Emergenz

Emergenz (von lateinisch emergere: auftauchen, hervorkommen, sich zeigen) ist ein im Bereich der Systemtheorie populärer gewordener Begriff, der das "Erscheinen" von Phänomenen auf der Makroebene eines Systems meint, die erst durch das Zusammenwirken der Subsysteme, das sind die Systemelemente auf der Mikroebene, zustande kommen.

Erläuterung des Begriffs

Emergenztheorie – philosophisch-psychologische Betrachtungsweise

Emergenz bezeichnet in Philosophie und Psychologie das Phänomen, dass sich bestimmte Eigenschaften eines Ganzen nicht aus seinen Teilen erklären lassen. Dies wird auch durch den populären Ausdruck „Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile“ dargestellt.

Die Problematik der nicht hinreichenden Erklärbarkeit besteht darin, dass nicht zwischen prinzipieller Nichterklärbarkeit und nur vorläufiger Nichterklärbarkeit unterschieden wird. So hat sich gerade im Laufe der Entwicklung der Neurowissenschaften gezeigt, dass sich viele als emergent betrachtete Eigenschaften des Menschen (zum Beispiel auf dem Gebiet der Wahrnehmung) sehr wohl durch die Kenntnis der Eigenschaften der Bestandteile (der Nervenzellen und Synapsen) erklären lassen.

Ursprünge im 19. Jh.

Zusammen mit dem britischen Philosophen Samuel Alexander entwickelte Conwy Lloyd Morgan im 19. Jh. eine Emergenz-Theorie für das menschliche Bewusstsein, welche die Bewusstseinsbildung als ein evolutionäres Phänomen erkennt, das sich organisch nicht hinreichend erklären lässt. Die Emergenztheorie spielt in der neuzeitlichen Ontologie, bei der Erklärung des Bewusstseins, des Ich und des subjektiven Geistes eine wichtige Rolle.

Erkenntnistheoretische Betrachtungsweise

Emergenz ist Erkenntnis, die durch das Gegenteil von Reduktion, also durch einen holistischen Ansatz, gewonnen wird.

Beispiele:

Die isolierte Betrachtung eines männlichen Wolfes (zum Beispiel unter den Aspekten der Autökologie, Physiologie oder Anatomie) führt zur Erklärung vieler Strukturen, ihrer Funktionen und Verhaltensweisen. Die Bedeutung der Geschlechtsorgane ergibt sich aber erst dann, wenn auch der Zusammenhang zu den Weibchen erkannt wird. Damit werden aber Männchen und Weibchen als Elemente eines übergeordneten Systems, der Fortpflanzungsgemeinschaft, betrachtet.
Für den Einzeller Chlamydomonas ist die Fähigkeit zur Photosynthese keine emergente Eigenschaft, da bereits der isolierte Chloroplast zur Photosynthese fähig ist.

Systemtheoretische Betrachtungsweise

Emergenz ist eine wichtige Eigenschaft von komplexen und/oder nichtlinearen Systemen im Sinne der Systemtheorie. Solche Systeme können Eigenschaften entwickeln, die sich aus der Summe ihrer Einzelkomponenten nicht erklären lassen. Der menschliche Körper ist ein biologisches System, der menschliche Geist ist ein psychisch-mentales System, die Kommunikation erzeugt soziale Systeme, usw. All diese Systeme weisen Emergenz auf: Ihre Eigenschaften (Atmung, Jagdverhalten, Selbstbewusstsein, usw.) lassen sich aus den Einzelteilen (Zelle, Organismus, einzelner Gedanke) nicht ohne weiteres erklären. Diese Emergenzhypothese wird in der heutigen Forschung oft als Gegenstück der Welttheorie -TEO=Theory of everything oder Supertheorie- angesehen,welche eine *allem übergeordnete* Meta-These (Weltformel) zu finden versucht.

