Mittwoch, 29. April 2009

Grenzen als Voraussetzung für die Selbstorganisation

Lieber Michael,

Danke für Deine weiterführenden Zeilen. Während die Realität in unseren Tagen scheinbar an den oberen und unteren Grenzen des Universums gesucht wird, will ich heute versuchen einige Gedanken zur „selbstorganisierten“ Belebung unserer Erde aus dem Wasser bzw. aus dem Wassermolekül abzuleiten. „Aqua vitam donat“ oder Wasser schenkt Leben ist mittelbar und unmittelbar mit diesem Molekül und seinen Eigenschaften verknüpft. Wasser als wichtigstes energiedissipatives Medium dient als Transport-, Reaktions- und Kühlmittel. Drei verschiedene zyklische energiedissipative Eigenschaften weist dieses Medium auf, nämlich 1.) bei Erwärmung zu verdunsten, 2.) an Phasengrenzflächen Potentiale durch erhöhte Ladungstrennung auszubilden und damit chemische Reaktionen zu ermöglichen bzw. zu beschleunigen und 3.) in lebenden Zellen durch Wasserspaltung und der Synthese von Kohlehydraten den Energiespeicher für den Betrieb von Lebensprozessen durch Verbrennung von Wasserstoff zu Wasser unter Sauerstoffaufnahme unter Abgabe von Energie und Kohlendioxid vorzuhalten.
Wir wissen, dass bei einer Temperatur von c. 300°K jedes Molekül in ständiger Bewegung (Schwingung) und trotzdem Wasser fast überall ständig in flüssiger Form vorhanden ist.

Bereits reines Wasser ist durch die Dissoziationseigenschaften und die Bildung von Wasserstoffbrücken in räumlich und zeitlich variable, begrenzte Aggregate - in Cluster – gegliedert. Diese Struktureigenschaft hat die Dichteanomalie des Wassers zur Folge. Eine Erwärmung des Wassers von 0°C auf 4°C führt zu einer Volumenskontraktion, einer Strukturverbesserung bzw. einer Entopieabsenkung.

Eine weitere wichtige Eigenschaft des Wassers ist seine Fähigkeit Salze aufzulösen und Ionen als Ladungsträger zu bilden. Durch eine Zuordnung einer bestimmten Menge Wassermoleküle zu jedem Ion innerhalb eines nur einzelne Ionen enthaltende Konzentrationsbereichs wird die Ordnung und die Zusammenhänglichkeit (die Kohärenz) der gebildeten Ionen-Lösung erhöht. Dies drückt sich in einer Gefrierpunktserniedrigung und einer Siedepunktserhöhung aus. Der flüssige Phasenbereich wird dadurch ausgedehnt, eine weitere Volumenkontraktion findet statt, die Temperatur sinkt ab, die Schwingungs-eigenschaften werden verbessert und die Stabilität der Wasser–Ionencluster erhöht. Durch die Ionenanteile in der Lösung werden auch neben den durch die Polarität des Wassers bereits gegebenen (para)magnetischen Eigenschaften auch die elektrischen Eigenschaften verstärkt sodass die Wasser-Ionencluster auch mit elektromagnetischen Feldern wechselwirken.

