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Eine sehr allgemeine Aussage
 
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Thomasius



Anmeldungsdatum: 15.10.2019
Beiträge: 28

Beitrag Thomasius Verfasst am: 19. Feb 2023 11:35    Titel: Eine sehr allgemeine Aussage Antworten mit Zitat

„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: 3415

Beitrag ML Verfasst am: 19. Feb 2023 12:48    Titel: Re: Eine sehr allgemeine Aussage Antworten mit Zitat

Hallo,

Zitat:

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

Ich wäre vorsichtig mit derart pauschalen Aussagen. Das liegt einerseits daran, dass die Begriffe recht vage sind. Denn was heißt es beispielsweise, die Entwicklung eines Systems zu stören?

Andererseits würde ich widersprechen, dass jedes System wieder in den ursprünglichen Zustand zurück will. Bei irreversiblen Prozessen (unter Entropiegewinnung) wird der ursprüngliche Zustand nie wieder erreicht. Stellen wir uns hierzu beispielsweise einen radioaktiven Zerfall in der Uran-Radium-Zerfallsreihe vor. Was bedeutet es in diesem Zusammenhang, dass das System in den Ausgangszustand "zurück will"?

Dass Systeme tendenziell in Gleichgewichtszustände übergehen "wollen", wenn man sie lässt, halte ich für richtig. Die Welt ist aber auch voll von Prozessen, die (zumindest in unserer Lebenszeit) keine Chance haben, in einen Gleichgewichtszustand zu kommen. Als Beispiel hierfür möchte ich Wetterphänomene nennen. Auch beim Universum als solches ist nicht klar, ob es jemals in einen Gleichgewichtszustand übergeht.

Ich kann nur sagen: Vorsicht vor Theorien, die alles erklären wollen. Die Natur ist ausgesprochen vielfältig und lässt sich nur schwer in derart einfachen Strukturen erfassen.


Viele Grüße
Michael
Thomasius



Anmeldungsdatum: 15.10.2019
Beiträge: 28

Beitrag Thomasius Verfasst am: 19. Feb 2023 18:15    Titel: Antworten mit Zitat

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

Beitrag Thomasius Verfasst am: 19. Feb 2023 22:10    Titel: Antworten mit Zitat

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

Beitrag Thomasius Verfasst am: 20. Feb 2023 10:49    Titel: Antworten mit Zitat

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: 3415

Beitrag ML Verfasst am: 20. Feb 2023 16:35    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo,

Thomasius hat Folgendes geschrieben:

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.


Ne, nicht verbessern. Einfach weglassen und über Dinge schreiben, von Denen Du Ahnung hast. Das soll jetzt nicht despektierlich sein, sondern als Hinweis verstanden werden, dass Du kaum so viel Ahnung haben kannst, um verbindlich über so allgemein Dinge Aussagen zu treffen.

Mir geht es bei meinem Einwand nicht um die Vermenschlichung von Systemen, sondern darum, dass Du recht schwammig das Prinzip der Gegenkopplung beschreibst und es als das gemeinsame Reaktionsprinzip aller selbstorganisierenden Systemen charakterisieren möchtest. Bloß: Das ist es m. E. nicht. Es lassen sich auch zahlreiche Systeme finden, bei denen Mitkopplung stattfindet. Leider auch beim Klima.

Ich bin mir noch nicht einmal sicher, ob es einen Studiengang Kybernetik gibt, der gemeinsame Prinzipien über so einen großen Bereich (belebte und unbelebte Natur, Technik) zusammenfassend beschreiben will, da ich nur Studiengänge zu "Technischer Kybernetik" kenne.


Viele Grüße
Michael
Thomasius



Anmeldungsdatum: 15.10.2019
Beiträge: 28

Beitrag Thomasius Verfasst am: 20. Feb 2023 21:08    Titel: Antworten mit Zitat

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

Beitrag Thomasius Verfasst am: 20. Feb 2023 21:13    Titel: Antworten mit Zitat

Nanu? Wieso verschoben?
ML



Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3415

Beitrag ML Verfasst am: 20. Feb 2023 22:36    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo,

Thomasius hat Folgendes geschrieben:
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.


Es tut mir leid, dass Dir die Kritik zu stark ist. Du batest aber ganz ausdrücklich darum.

Zitat:
Ich sprach ja auch nicht von „jedem System“

Doch, ich denke schon. Abgesehen von der eindeutigen Formulierung: 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 [...] spricht auch das Thema des Threads dafür. Es geht doch weiterhin um "Eine sehr allgemeine Aussage"?

Zitat:
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.

Erhitzt man jedoch beispielsweise Wasser gleichmäßig von oben, bleibt die Konvektion aus. Was trägt das Beispiel also zu einer sehr allgemeinen Aussage bei?

Zitat:
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.

Oder es tut das eben nicht. Je nachdem, welches Beispiel man betrachtet. Was trägt dieses Beispiel zu einer sehr allgemeinen Aussage bei?

Was willst Du also? Eine Aufzählung von Phänomenen, die Du kennst und die sicher interessant sind, oder eine "sehr allgemeine Aussage"? Von letzterem bist Du noch ein Stück entfernt.


Viele Grüße
Michael
Qubit



Anmeldungsdatum: 17.10.2019
Beiträge: 845

Beitrag Qubit Verfasst am: 21. Feb 2023 00:31    Titel: Antworten mit Zitat

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

Beitrag Thomasius Verfasst am: 21. Feb 2023 17:29    Titel: Antworten mit Zitat

@ 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: 3415

Beitrag ML Verfasst am: 21. Feb 2023 21:43    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo,

Thomasius hat Folgendes geschrieben:

Bezeichnenderweise bist du jetzt auf „Gegen- und Mitkopplung“ gar nicht mehr eingegangen und bringst plötzlich andere Einwände.

von meiner Seite aus ist hier eh Schluss.

Viele Grüße
Michael
Aruna



Anmeldungsdatum: 28.07.2021
Beiträge: 903

Beitrag Aruna Verfasst am: 22. Feb 2023 07:56    Titel: Re: Eine sehr allgemeine Aussage Antworten mit Zitat

Thomasius hat Folgendes geschrieben:

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?


In den drei Beispielen stellt sich ein Zustand minimaler potentieller Energie ein.

Thomasius hat Folgendes geschrieben:

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?


dissipative Strukturen erhalten ein lokal eine Struktur niedriger Entropie, auf Kosten der Entropie der Umgebung.
Ein Lebewesen kann seine lokale "Ordnung" nur aufrechterhalten, wenn es die "Unordnung" in seiner Umgebung erhöht.
Das ist IMO aber etwas anderes, als ein Stein, der den Berghang runter rollt und Energie über Reibung verliert.
Das Interessante ist IMO ja gerade, dass sich in einem Universum, dass einem Entropiemaximum zustrebt, lokal Strukturen herausbilden, die eine Entwicklungsrichtung zu höherer Ordnung aufweisen.
Thomasius



Anmeldungsdatum: 15.10.2019
Beiträge: 28

Beitrag Thomasius Verfasst am: 22. Feb 2023 10:39    Titel: Antworten mit Zitat

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.
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