Allgemeine Eigenschaften von Emergenzen

Irreduzibilität

Manche emergente Eigenschaften können dann bei einer reduktionistischen Betrachtungsweise nicht entdeckt werden, wenn sie erst im Zusammenwirken mit anderen Subsystemen auftreten. (Im Beispiel des Wolfes kann Sozialverhalten erst dann untersucht werden, wenn die Gemeinschaft der Mitglieder eines Wolfsrudels beobachtet wird.)

Andererseits ist es in manchen Fällen möglich, bestimmte Elemente oder Wirkzusammenhänge zu ändern oder gar zu eliminieren, ohne dass sich bestimmte emergente Eigenschaften des Systems verändern, während andere sich sehr wohl ändern können. Beispiel: Die Fahrtüchtigkeit eines Autos hängt nicht von der Farbe der Sitzbezüge ab, wohl aber die Innenraumtemperatur bei Sonneneinstrahlung.

Ob also bestimmte Elemente oder Wirkzusammenhänge reduzibel sind, hängt davon ab, wie essentiell oder bedeutend sie für die Ausbildung der emergenten Eigenschaft sind.

Systeme, die aus repetitiven Einheiten zusammengesetzt sind, sind numerisch reduzierbar: Man kann die Anzahl der Elemente bis zu einer Grenzzahl von Einheiten verringern, ohne dass emergente Eigenschaften verloren gehen. Dies ist vor allem bei chemischen Stoffen und ihren spezifischen Eigenschaften der Fall. Beispiel: Wasser ist bei Zimmertemperatur flüssig, ein einzelnes Wassermolekül ist es nicht. Diese Eigenschaft ist daher emergent, weil sie sich erst aus dem Zusammenspiel vieler Wassermoleküle ergibt. Nach dem gleichen Denkmuster ist ein Baum kein Wald.

Es existiert für jedes System eine Mindestanzahl von interagierenden Bausteinen, die für die Entwicklung einer emergenten Eigenschaft notwendig ist.

Unvorhersagbarkeit

Wird ein neues Subsystem in ein bestehendes System integriert, also mit den anderen Systemelementen durch Wirkbeziehungen verknüpft, kann das System neue, emergente Eigenschaften aufweisen, die nicht vorhersehbar waren.

Gründe hierfür:

Das System ist bereits so komplex, dass es ohne Reduktion nicht untersuchbar oder simulierbar ist.
Es entstehen zwischen den Systemelementen neue Verbindungen, Wirkbeziehungen und Prozesse, die nicht implementiert (vorgeplant) waren.
Die Kopplungen oder Wirkbeziehungen zwischen allen Elementen werden durch die Integration des neuen Elementes verändert.

Beispiele

Neurologie

Ein häufig verwendetes Beispiel stammt aus der Neurologie: Das Gehirn besteht aus sehr vielen, oberflächlich gesehen ähnlichen Elementen, den Nervenzellen, und weiteren Zellen, deren Funktion teilweise noch wenig erforscht ist. Aus dem Zusammenspiel dieser Bausteine emergieren Aktivitätsmuster, die die eigentliche Gehirntätigkeit ausmachen.

Neue Medien

In Zusammenhang mit den Neuen Medien wie dem Internet wird ebenfalls von Emergenz gesprochen. Das Internet bietet eine reichhaltige Sammlung von Phänomenen, die neue Effekte entstehen lassen, die man als emergent bezeichnen kann. Durch weitere Vernetzung werden diese Effekte verstärkt. Beispiele sind Netzkunst, Smart Mobs, Online-Spiele, Foren.

Auch in den zeitgenössischen technikzentrierten und kybernetisch-systemtheoretisch orientierten Medientheorien der Medienwissenschaften bildet die Emergenz einen Schlüsselbegriff, der meist als Selbstentfaltung gelesen werden kann. Dabei sind Formulierungen wie "Seit Medienenvironments aus sich selbst emergieren..." zu finden (Norbert Bolz in Computer als Medium, München 1994, S. 11.)