An Phasengrenzflächen müsste eine ursprünglich harmonische Bewegung des Wassermoleküls durch eine andere harmonische Bewegung nämlich des umgebenden Mediums überlagert und die Schwingungszustände dahingehend moduliert werden, dass die Auslenkungen der Wassermoleküle vom Mittelwert teils stärker, teils geringer sind als im unmodulierten Zustand. Diese Auslenkungen sind die Energiepotentiale (pH-wert) die Reaktionen des Wassers mit anderen Molekülen steuern.
Die Auslenkungen des Wassermoleküls jedoch bestimmen Raum-Zeit gesteuert, das pH bzw. die jeweilige Reaktivität des Wassers. Durch eine gesteuerte harmonische Zuführung von Energiepulsen müsste unser Wassermolekül dahingehend aufgeschaukelt werden können, dass in mehreren Stufen das pH abgesenkt wird und so die Stabilitätskriterien für das Wasser erreicht und überschritten werden und das Wassermolekül unter Bildung von Wasserstoff im status nascendi zerfällt. Bei solchen Bedingungen ist anzunehmen, dass auch Kohlendioxid aus Bikarbonationen gebildet und sich unter Absenkung der Energiedichte nur instabile Kohlehydratradikale bilden, die unter Abgabe von Energie Glukose bilden und in Folge weiter zu Zellulose bzw. Stärke (Polysaccaride) polymerisiert werden können. Bei solchen Reaktionen würde natürlich die Allokation der Reaktanden sowie der Abtransport der Reaktionsprodukte an Stellen mit minimaler Energiedichte innerhalb von stehenden Wellenfeldern bei jeder Reaktion erfolgen können. Die Reaktionszentren bzw. der stetige entropieabsenkende Metabolismus könnten dabei von Strukturmolekülen (mit der Funktion aperiodischer Kristalle) in einem -/+dynamischen, störungsfreien Raum (Hilbert Raum) so gesteuert werden, dass Entropieminima als Domänen mit minimiertem Zufallsanteilen (maximal stabile, geschlossene interne Kreisläufe) entstehen müssten.
Dabei werden die Reaktionsprodukte dynamisch so lange gebildet und an energiearmen Stellen abgelagert bis ein chemisches Gleichgewicht die Bildungsrate gleich der Zerfallsrate werden lässt und damit exakte räumliche und zeitliche Bedingungen erfüllt würden.

Die Rolle des Wassers wäre dabei das dissipative Medium analog zu seiner Rolle bei der Sanddünenbildung an den Stränden des Meeres. Stetig anrollende Wellen dissipieren ihre Energie in Wechselwirkung mit dem darunter liegenden Sand, heben die einzelnen Sandkörner durch den entstehenden Auftrieb aus dem Sandgefüge, sortieren dabei den Sand indem sie ihn beschleunigen bis die Gravitationskraft den Auftrieb überwiegt und die größeren Sandkörner etwas früher als die kleineren Sandkörner wieder abgelagert werden Auf diese Art werden die Wellenschlagsmarken (Rippelmarken) gebildet mit der Eigenschaft die obersten Sandkörner öfter auszutauschen als die bereits gebildeten stabileren (dissipativen) Strukturen.

Diese Musterbildung (Strukturbildung) wird solange die Energie strukturiert in Form von (Sonnen)Pulsen vorhanden ist immer stattfinden müssen. Störungen führen zwangsläufig zur Evolution eines Muster geprägten Feldes indem immer an Phasengrenzflächen selbst bei völlig gleichen Temperaturen chemische und mechanische Potentiale in Form von Modulationsunterschieden (pH-Unterschieden) vorhanden sind und Reaktionen ablaufen können. Jeder Fluss entwickelt sich zu einer maximal stabilen Struktur indem die Geschwindigkeit der transportierten Stoffe im Verhältnis zur Wassergeschwindigkeit allmählich maximal abgesenkt wird. D.h. der „Lebensprozess“ eines Flusses führt einerseits zu immer stabileren Verhältnissen wobei durch ständige „Störeinflüsse“ durch kurzwelligere (teilweise auch Lebens)Prozesse im Einzugsgebiet sich immer wieder neue Varianten der sich ständig verbessernden Energiedissipation an Oberflächen und Phasengrenzflächen mit besser geschlossener Kreislaufführung ausbilden.

Wir haben nun gesehen, dass sich unter dem stetigen Einfluss von mehr oder weniger stabilen Energiepulsen eine sich stabilisierende dissipative Struktur an weiter zunehmenden Phasengrenzflächen ausbildet. Daraus resultieren mehr geschlossene und kreisgeführte stoffliche Strukturen, die die Energieflüsse absenken und der „entropischen Unordnung“ engegenwirken, sodass auch eine ständigen Zunahme der Entropie relativiert werden muss. Das Universum muss also nicht notwendigerweise als grenzenlose Entropiemüllhalde dienen.

