Emergenz

Emergenz (lat. emergere: auftauchen, hervorkommen, sich zeigen) ist die spontane Herausbildung von Phänomenen oder Strukturen auf der Makroebene eines Systems auf der Grundlage des Zusammenspiels seiner Elemente. Dabei lassen sich die emergenten Eigenschaften des Systems nicht offensichtlich auf Eigenschaften der Elemente zurückführen, die diese isoliert aufweisen.

Schwache und starke Emergenz

Emergenz ist grundsätzlich in einer schwachen und einer starken Form denkbar. Die schwache Form der Emergenz entspricht einer nur vorläufigen Nichterklärbarkeit emergenter Systeme auf der Grundlage der Beschreibung ihrer Elemente. Dagegen wird bei der starken Form von einigen Philosophen und Naturwissenschaftlern wie z. B. Philip W. Anderson[1], Robert B. Laughlin[2] oder Stuart Kauffman[3] auch die prinzipielle Nichterklärbarkeit angenommen. Damit im Zusammenhang steht auch die von Donald Davidson in der Philosophie des Geistes entwickelte Vorstellung der „abwärtsgerichteten“ Kausalität von geistigen auf physikalische Prozesse.

Von Gegnern der Emergenzthese wird vorgebracht, dass viele ehedem als emergent erklärte Eigenschaften des menschlichen Bewusstseins sich durch die Kenntnis der Eigenschaften der Bestandteile des Gehirns (z. B. der Nervenzellen und der Synapsen) erklären ließen. Allerdings ist selbst bei vergleichsweise einfachen, physikalischen Phänomenen, wie etwa Wetterereignissen, die vollständige Erklärung von Makrophänomenen auf der Ebene von Elementarteilchen praktisch so fernliegend, dass der Unterschied zwischen schwacher und starker Emergenz aktuell wenig Relevanz hat.

Emergenz als disziplinübergreifendes Konzept

Emergenz wird oft als Argument gegen einen reduktionistischen naturwissenschaftlichen Atomismus verwendet. Emergenztheoretiker bestreiten damit, dass eine vollständige Beschreibung der Welt allein aufgrund der Kenntnis der Elementarteilchen und allgemeiner physikalischer Gesetze prinzipiell möglich ist (vgl. Laplace’scher Dämon). Die Anerkennung emergenter Phänomene muss deshalb nicht auf einen Verzicht auf wissenschaftliche Erklärungen hinauslaufen. Vielmehr zeigen die Entwicklungen in der Systemtheorie und der Chaostheorie, dass Emergenz, verwandte Phänomene wie Selbstorganisation und ihre Entstehungsbedingungen durchaus systematischen und objektiv nachvollziehbaren Erklärungen zugänglich sind. Allerdings tritt an die Stelle der hierarchischen Ableitung aus universalen Gesetzen ein transdisziplinärer Dialog, dessen Ziel es ist, analoge Strukturen komplexer Systeme auf unterschiedlichen Emergenzebenen zu vergleichen.

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. Viele Eigenschaften eines Waldes lassen sich in den Eigenschaften eines einzelnen Baumes nicht wiederfinden.

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. So definiert der Evolutionsbiologe Ernst Mayr: [Emergenz ist] In Systemen das Auftreten von Merkmalen auf höheren Organisationsebenen, die nicht aufgrund bekannter Komponenten niedrigerer Ebenen hätten vorhergesagt werden können.[4].

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.
  • Kontextbedingungen

    Durch Wechselwirkungen zwischen Wind und Oberflächenstruktur bilden sich in der Sandwüste emergente Rippelmuster und Dünenlandschaften ausDie Kontextbedingungen emergenter Systeme stimmen weitgehend mit den Eigenschaften selbstorganisierter Systeme überein. Eine wichtige Rolle spielen dabei Rückkopplungsprozesse auf der Basis von Selbstreferenz oder zirkulärer Kausalität. Ein einfaches Beispiel ist die Entstehung von Rippelmarken auf einer Sandfläche, die von Luft oder Wasser überströmt ist. Durch wechselseitige Verstärkung von zunächst minimalen Unterschieden in der Oberflächenstruktur und Turbulenzen in der Strömung kommt es zur Herausbildung von Mustern.