Auch Friedrich Kittler und Michael Giesecke (in Der Buchdruck in der frühen Neuzeit) verwenden den Begriff.

Betriebswirtschaftslehre

In der Betriebswirtschaftslehre wird der Begriff Emergenz in Verbindung mit nicht-intendierten Effekten durch z.B. Handlungen des Managements großer Unternehmen (welche ja durchaus komplexe Systeme darstellen) verwendet.

Physik

Auch in der Physik ist ein anschauliches Beispiel für die Emergenz von Merkmalen zu finden. In einem einfachen Fall betrachtet man etwa die Eigenschaften eines Gases und die Eigenschaften der Moleküle, aus denen jenes Gas besteht. Während das Gas über Eigenschaften wie etwa „Geruch“, „Temperatur“ oder „Druck“ verfügt, ist dies für keines der konstituierenden Moleküle der Fall. (Ein einzelnes Molekül hat weder eine „Temperatur“, noch einen „Druck“). Die genannten Attribute sind emergent, da sie nicht Kennzeichen der Bestandteile sind, die das Gesamtsystem „Gas“ bilden. Die Emergenz spielt eine herausragende Bedeutung in der Clusterphysik, weil hier die Eigenschaften des Festkörpers evolutionär oder spontan durch die Vergrößerung der Atomanzahl bei Atomagreggaten (Cluster) entstehen.

Mathematik

Vor allem in der Mathematik lassen sich emergente Phänomene leicht veranschaulichen: Conways Spiel des Lebens ist ein System vieler kleiner Zellen, die entweder aktiv oder nichtaktiv sein können. Sehr einfache Regeln geben für jede einzelne Zelle an, wie diese mit der Zeit ihren Zustand (aktiv/nichtaktiv) ändert. Das gesamte System kann dabei - je nach Anfangskonfiguration - ein außerordentliches komplexes, geordnetes und erstaunliches Verhalten aufweisen, das nicht darauf schließen lässt, dass die Einzelkomponenten (die Zellen) sehr primitiven Regeln gehorchen. Ein noch erstaunlicheres emergentes Verhalten zeigt Langtons Ameise.

Zitate

Philip W. Anderson: "One cell isn't a tiger, nor is one atom of gold yellow and shiny" (aus dem Beitrag von P. W. Anderson in dem Buch: The Greatest Inventions of the past 2000 years, Editor: John Brockman, Seite 166 ff (2000)

Siehe auch

Schwarm, Rekursion, Rückkoppelung, Paradoxie des Haufens, Kollektive Intelligenz, Welttheorie

Literatur

Achim Stephan: Emergenz: Von der Unvorhersagbarkeit zur Selbstorganisation. Dresden Univ. Press, 1999. ISBN 3933168090 ; Mentis 2005, ISBN 3897854392
Achim Stephan: "Emergenz in kognitionsfähigen Systemen". In: Michael Pauen / Gerhard Roth (Hrsg.): Neurowissenschaften und Philosophie. München: Wilhelm Fink Verlag (UTB für Wissenschaft; 2208), 2001. 123-154. ISBN 3-8252-2208-X
John H. Holland: Emergence - From Chaos to Order. Oxford, New York: Oxford University Press, 1998.
Jochen Fromm: The Emergence of Complexity. kassel university press, 2004, ISBN 3899580699
Karl Popper John C. Eccles:The self and its brain Springer Verlag 1977 ISBN 0387083073 Das Ich und sein Gehirn Piper 1989 ISBN 3492210961
Philip W. Anderson, More is different, Science 177, 393 (1972)
Korotayev A., Malkov A., Khaltourina D. Introduction to Social Macrodynamics: Compact Macromodels of the World System Growth. Moscow: URSS, 2006. ISBN 5-484-00414-4 ^*.

Weblinks

A. Stephan: Theorien der Emergenz bei information-philosophie
Eintrag im Biblionetz

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