Die prägendste Eigenschaft unseres von der Erde aus beobachtbaren Universums ist also die Dynamik durch Wechselwirkung in Rückkopplung von Wasser zur übrigen Materie. Die philosophische Frage die sich stellt ist meines Erachtens noch immer die Frage ob wir außerhalb des beobachteten Raums eine Stetigkeit voraussetzen dürfen, die wir innerhalb unseres Raums praktisch nie beobachten.
Ob sich aus dem Beobachtbaren mittels einer Mathematik mit meist zirkulärer Beweisstruktur der Weg zur Realität physikalischer Gesetzmäßigkeiten ableiten lässt wie dies z.B. in Roger Penrose´s Buch „The road to reality.- A complete guide to the laws of the universe.“ behauptet wird, scheint unsicher.

Über die Betrachtung des Wassers und des Wassermoleküls über dessen Verteilung im Universum wir weder räumlich noch zeitlich sehr wenig wissen, außer, dass unsere intellektuellen Fähigkeiten sich unmittelbar aus der Wechselwirkung des Wassers an ständig werdenden und vergehenden materiellen Phasen- oder Membrangrenzflächen entwickeln. Ist nicht die Hoffnung auf Wachstum und Evolution der Organismen, der Menschheit und letztlich des Geistes mit der ewigen Hoffnung auf Unbegrenztheit und Erfüllung der Kompass der uns zu den Inseln der Nachhaltigkeit treibt, wie Du sie in Deinem Buch so treffend beschrieben hast.

Ich glaube, dass wir aus der mittleren Perspektive dessen, was wir unmittelbar erfahren und beobachten unsere Zukunft machen müssten. Dass wir den Übergang von dem was war und was andauernd wird, dann besser gestalten können wenn wir im nächsten Schritt unsere Hybris des begrenzten Besserwissens durch ein vorrangiges Verständnis der Zusammenhänge anstreben, dass wir das Leben als Weg und als Ziel einer Evolution sehen wo wir unsere Welt in uns selber intrnalisieren anstatt mit maximaler Energie unsere Zukunft und unsere Subsistenz (die Fähigkeit auf eigener Landesfläche zu überleben) aufs Spiel setzen.

Die gesamte Gliederung unserer wasserabhängigen Schöpfung in selbstähnliche (fraktale) Strukturen vom Nanoorganismus bis hin zur jährlich wiederentstehenden Frühlingslandschaft mit ihren rekursiven Kopplungen ist auf die Menschheit und ihre noch immer in Entwicklung befindliche Intelligenz bezogen. In regelmäßigen Abständen entstehen singuläre Zeitfenster für sprunghafte Veränderungen, sei es eine Menetekelbotschaft oder der Zusammenbruch einer den Geist und den Menschen versklavenden Gesellschaft. Die heute drohende Gefahr besteht in einer den Menschen verachtenden Wissenschaft die versucht durch einfache Patentrezepte, die in immer größeren zentralen geldgesteuerten Staatsgebilden zur Staatsreligion erhoben werden, jegliches Handeln globalisiert und synchronisiert ablaufen zu lassen.
Diese grenzenlose Gesellschaft entäußert sich des wichtigsten Prozesses einer nachhaltigen Zukunftsgestaltung nämlich des Evolutionsprozesses um die notwendige flexible Anpassung der Organismen an die meist orts- und zeitbezogene Phasendynamik zu gewährleisten. Auch Evolution ist ein energiegetriebener Prozess der vorrangig an Phasengrenzflächen abläuft und diese relativ geringen Potentiale in geordnete Dynamik überführt. Zu hohe und zu niedrige Grenzpotentiale führen zu Katastrophen oder gesellschaftliche Ineffizienz. Diese Entwicklung tritt durch übermäßige oder phasenfalsche Regelung der Gesellschaften mittels Gesetzen mit Universalitätsanspruch auf und wird in zu großen zentral gesteuerten politischen Einheiten erreicht. Die Erkenntnisse von Leopold Kohr (The breakdown of nations) zeigen wie das Wachstum von Nationen die gesellschaftliche Ineffizienz zunehmend ansteigen lässt und so den Zerfall fördert. Aus diesem Grund scheint es wichtig dezentrale verortete Strukturen in erster Linie wieder zu beleben, die Demokratie zu dezentral zu verorten und den Vergesellschaftungsprozess laufend und effizient zu gestalten.