    Geschichte der Emergenztheorie

    Emergenz bezeichnet in Philosophie und Psychologie das Phänomen, dass sich bestimmte Eigenschaften eines Ganzen nicht aus seinen Teilen erklären lassen. Ein früher Vorläufer der Theorie von emergenten Eigenschaften eines System findet sich in der Metaphysik des Aristoteles. Vereinfacht wird das entsprechende Zitat in dem populären Ausdruck „Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile“ wiedergegeben (siehe Holismus und Gestaltpsychologie). Als weitere Vorstufen der Emergenztheorie können auch pantheistische Vorstellungen etwa bei Giordano Bruno und Baruch de Spinoza angesehen werden. Ihnen zufolge basiert die natürliche Ordnung weder auf einem personalen, intelligenten Wesen, noch kann sie auf isolierte materielle Elemente reduziert werden. Diese Gedanken wurden in der Philosophie des deutschen Idealismus und zum Teil im Marxismus aufgegriffen und in einer „dialektischen Naturphilosophie“ weiterentwickelt. Protagonisten sind etwa Hegel, Schelling und Friedrich Engels. Bekannt wurde die emergenztheoretische Relevanz der dialektischen Philosophen vor allem durch die politische Formel vom revolutionären Umschlag von Quantität in Qualität.[5]

    Aber auch in der liberalen angelsächsischen Tradition finden sich emergenztheoretische Vorstellungen. So schrieb John Stuart Mill über die Emergenz neuer Eigenschaften in chemischen Reaktionen.[6]

    Zum ersten Mal explizit verwendet wurde der Begriff der Emergenz im Zusammenhang mit der Erklärung von Bewusstsein durch George Henry Lewes.[7]

    Zusammen mit dem britischen Philosophen Samuel Alexander entwickelte Conwy Lloyd Morgan die sogenannte Emergenz-Theorie, welche die Bewusstseinsbildung als ein evolutionäres Phänomen ansieht, das sich biologisch nicht hinreichend erklären lässt. Neben Morgan und Alexander ist C. D. Broad ein Vertreter der „Emergenzphilosophie“[8]. Die Emergenztheorie spielt in der neuzeitlichen Ontologie, bei der Erklärung des Bewusstseins, des Ich und des subjektiven Geistes eine bedeutende Rolle. Vor allem in der Philosophie des Geistes kam es seit den 1970er Jahren zu einer Renaissance des Emergenzbegriffes.

    Prozesstheorie Norbert Elias

    Der Soziologe und Humanwissenschaftler Norbert Elias geht im Rahmen seines Prozessmodells der Großen Evolution auf den Mechanismus ein, durch den bei Evolutionssprüngen Neues entsteht: die Integration bzw. Kombination bestehender Phänomene und die Funktionsteilung zwischen ihnen. Dabei füllt Elias die in der Literatur häufig vorkommende, aber oft relativ abstrakte Behauptung mit Leben: „Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile.“ Durch die Verbindung relativ einfacher Einheiten entstehen zusammengesetzte, komplexere Einheiten, deren Teile in gegenseitiger Abhängigkeit voneinander stehen, so dass kein Teil entfernt werden kann, ohne mehr oder weniger gravierende Folgen für die ganze Einheit und ihre Teileinheiten zu haben, im Extremfall den Zerfall beider in einfachere Einheiten zu verursachen.

    Diese Integration und Funktionsteilung, die gegenseitige Abhängigkeit und Komplexität ist im physikalisch-chemischen Bereich noch relativ locker, die „nächstniedere(n) Teileinheiten (sind) noch nicht funktionsteilig aneinander gebunden, so daß die Synthese reversibel ist, ohne daß diese Teileinheiten ihre Eigenschaften ändern“.[9] Elias spricht hier vom „reversiblen Integrationstyp“ und nennt als Beispiele Kleinmoleküle.

    Die Intensität der Integration und der Funktionsteilung steigt im Bereich der biologischen Evolution stark an. Hier entstehen

    „komplexere Gebilde, deren nächstniedere Teileinheiten funktionsteilig aneinander gebunden sind – die Struktur dieser Teileinheiten ist demgemäß auf ein Funktionieren im Rahmen einer bestimmten zusammengesetzten Einheit höherer Ordnung abgestimmt; die Teile verlieren in diesem Fall ihre Eigenstruktur, wenn die Einheit höherer Ordnung, die sie miteinander bilden, zerfällt“.

