Synergetik: Physikalische Prinzipien und Grundlagen

Synergetik - Schmetterlingseffekt

Synergetik – klingt etwas esoterisch und manche (Wissenschaftler) würden von der Idee einer Meta-Theorie von Ordnung und Veränderung wahrscheinlich auch nicht viel mehr halten als von Esoterik. Und doch verspricht die Synergetik, in der Physik begründet, genau das! Doch was hat die Physik bitte schön mit uns Menschen zu tun? Ganz einfach – wir alle bestehen aus nichts anderes als Sternenstaub 😉

Die Synergetik (die Lehre des Zusammenwirkens) wurde vom Physiker Hermann Haken begründet und ist die derzeit am weit entwickeltste, disziplinübergreifende Theorie der Selbstorganisation. Es handelt sich bei der Synergetik um eine Meta-Theorie von Veränderungs- und Innovationsprozessen, die mit ihren Grundprinzipien genauso auf physikalische Prozesse, wie auf biologische, psychologische oder soziale und organisationale Prozesse angewandt werden kann. Um das zu leisten, ist sie in der Physik fundiert und liefert mathematische Formalisierungen auf einer abstrakt-formalen Ebene (Haken & Schiepek, 2006: 31). In diesem Blog-Artikel wollen wir die wichtigsten Prinzipien und Begriffe der Synergetik für die naturwissenschaftlich begeisterten LeserInnen unter euch aufbereiten.

Selbstorganisation findet immer innerhalb eines bestimmten Systems statt. Der Mensch ist zum Beispiel ein bio-psycho-soziales System (Haken & Schiepek, 2006) und eine Organisation ein soziales System. Systeme sind konkrete oder abstrakte Objekte, die 

  • (a) nach außen abgegrenzt sind (zB Verträge) und
  • (b) aus einzelnen Teilen (zB Mitarbeitenden) bestehen (Haken & Schiepek, 2006: 77).

Dabei ist wesentlich, dass die Teile aufeinander einwirken können, also nicht einfach verbindungslos nebeneinander stehen. Die Abgrenzung eines Systems wird durch Randbedingungen beschrieben, zB ist ein Gefäß ein System, bei dem eine Flüssigkeit nicht nach außen fließen kann.

Synergetik: Systemgrenzen

Die Synergetik beschäftigt sich mit sogenannten offenen & komplexen Systemen. Offen bedeutet, dass die Abgrenzung des Systems dadurch charakterisiert ist, dass eine Wechselwirkung mit der Umwelt auf eine gewisse Art und Weise (die auch durch die Randbedingungen beschrieben werden) gestattet ist. Einleuchtende Beispiele sind hier natürlich Zu- und Abfuhr von Energie in biologischen Systemen oder das Erbringen und Vergüten von Leistungen von Unternehmen. Komplex bedeutet in diesem Zusammenhang, dass ein System aus einer großen Anzahl (verschiedener) Teilen besteht, die miteinander auf unterschiedlichste Art wechselwirken (können). Dabei handelt es sich aufgrund der Komplexität des Systems um sogenannte nichtlineare Wechselwirkungen, was bedeutet, dass die Vorhersagbarkeit für ein bestimmtes Outcome bei bestimmten Input sehr begrenzt ist. Das ist der einfache Grund, warum Topdown dirigierte Maßnahmen oft unerwartete Auswirkungen haben.

Die das System bestimmende Größen

Im Wesentlichen gibt es 3 Größen, die ein jedes System bestimmen:

  • Kontrollparameter: Die Randbedingungen, die sich aus der Abgrenzung zwischen System und Umwelt ergeben, fungieren als sogenannte Kontrollparameter  (Haken & Schiepek, 2006: 247). Diese beschreiben die Einwirkung der Umgebung auf das betrachtete System. Es handelt sich zum Beispiel um äußere Umstände, wie die Größe der Energiezufuhr, der Aktienkurs, die Wirtschaftslage, die Größe eines Unternehmens. Die Kontrollparameter sind die am wenigsten beeinflussbaren Größen des Systems.
  • Ordnungsparameter: Dies sind die sprichwörtlich den Ton angebenden Teile des Systems. Es könnte sich hierbei etwa um dominante Persönlichkeiten handeln, den Zweck eines Unternehmens, die Organisationskultur- oder struktur. Ordnungsparameter verkörpern makroskopische Qualitäten, die aus mikroskopischen Qualitäten emergieren (Emergenz-Prinzip; siehe unten). Eine Organisationskultur etwa lässt sich nicht einfach von außen durch einen Berater “installieren”, sondern ist u.a. das Ergebnis aus einer Wechselwirkung zwischen den Mitarbeitenden, die auf deren und den Werten der Organisation basiert. Ordnungsparameter sind leichter veränderbar als Kontrollparameter, aber stabiler verglichen mit den sogenannten versklavten Teilen.
  • Versklavte Teile: Während Ordnungsparameter aus Teilen des Systems emergieren, versklaven diese wiederum die restlichen Teile des Systems (Versklavungsprinzip), d.h. es handelt sich hier um eine sogenannte Kreiskausalität. “Versklavung” ist ein harter Ausdruck, der in der Physik verwendet wird, im Alltag jedoch nicht wörtlich genommen werden sollte. Oft haben wir die Wahl, ob wir “Mitläufer” sein wollen oder beispielsweise entgegen der Organisationsstruktur handeln. Nichtsdestotrotz sollte die implizite und subtile Wirkung der Ordnungsparameter wie einer Organisationskultur oder Verhaltensregeln in unserer Gesellschaft nicht unterschätzt werden, zumal wir uns oft erhebliche Konsequenzen einhandeln, wenn wir diese nicht berücksichtigen. Die versklavten Teile sind die relativ dynamischsten Größen des Systems.

