Eine sehr allgemeine Aussage

Thomasius · Anmeldungsdatum: 15.10.2019 Beiträge: 28

„Wirkt ein System auf ein anderes ein und stört seinen Zustand oder seine Entwicklung, versucht das betroffene System diese Störung zu überwinden und in seinen Ausgangszustand zurückzukehren oder zumindest einen neuen Gleichgewichtszustand zu erreichen, der dem thermodynamischen Gleichgewicht so nah kommt wie vorher oder sich ihm sogar noch weiter nähert. Nach Krafteinwirkung kehrt ein Pendel nach einigen Pendelschlägen wieder in den ursprünglichen Zustand der Ruhe zurück. Ein aufgeblasener Luftballon, den ich mit der Hand eindrücke, nimmt seine ursprüngliche Form wieder an, sobald ich meine Hand wegnehme. Ein Stein am Berghang, der ins Rollen kommt, rollt solange den Hang hinunter, bis er in einer Senke wieder den Ruhezustand erreicht.“

Kann man das so sagen? Oder ist es zu sehr verallgemeinert, was die Annäherung an das thermodynamische Gleichgewicht in den drei Beispielen betrifft?

ML · Anmeldungsdatum: 17.04.2013 Beiträge: 3400

Hallo,

Thomasius · Anmeldungsdatum: 15.10.2019 Beiträge: 28

Danke für deine Antwort. Ja, die anthropomorphisierende Darstellung ist immer fragwürdig und andererseits schwer zu vermeiden („wird das System gestört, versucht es“ usw.).

Ich sprach ja auch nicht von „jedem System“ und meine Sätze sollten nicht die ganze Welt erklären. Schließlich kann eine Störung (Einwirkung von außen, von anderen Systemen) das System auch weiter vom thermodynamischen Gleichgewicht abrücken, z.B. Erhitzen einer Flüssigkeit auf der Herdplatte, Rayleigh-Bénard-Konvektion, Herausbildung dissipativer Strukturen. Die verdammte Schwierigkeit liegt nur in der Verbindung beider Vorgänge, in der Frage, wann und unter welchen Bedingungen der eine Vorgang in den anderen übergeht oder ob beide grundsätzlich getrennt zu betrachten sind und wenn ja, wie? Schön wäre es, wenn sich beides in ein übergeordnetes Prinzip, Gesetz oder dergleichen vereinen ließe, sich also Konvektionszellen, Wetterphänomene u.dgl. als „Versuche“ von Systemen begreifen und darstellen ließen, einen gewissen relativen Gleichgewichtszustand unter veränderten Bedingungen herzustellen. Komplexe Systeme sind ja adaptive Systeme, also Systeme mit der Fähigkeit zur Anpassung an die jeweilige Umwelt. Könnte ein Physiker das nicht mal in eine schöne Formel bringen? grübelnd

Die Antwort, die man immer findet, ist die, dass sich dissipative Strukturen, z.B. Konvektionszellen, nur in offenen Systemen „fern dem thermodynamischen Gleichgewicht“ herausbilden. Nur, wie fern ist fern genug? Bei der Kristallbildung, etwa bei der Vereisung von Wasser, ist das thermodynamische Gleichgewicht ja gar nicht so weit entfernt wie bei der erhitzten Flüssigkeit.

Jedenfalls bin ich soweit beruhigt, dass sich meine obigen drei Beispiele als Annäherung an das thermodynamische Gleichgewicht auffassen lassen.

Gruß Thomas

Thomasius · Anmeldungsdatum: 15.10.2019 Beiträge: 28

Ist doch gut, dass ich damit angefangen habe. Jetzt wird mir mein Problem besser klar. Das folgende schreibe ich nur zur Selbstverständigung, aber wenn jemand etwas dazu einfällt, kann er es gern sagen bzw. schreiben.

Ich schreibe an einem längeren Text, indem es unter anderem auf die Reaktion von selbstorganisierenden Systemen auf Störungen, auf die Einwirkungen anderer Systeme geht. Die Reihenfolge ist:

1. Wie oben. Pendel, Luftballon, herunterrollender Stein. Das gestörte System gleicht die Störung aus und kehrt in seinen Ausgangszustand zurück oder sogar in einen Zustand, der sich dem thermodynamischen Gleichgewicht noch weiter annähert.

2. Wird ein chemisches Gleichgewicht gestört, dann laufen Reaktionen ab, die diese Störung rückgängig machen oder zumindest minimieren. Erhöht man also zum Beispiel die Temperatur, dann werden endotherme Reaktionen begünstigt, also solche, die Wärme verbrauchen, wodurch die Temperaturänderung geringer ausfällt als sie ohne diese Reaktionen ausgefallen wäre. Wird Druck auf ein geschlossenes System ausgeübt, werden Reaktionen gefördert, die eine Volumenabnahme bewirken usw. Also das Prinzip vom kleinsten Zwang oder von Le Chatelier.