    Elias spricht hier vom „irreversiblen Integrationstyp“ und nennt als Beispiel einzellige Lebewesen.

    Integration und Funktionsteilung erreichen den bisher höchsten Stand im Bereich der sozio-kulturellen Evolution der Menschen. Hier ist eine weitere wissenschaftstheoretische Debatte der Sozialwissenschaften angesiedelt, die über das Verhältnis von „Individuum und Gesellschaft“. Insbesondere hier verweist Elias darauf, dass jeweils sowohl das Einzelne als auch ein Ganzes, zu dem es gehört, angemessen begrifflich repräsentiert werden müssen. Es dürfen weder die Ganzheiten auf die Einzelteile reduziert noch die Einzelteile aus dem Bild des Ganzen gedanklich entfernt werden, weil erst die komplexen Wechselwirkungen und gegenseitigen Abhängigkeiten der Einzelteile das Ganze bilden.

    Systemtheoretische Betrachtungsweise

    Emergenz ist eine kennzeichnende Eigenschaft von hierarchisch strukturierten Systemen. Solche Systeme haben auf der Makroebene Eigenschaften, die auf der einfacheren Organisationsebene, der Mikroebene, nicht vorhanden sind. Sie entstehen durch synergetische Wechselwirkungen zwischen den Elementen auf der Mikroebene.

    Theorie komplexer Systeme

    Die Theorie komplexer Systeme baut auf systemtheoretischen und chaostheoretischen Erkenntnissen zur Emergenz auf.

    Einzelnachweise

    [1]↑ a b Philip W. Anderson: Beitrag in Die wichtigsten Erfindungen der letzten 2000 Jahre/ hrsg. von John Brockman. – Berlin : Ullstein, 2000 – S. 178
    [2]↑ Robert B. Laughlin stellt Emergenz als unverzichtbares Grundprinzip von Naturerscheinungen an den Beginn seiner Nobel Lecture (pdf). Eine leicht verständliche Darstellung der Notwendigkeit des Emergenzprinzips zur Ermöglichung einer Vielfalt von im Grunde kollektiven physikalischen Erscheinungen findet sich in seinem Buch Abschied von der Weltformel. Die Neuerfindung der Physik (Piper Verlag, München 2007, ISBN 978-3-492-04718-0) – mit mehr als 30 Referenzen zum Stichwort Emergenz.
    [3]↑ Kauffman, Beyond Reductionism, http://www.edge.org, 2006
    [4]↑ Mayr, Ernst: Das ist Biologie – Die Wissenschaft des Lebens, Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg – Berlin, 2000, S. 403. ISBN 3-8274-1015-0
    [5]↑ Friedrich Engels, Karl Marx/ Friedrich Engels – Werke. (Karl) Dietz Verlag, Berlin. Band 20. Berlin/DDR. 1962. »Dialektik der Natur«, S. 481-508.
    [6]↑ „The chemical combination of two substances produces, as is well known, a third substance with properties different from those of either of the two substances separately, or of both of them taken together“ Mill (1843)
    [7]↑ Lewes, G. H. (1875), Problems of Life and Mind (First Series), vol. 2, Trübner London.
    [8]↑ Brockhaus Enzyklopädie, Band 5, S. 489, F. A. Brockhaus, Wiesbaden 1968. ISBN 3-7653-0000-4
    [9]↑ Elias, Norbert (1987): Engagement und Distanzierung. Arbeiten zur Wissenssoziologie I. 2. Auflage. Frankfurt/M.: Suhrkamp. S. 196

    Fulguration (von lat. fulgur „Blitz“) ist die von Konrad Lorenz verwendete Bezeichnung für das plötzliche Entstehen neuer Eigenschaften in einem komplexen System, die nicht aus den Eigenschaften der einzelnen Elemente des Systems vorhergesagt werden können. Der Begriff Fulguration entspricht demzufolge dem Wort des Aristoteles „Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile“ und somit der heute verbreiteteren Bezeichnung Emergenz.

    Konrad Lorenz hatte den Begriff Emergenz allerdings kritisiert, da seine deutsche Bedeutung („Auftauchen“) suggeriere, etwas bereits Existentes, lediglich bislang Verborgenes, komme zum Vorschein. Um diesen Unterschied deutlich zu machen, hatte Lorenz stattdessen den Begriff Fulguration vorgeschlagen.

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