Habe diesmal versucht in einem Rundumschlag wasserbezogen die gesellschaftlichen und wissenschaftlichen Belange aufzugreifen und vielleicht die Pädagogik in unserer Gesellschaft in Zukunft mehr Wasser- und an Organismen gebunden als Eventorientiert zu gestalten. Freue mich schon auf ein Ping als nächsten Beitrag von Dir. Grüsse Willy

Sonntag, 19. April 2009

Von der Endlichkeit zur Selbstorganisation

Lieber Willy,

vielen Dank für Deine letzte, sehr aufschlussreiche Zukunftspost und bitte verzeih mir mein etwas längeres Schweigen. Nun aber will ich wieder an unserem Ferndialog weiterarbeiten, einiges ausdeiner letzten Wortmeldung aufgreifen und mein Argument wie auch Deine gedanken ein weiteres Stück fortführen.
Du schreibts in Deiner letzten Post von der Wandlungen der Newton'schen Physik, die Masse und Energie getrennt betrachtet zu etwas Neuem, einem dynamischen System der Wecheselwirkungen. Genau hier liegt für mich der wichtige Punkt, auf den Du dann in der Folge auch sehr eingehend Bezug nimmst: Wir stehen vor einer (oder besser wir sind bereits mitten in einer) Wende der Auffassung, von dem "was ist" und von dem, "wie etwas wird".
Betrachten wir das, was ist, so wird aus Deinen wie auch meinen bisherigen Beiträgen wohl klar, das die Realität eben nicht einfach "Dinge" sind, sondern eben vielmehr "Prozesse", vor allem Prozesse der Wechselwirkung zwischen begrenzten Entitäten (die für sich wieder Prozesse sind, doch davon vielleicht in einer späteren Zukunftspost). Nichts ist, alles wird, könnte man überspitzt formulieren.
Wie Du richtig anmerkst, können wir ja ohne Wechselwirkung gar nicht wahrnehmen, und ohne Wahrnehmung wäre es ja auch schwer, eine Realität zu haben. Das haben wir jetzt sehr gut dargestellt und wollen es auch als Basis unserer weiteren Diskussion einfach einmal festlegen.
Aber halt, bevor wir weiter gehen, sollten wir uns noch ein bisschen damit auseinandersetzen, was den nun ein "Prozess" ist: Es ist nicht mehr und nicht weniger als die logische Folge der beiden wesentlichen Faktoren unserer bisherigen Diskussion, der Endlichkeit der "zellulären Strukturen" einerseits und der Wechselwirkung zwischen ihnen andererseits.
Zuerst einmal die Endlichkeit: Kein unendliches system kann sich durch eine Wechselwirkung ändern.Das sagen sogar unsere wenig erleuchteten bisherigen Naturgesetze schon aus. Eine unendliche Masse etwa (und jedes unendliche System ist immer unendlich in all seinen Eigenschaften, sonst wär's eben nicht unendlich!) kann nicht durch eine endliche Kraft (oder eine andeer endliche Einflussgröße) verändert werden. Wenn Kraft gleich Masse mal Beschleunigung ist, dann ist bei unendlicher Masse und endlicher Kraft die Beschleunigung immer Null. Eh ganz klar. Was anderes, als endliche Kraft sollte aber ein endliches zelluläres System als Wechselwirkung aufbringen?
Soweit einmal der erste Teil der Ableitung: Wechsel-WIRKUNG, also die veränderung auf Grund des Anderen, ist an Endlichkeit gebunden.
Jetzt der zweite Teil: Jede endliche Wechselwirkung zwischen endlichen zellulären Prozessen verändert deren Charakter. Ich habe das bereits in meiner vorigen Zukunftpost dargestellt. Diese Änderung ist immer auch wechselweise (siehe das Beispiel vom unterkühlten Tourengeher und dem wärmenden Ofen: Der Tourengeher wird wohlig gewärmt, der Ofen kalt). Vorbedingung ist, dass zwischen den beiden Systemen ein Austausch möglich ist. Wechselwirkung ist aber immer nur möglich, wenn ein Partner etwas "nicht hat" und ein anderer etwas "zuviel hat". Dies bezieht sich immer auf Qualitäten (die "Potentiale"), in unserem Fall etwa auf die Temperatur der beiden Körper "Ofen" und "Tourengeher". Dann erfolgt eine Wechselwirkung, die versucht diesen "Potentialunterschied" auszugleichen.