3. Bei Störungen, Einwirkungen auf ein System von außen kann es „fern dem thermodynamischen Gleichgewicht“ im betroffenen System auch zur Herausbildung neuer Strukturen und Teilsysteme kommen. Beispiel Rayleigh-Bénard-Konvektion (und im Prinzip noch viele andere Folgen von Hurrikanen bis zu lebenden Zellen).

Der Sprung von 2. zu 3. ist mir zu groß. Und die Erklärung „fern dem thermodynamischen Gleichgewicht“ zu ungenau. Irgendwas fehlt noch. grübelnd

Thomasius · Anmeldungsdatum: 15.10.2019 Beiträge: 28

Jetzt hab ich’s. In meinem Text geht es um historische Prozesse in Biologie und Gesellschaft, eine kurze Einführung am Beginn soll nur auf Gemeinsamkeiten aller selbstorganisierenden Systeme hinweisen. Als Schritt 3 schreibe ich jetzt ungefähr:

Die „Selbstverteidigung“ eines Systems, sein Bestreben, eine von außen kommende Störung zumindest abzuschwächen, kann auch zur Herausbildung neuer Strukturen, Teilsysteme und sogar neuer selbstorganisierender Systeme führen. Erhitzt man Flüssigkeiten von unten, z.B. Öl oder tiefgekühltes Helium, so geben die Moleküle ihre höhere kinetische Energie allmählich durch Stöße an die oberen Schichten weiter. Nimmt der Temperaturunterschied zwischen oben und unten noch weiter zu, setzt sich die Flüssigkeit in Bewegung. Die warmen unteren Schichten dehnen sich aus und steigen nach oben, die kältere Flüssigkeit sinkt. Es bilden sich gleichförmige Zellen, die sogenannten Bénard-Zellen (nach dem französischen Physiker Henri Bénard, der diesen Vorgang zuerst beschrieben hat), die als rotierende Walzen den Temperaturausgleich von oben nach unten bewerkstelligen. Solche Vorgänge spielen sich z.B. in der Konvektionszone von Sternen ab, aber auch in der Erdatmosphäre und im Erdmantel und beeinflussen dann wieder andere Bereiche wie das Klima, das Magnetfeld der Erde oder die Kontinentaldrift.

Ich weiß, das ist wissenschaftlich nicht korrekt und zu anthropomorphisierend („die Selbstverteidigung eines Systems“!), aber im Prinzip halte ich es für richtig. Trotzdem wäre ich dankbar, wenn mir jemand kräftig widerspricht. Es ließe sich bestimmt noch verbessern.

ML · Anmeldungsdatum: 17.04.2013 Beiträge: 3400

Hallo,

Thomasius · Anmeldungsdatum: 15.10.2019 Beiträge: 28

Hier liegt der Grund, warum ich in Foren fast nichts mehr schreibe. Es kommt garantiert jemand mit der Behauptung, dass man von dem ganzen Thema keine Ahnung habe, lieber etwas anderes machen solle und unterstützt das dann noch mit einer Behauptung, die mit meinem Text absolut nichts zu tun hat.

Selbstverständlich habe ich meine Vorstellungen sehr verknappt dargelegt. Ich ging davon aus, dass jeder, der sich hier dazu äußern würde, mit Begriffen wie Prinzip vom kleinsten Zwang und Bénard-Zelle etwas anfangen und darauf eingehen kann. Über Gegen- oder Mitkopplung, also positive oder negative Rückkopplung habe ich kein Wort verloren. Ich habe nur gesagt, dass zellenförmige Muster wie Bénard-Zellen in vielen Systemen auftreten. Mit der Art der Verbindung solcher Muster untereinander oder mit anderen Einheiten hat das nicht das Geringste zu tun.

Also was soll das.

Thomasius · Anmeldungsdatum: 15.10.2019 Beiträge: 28

Nanu? Wieso verschoben?

ML · Anmeldungsdatum: 17.04.2013 Beiträge: 3400

Hallo,

Qubit · Anmeldungsdatum: 17.10.2019 Beiträge: 829

Es ist durchaus löblich, die Perspektive (~Paradigma) "selbstorganisierender Systeme" systematisch angehen zu wollen. Allerdings stimme ich Michael da bei, dass es erstmal einer fundierten Terminologie bedarf, um da nicht in schwammigen Formulierungen zu versickern. Es ist eine Thematik, die fundiertes Wissen aus verschiedensten Wissenschaftsbereichen bedarf.

