Born-Oppenheimer-Näherung|adiabatischen Näherung]].<ref name="mktks">Meinard Kuhlmann: ''Theorien komplexer Systeme: Nicht-fundamental und doch unverzichtbar?'' In: Andreas Bartels, Manfred Stöckler (Hrsg.): ''Wissenschaftstheorie.'' mentis Verlag, Paderborn 2009, S. 310–314 (a) und S. 324–326 (b)</ref> <!-- der Einzelnachweis ist Quelle für den gesamten Abschnitt (Version vom 31. Mai 2010) -->

=== Kritik an der postulierten Kausalität ===
Nach [[Achim Stephan]] schließt der Synergetik-Ansatz nach Haken ohne weitere Begründung von einer [[Empirie|empirisch]] gut geprüften und mathematisch fundiert formulierten, [[Phänomenologie (Methodik)#Beispiel aus der Theorie der Supraleitung|beschreibenden]] These auf eine [[Kausalität|kausal]]<nowiki>theoretische</nowiki> These. Zwar lassen sich mit der Auffassung von Ordnungsparametern und dem Versklavungsprinzip verschiedenste Vorgänge mathematisch zutreffend beschreiben und mit hoher Wahrscheinlichkeit vorausberechnen, jedoch begehe Haken in diesem Fall einen Fehlschluss der Art [[Post hoc ergo propter hoc|''post hoc, ergo propter hoc'']] (lat. für ‚danach, also deswegen‘): Obwohl das spätere Verhalten des Gesamtsystems aus den Ordnungsparametern gut prognostiziert werden kann, könne man hieraus nicht zwingend [[Schlussfolgerung|schließen]], dass die Parameter das Systemverhalten ursächlich festlegen. Insbesondere in [[Soziales System|sozialen Systemen]] sei die Anwendung der kausaltheoretischen These problematisch, z.&nbsp;B. „versklave“ das [[Betriebsklima]] nicht das Verhalten eines Mitarbeiters bzw. das „[…] Betriebsklima tut gar nichts.“<ref>[[Achim Stephan]]: ''Emergenz: Von der Unvorhersagbarkeit zur Selbstorganisation.'' Dresden University Press, Dresden/München 1999, S. 237.</ref><!-- Der Beleg durch das Buch von Achim Stephan gilt ausschließlich für das Zitat. -->

Zudem sei ungeklärt, wie Hakens Rede von [[Kreiskausalität|zirkulärer Kausalität]] zwischen einem für das Gesamtsystem repräsentativen Ordnungsparameter und den (übrigen) Systembestandteilen verstanden werden kann: Entweder als kausale Wechselwirkungen ''innerhalb'' der Ebene der Systembestandteile oder als kausale Wechselwirkungen zwischen der Ebene der Systembestandteile und der Ebene des Gesamtsystems. Im letzteren Fall würde es sich um eine besondere Variante von [[Abwärtskausalität]] handeln, da dasselbe Einzelbestandteil (Ordnungsparameter), auf welches im Sinne der Synergetik nach Haken das Verhalten des Gesamtsystems kausal [[Reduktionismus|zurückgeführt]] wird, zugleich von der Ebene des Gesamtsystems aus wieder auf die Einzelbestandteile kausal einwirken würde.<ref name="mktks" />

== Siehe auch ==
* [[Linguistische Synergetik]]

== Literatur ==
* [[Hermann Haken (Physiker)|Hermann Haken]]: ''Synergetik''. Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg / New York 1982, ISBN 3-540-11050-X.
* R. Graham, A. Wunderlin (Hrsg.): ''Lasers and Synergetics''. Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg / New York 1987, ISBN 3-540-17940-2.
* [[Andrey Korotayev|A. Korotayev]], A. Malkov, D. Khaltourina: ''Introduction to Social Macrodynamics: Compact Macromodels of the World System Growth.'' Moskau 2006, ISBN 5-484-00414-4. [https://urss.ru/cgi-bin/db.pl?cp=&lang=en&blang=en&list=14&page=Book&id=34250 (Inhaltsübersicht und Review online)]
* A. S. Mikhailov: ''Foundations of Synergetics I. Distributed active systems.'' Springer Verlag, Berlin, 1990, ISBN 3-540-52775-3. (2nd rev. ed. 1994)
* A. S. Mikhailov, A. Yu. Loskutov: ''Foundations of Synergetics II. Chaos and Noise.'' (= ''Springer Series in Synergetics.'' Band 52). 2nd revised and enlarged edition. Springer, Berlin/Heidelberg 1996, ISBN 3-540-61066-9.
* Norbert Niemeier: ''Organisatorischer Wandel aus der Sicht der Synergetik.'' Deutscher Universitätsverlag, Wiesbaden 2000, ISBN 3-8244-0524-5.
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* Dennis Pongs: ''Experimentelle Zugänge zur Selbstorganisation und Strukturbildung.'', Münster 2002. (http://go.to/lordmight)
: Nach einer kurzen Einführung wird eine Sammlung von einfachen Experimenten  zum Thema Selbstorganisation und Strukturbildung vorgestellt. Die meisten Experimente können mit einfachsten Mitteln selbst durchgeführt werden. Die Phänomene, die auftreten, sind hingegen erstaunlich. Die Arbeit wurde im Rahmen des ersten Staatsexamens für das Lehramt Physik angefertigt und ist aufgrund der anschaulichen (nicht mathematischen) - dennoch präzisen - Darstellung und Erklärungen für Hobby-PhysikerInnen und für LehrerInnen gleichermaßen geeignet.
-->

== Weblinks ==
* {{DNB-Portal|4058755-1}}

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Navigationsleiste Teilgebiete der Kybernetik}}
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[[Kategorie:Statistische Physik]]
[[Kategorie:Theorie dynamischer Systeme]]
[[Kategorie:Kybernetik]]