Damit sind wir flugs um ein weiteres Faktum reicher, die Zeit. Jede Wechselwirkung verändert, die Richtung dieser veränderung nehmen wir als "Zeit" wahr. Zeit ist also nichts anderes als einerseits ein Produkt der Endlichkeit, der Zersplittertheit unserer Realität. Sie ist andererseits nichts anderes als der Ausdruck dessen, dass alle Teile, alle "zellulären Einheiten" unserer Realität in dauernder Wechselwirkung stehen, sich daher dauernd verändern. Also ohne Endlichkeit keine Wechselwirkung, als Folge der Endlichkeit aber zwingende Wechselwirkung und daraus zwingend die Ableutung der Zeit als die Abfolge der Änderungen in den einzelnen zellulären Strukturen auf Grund der Wechselwirkung. Realität ist daher nichts festgefügtes, kein "Ding an sich", sondern ein dauernder Ablauf von Wechselwirkung und Veränderung, ein Prozess. Realität ist ein Prozess.
Jetzt aber wird es spannend, wir können nämlich zwei Typen von Prozessen denken. Einerseits Prozesse, die zum Ausgleich führen und andererseits selbstorganisierende Prozesse. Ausgleichsprozesse sind langweilig und können daher hier kurz abgehandelt werden: Bei ihnen führt die Wechselwirkung einfach dazu, dass die zellulären Entitäten, die daran beteiligt sind, sich in ihrem Charakter annähern und schließlich ununterscheidbar werden. Wenn unser Tourengeher seine Hütte verläßt, weil in der Sonnenschein in der Früh herauslockt, so werden die Entitäten "Ofen" und "Stube" schließlich bald ein Gleichgewicht in der Temperatur erreichen. Zwischen ihnen ist kein (Wärme-)Austausch mehr möglich, weil sie sich in ihrem Charakter (zumindest in Bezug auf den Austausch von Wärme) schlußendlich vollständig annähern: Sie haben irgendwann einmal dieselbe Temperatur. Wir sprechen hier auch vom Ausgleich des zwische n ihnen stehenden Potentials und meinen nichts anderes damit, als das sie eben nicht mehr unterscheidbar geworden sind, dass sie für diesen speziellen Austauch eben nicht mehr zwei, sondern eben ein System geworden sind. Wenn man so will, sind sie in Bezug auf den Wärmeaustausch "tot" geworden.
Die zweite Art Prozessen auf der Basis von Wechselwirkungen ist viel wichtiger. Du hast in Deinen bisherigen Beiträgen schon sehr interessante Beispiele dafür gebracht: Das Klima, die Prozesse im Wachsen von Biomasse und vieles mehr. Diese Prozesse sind dadurch gekennzeichnet, dass sie eben auf kein "Gleichgewicht", keinen Todeszustand hinführen. Es sind generell Entwicklungsprozesse.
Was unetrescheidet nun diese Entwicklungsprozesse von solchen, die zu einem toten Ausgleich führen? Hier gibt es eine Antwort aus deiner vorletzten Post: Der Puls.
Ein Puls ist eine ganz besondere Form der Wechselwirkung: Sie ist "zeitlich begrenzt". Das bedeutet, dass sie einmal da ist und dann eben wieder weg ist. Einmal auf, einmal ab, eine Welle also. Damit sehen wir schon, warum die Natur ihre Austauschvorgänge so oft an Wellen knüpft: Unsere Realität ist ein selbstorganisierender Prozess, der eben darauf aufbaut, dass Wechselwirkungen zu etwas neuem führen und nicht zum Tod der daran beteiligten Systeme.