Daher will ich nur eine Literaturempfehlung als Startpunkt geben (von 1980 aber durchaus noch sehr lesenswert):

Erich Jantsch: "Die Selbstorganisation des Universums"

Von da aus kann man sich dann von den "Klassikern" des Gebiets weiterhangeln bis zu den neusten Veröffentlichungen:
Prigogine/Nicolis, Eigen/Schuster, Maturana/Varela, Haken, von Foerster, Küppers, Laughlin, etc. pp.

Thomasius · Anmeldungsdatum: 15.10.2019 Beiträge: 28

@ Michael

Deine Kritik war mir nicht zu stark, sondern sie hatte mit meinen Aussagen nichts zu tun. Bezeichnenderweise bist du jetzt auf „Gegen- und Mitkopplung“ gar nicht mehr eingegangen und bringst plötzlich andere Einwände. Zumindest hast du insofern recht, als sich die Überschrift „Eine sehr allgemeine Aussage“ nur auf meinen ersten Text bezog, der ja eigentlich eine Vergewisserungsfrage war. Da du auf diese Frage zwar nicht geantwortet, aber daraus geschlossen hast, ich wollte damit „alles erklären“, musste ich auch noch andere Möglichkeiten nennen, wodurch sich die ursprüngliche Überschrift erledigt hat. Deine neuen Einwände sind allerdings auch nicht viel besser als der vorige. Wenn man Wasser von oben erhitzt, bleibt selbstverständlich die Konvektion aus. Bestimmte Aussagen der Thermodynamik und Systemtheorie wie die Rayleigh-Bénard-Konvektion gelten nur unter den Bedingungen der irdischen Schwerkraft. Dreht man die Gravitation um, funktioniert auf Erden überhaupt nichts mehr, nicht mal der kleinste Einzeller.

@ Qubit

Es wäre vielleicht geschickter gewesen, wenn du deine Zweifel an meiner Bildung in die Frage gekleidet hättest, welche Literatur ich zum vorliegenden Thema eigentlich kenne und gelesen habe. Dann hättest du mich entweder besser blamieren können oder mir die Möglichkeit zu einer vernünftigen Antwort gegeben.

Na gut, lassen wir das. Die kurze Diskussion hier war trotzdem lehrreich für mich. Nicht durch die Antworten, die ich bekommen habe, aber durch eine Idee, auf die ich beim Tippen selber gekommen bin.

Grüße allseits, Thomas

ML · Anmeldungsdatum: 17.04.2013 Beiträge: 3400

Hallo,

Aruna · Anmeldungsdatum: 28.07.2021 Beiträge: 795

Thomasius · Anmeldungsdatum: 15.10.2019 Beiträge: 28

Wunderbar! Endlich versteht mich jemand und kann sogar die ursprüngliche Frage noch beantworten. Die entstand ja aus einer momentanen Unsicherheit im Sinne von: Verflixt, habe ich bei meinen drei Beispielen von Pendel, Luftballon und Stein nicht irgendwas übersehen? Wobei der Stein beim Herunterrollen durchaus auch zu einem dissipativen System wird, indem er Reibungswärme „zerstreut“, wenn auch nur minimal.

Das andere, was du schreibst, ist mir völlig klar.

Vielleicht noch zu der Idee, die mir beim Schreiben hier gekommen ist. Du findest sie im Beitrag vom 20.02, 10.49 Uhr. Selbstorganisierende Systeme, wahrscheinlich schon recht einfache, sind adaptiv und können sich in bestimmten Grenzen ihrer Umwelt anpassen. Wahrscheinlich beruht das auf dem Prinzip der Minimierung der freien Energie. Wird also ein System gestört, aus dem Gleichgewicht gebracht, versucht es diese Störung zu überwinden und möglichst so nah am thermodynamischen Gleichgewicht zu bleiben wie bisher. Das kann es aber nur, indem es selbst dissipative Strukturen aufbaut, im Fall der erhitzten Flüssigkeit also die Bénard-Zellen. Verallgemeinert ausgedrückt: Dissipative Strukturen und Systeme bilden sich bei der Störung von einfacheren Systemen. Aber so neu, wie ich zuerst dachte, ist das wohl gar nicht. Beim kurzen Durchblättern von Prigogine finde ich: „Nichtgleichgewicht kann eine Quelle von Ordnung sein.“ „Wenn ein System gestört wird, wird die Entropieerzeugung ansteigen, doch regiert das System darauf, indem es zum Minimalwert der Entropieerzeugung zurückkehrt“ u. dgl. Ich muss das noch durchackern.

Wenn dir was dazu einfällt, kannst du es gern noch schreiben.

Jedenfalls Dank für deinen Beitrag, der diesen Strang hier wieder zurück in die richtige Bahn gelenkt hat.