Das Modell der Selbstorganisation 

Selbstorganisation innerhalb eines Systems lässt sich damit wie folgt darstellen:

Die Ordnungsparameter befinden sich auf der Makroebene des Systems, während sich die versklavten Teile auf einer dazu relativen Mikroebene befinden. Die Definition von Mikro- und Makroebene ist davon abhängig, was für eine Art von System betrachtet wird. Bei einer Wasseroberfläche beispielsweise wäre eine Welle ein Phänomen der Makroebene, während einzelne miteinander wechselwirkende Wassertropfen im Modell auf der Mikroebene zu verorten wären. Bei einem Unternehmen wäre die Organisationskultur ein Ordnungsparameter auf der Makroebene, während das Verhalten der einzelnen Mitarbeitenden dazu relativ durch die Mikroebene beschrieben werden würde. In einem sozialen System wie unserer Gesellschaft, kann man sich leicht vorstellen, dass Normen auf der Makroebene zu verorten wären, die uns Menschen auf der Mikroebene vorschreiben, wie wir uns zu verhalten haben.

“Mikro-und Makroebene sind relativ zueinander zu sehen, d.h. was in einem System Ordner bzw makroskopische Variable ist, kann auf der nächst höheren Ebene zum Teil eines neuen selbstorganisierten Systems werden. In Humansystemen spielt die Idee der Einschachtelung dynamischer Systeme eine große Rolle (zB neuronale Netze im Gehirn oder Funktionseinheiten in Organisationen) (sog. nested systems).” (Haken & Schiepek, 2006: 135)

Emergenz

Wie oben schon erwähnt, emergieren makroskopische Phänomene (Makroebene) aus der Dynamik der Einzelteile des Systems (Mikroebene) heraus. Emergenz bedeutet das “Hervortreten neuer Eigenschaften (oder Qualitäten) eines Systems”  (Haken & Schiepek, 2006: 79), die sich nicht ohne Weiteres aus den Einzelteilen des Systems erklären lassen. Zwei Ausdrücke müssen an dieser Stelle noch geklärt werden: was bedeutet eigentlich im Zusammenhang von Emergenz “neu” und “ohne Weiteres”? 

Was neu ist hängt (wie die Definition von Mikro- und Makroebene) von der Betrachtungsweise ab. Betrachtet man beispielsweise das menschliche Gehirn, so ist das Bewusstsein eine “neues” Phänomen, das aus dem neuronalen Netzwerk emergiert. Betrachten wir eine Organisation, so ist die Organisationskultur ein “neues” Phänomen, das aus dem Zusammenwirken vieler Menschen (bio-psychisch-sozialer Systeme, inklusive Bewusstsein) entsteht. “Ohne Weiteres” ist genauso als relativ zu betrachten: Die meisten Phänomene sind nur auf den ersten Blick nicht reduktiv (d.h. aus der Summe seiner Einzelteile) erklärbar. Schaut man genau hin, erkennt man, welche Eigenschaften der Teile auf der Mikroebene, gepaart mit Einflüssen aus der Umwelt zu der Dynamik beitragen, die schlussendlich das makroskopische Phänomen hervorbringen. Genauem Hinschauen ist natürlich ein gewisser Wissensstand des Betrachters, bzw Forschungsstand vorausgesetzt. So können beispielsweise chemische Verbindung mit dem heutigen Wissensstand der Physik erklärt werden. Wenn ein Phänomen – zumindest theoretisch reduktiv erklärbar ist – handelt es sich um sogenannte schwache Emergenz. Man kann sie auch als scheinbare Emergenz bezeichnen, weil sich der emergente Charakter des Phänomens auflöst, wenn man einen näheren Blick auf die Eigenschaften und Wechselwirkungen der Teilchen auf der Mikroebene wirft. 

Starke Emergenz, also wirkliche Emergenz, bringt den echten Zufall ins Spiel. Was ist nun echter Zufall? 