Das wichtige bei Puls-Austauschvorgängen ist, dass sie immer die Möglichkeit schaffen, dass die beteiligten Systeme ihre Möglichkeit zum Austausch bewahren. Es gibt nicht eine Potentialdifferenz, die langsam aber sicher "aufgebraucht" wird, sondern die Potentialdifferenz, die zum Austausch notwendig ist, wird immer wieder auf's Neue erzeugt. Der Puls (also der Wechsel im Potential) der angeboten wird, erhöht einfach die Chance, dass eine Wechselwirkung zustande kommt. Ist das Potential des "Senders" größer als das des "Empfängers", so kann es zum Austausch kommen. Der Sender gibt etwas ab, der Empfänger bekommt etwas. Damit der Empfänger wieder etwas empfangen kann, muss man ihm "Zeit" lassen, das Bekommene zu verdauen. Diese "Zeit" braucht er dazu, die Prozesse in seinem Inneren (also INNERHALB der zellulären Struktur) ablaufen zu lassen, die ihn wieder "empfangsbereit" machen.
So, das war jetzt sicher etwas grob ausgedrückt. Wir wollen den Vorgang der Wechselwirkung mit anderen zellulären Einheiten einmal "Perzeption" und jenen des "Verdauens" der Wirkung "Dissipation" nennen. Und hier liegt eine neue interessante Frage: Wie "verdauen" zelluläre Systeme die Wechselwirkung mit anderen Systemen?
Das Interessante daran ist, dass es eine klare Richtung der Dissipation gibt. Zelluläre Einheiten bauen Strukturen, die sie in die Lage versetzen, die nächsten Pulse wenn möglich noch besser zu nutzen. Das bedeutet aber, dass die Prozesse im Inneren der einzelnen Zellen verändert werden müssen. Es müssen "Strukturen" aufgebaut werden. Dabei sind Strukturen nichts anderes, als weitere interne "zelluläre Einheiten", die miteinander in Wechselwirkung treten können. Je mehr und je vielfältiger diese internen zellulären Einheiten sind (die ja nicht anderes als weitere "Prozesse" darstellen), desto kleiner werden die Potentialdifferenzen, die notwendig sind, um das durch die Wechselwirung aufgenommene "Einkommen" des großen eigenen Systems innerhalb der eigenen "großen" zellulären Struktur auszutauschen, desto "kleiner" wird das Potential des Gesamtsystems gehalten und desto mehr kann beim nächsten Puls aufgenommen werden.
Es gibt offensichtlich damit eine ganz klare logische Linie, die von der "Endlichkeit" zur "Wechselwirkung", von der "Wechselwirkung" zur "Zeit", von der Zeit zur Auffassumg der Realität als "Prozess" und von dort zur Eigendynamik der "Selbstorganisation" führt.
Das ist einmal ein bisschen weiterer Stoff für unsere Zukunftspost.
Vielleicht noch ganz kurz zu Deiner Kritik an den Wissenschaftlern, die ich zwar teile, wo ich aber vielleicht mehr Nachsicht walten lasse. Wissenschaftler sind einfach menschen wie alle anderen auch, sie wollen Beachtung und Sicherheit. Bedies bekommen sie, wenn sie innerhalb der enegen Grenzen ihrer Zunft arbeiten. Wer das Boot zum Wackeln bringt, ist nicht sehr angesehen. Daher sind Wissenschaftler meist auch konservativ und wenig innovativ. Das ist die eine Seite. Die andere Seite ist, dass es in dieser Zunft auch immer wieder große Außenseiter und "Eroberer" der Realität gibt, die die Kraft haben, ganze Generationen zu beeinflussen. Schon um diese Innovationskraft weiter zu nutzen glaube ich an die Wissenschaft, so träge, langsam, oft auch brutal und ohne Geist ihr Vorwärtsstreben erscheinen mag.
Soweit nun von mir und ich warte schon sehr gespannt auf Deinen nächsten Beitrag!

Michael