“Die äußeren Einwirkungen wie auch die Wechselwirkungen der Teile untereinander können rein deterministisch sein; sie können aber auch rein zufälliger Natur sein. Die Frage nach der Natur des Zufalls ist […] von prinzipieller philosophischer Bedeutung: Beruht ein für uns zufälliges Ereignis lediglich auf unserer Unkenntnis der zugrunde liegenden, eigentlich deterministischen Vorgänge, oder ist dieses Ereignis grundsätzlich nicht auf deterministische Prozesse zurückzuführen? Die Mehrheit der Physiker meint: beide Arten von „Zufällen“ gibt es, wobei der „echte“ Zufall in der Quantenphysik […] liegt.” (Haken & Schiepek, 2006: 77)

Um das Ganze nochmal anschaulich darzustellen, möchte ich hier ein Beispiel aus meiner privaten Kommunikation mit Dr. Helmut Schöller, Mitarbeiter am Salzburger Institut für Synergetik und Psychotherapieforschung herausgreifen: In der Alltagssprache würden wir es als (unglücklichen) Zufall bezeichnen, wenn jemand, der sein Dach deckt, gerade in dem Moment versehentlich einen Dachziegel fallen lässt, in dem ein Läufer darunter vorbeikommt. In der Alltagssprache macht dies deswegen Sinn, weil die zwei bio-psychisch-sozialen Systeme (Dachdecker und Läufer) normalerweise in keinem (direkt erkennbaren) Zusammenhang stehen. D.h. sie haben dies nicht ausgemacht und der Dachdecker hat kein Motiv um den Dachziegel fallen zu lassen. Trotzdem handelt es sich hierbei um einen deterministischen Prozess, also um einen Prozess, der – theoretisch – vollständig aus den Gegebenheiten her erklärt werden kann. Anders verhält es sich, wenn Quantenfluktuationen ins Spiel kommen – diese sind per Definition rein indeterministisch, d.h. “echtes zufälliges” Rauschen.

Welche Phänomene genau stark oder schwach emergent sind, wissen wir beim jetzigen Forschungsstand nicht genau. Wenn Phänomene stark emergent zu sein scheinen, kann es sein, dass weitere Forschung dazu führt, dass die Dynamik der Einzelteile erklärt werden kann und  es sich somit eigentlich um eine schwache Emergenz handelt. Daher ist es für einen Forscher prinzipiell zu empfehlen, davon auszugehen, dass es sich bei einem Phänomen um ein schwach emergentes handelt, denn ansonsten verzichtet man im Vorhinein auf jede Möglichkeit der Erklärung. 

Zur Emergenz noch eine kurze Anmerkung: weil es sich bei schwacher Emergenz nur um eine scheinbare handelt, wird oft kritisiert, warum man dann überhaupt von Emergenz spricht. Der Begriff ist deswegen nützlich, weil er die phänomenale und faktische Neu- und Andersartigkeit systematischer, makroskopischer Eigenschaften gegenüber den Eigenschaften der Teile betont. Die Synergetik liefert uns eine Erklärung, wie wir makroskopische oder phänomenologische Modellierungen ohne genaue Kenntnis oder expliziten Einbezug der Mikroebene vornehmen können  (Haken & Schiepek, 2006: 135), was wir sowohl in der Wissenschaft, als auch in unserem Alltag sowieso schon immer tun. So können wir eine Unternehmenskultur beispielsweise beschreiben, ohne auf die jeweiligen einzelnen Mitarbeitenden einzugehen, die dazu beitragen und davon beeinflusst werden (Emergenz- und Versklavungsprinzip).

Hier noch ein anschauliches Video von Kurzgesagt zum Thema Emergenz: 

Nun also das Modell der Selbstorganisation nochmal zusammengefasst: Die Einzelteile eines Systems wechselwirken miteinander und mit der Umwelt (Mikroebene). Die Kontrollparameter geben für diese Wechselwirkungen die Bedingungen vor. Aus den komplexen nichtlinearen Wechselwirkungen emergieren Phänomene (Makroebene), die eine neue Qualität hervorbringen und ihrerseits die Einzelteile beeinflussen (Versklavungsprinzip). Dabei handelt es sich also um einen kreiskausalen Prozess: Phänomene auf Mikroebene bringen Phänomene auf Makroebene hervor, die die Mikroebene beeinflusst und so weiter. Wo der Anfang war, ist wahrscheinlich ein Henne-Ei-Problem. Makro- und Mikroebene sind relativ je nachdem welches System betrachtet wird und schaffen Dynamiken, die wiederum andere Systeme beeinflussen: “Die Ordnungsparameterdynamik eines Systems kann zum Kontrollparameter anderer Systeme werden und umgekehrt. […] Die Selbstorganisation eines Systems findet Eingang in ganze Hierarchien von Systemen, wobei die makroskopische Ordnerdynamik eines Systems zum Mikroprozess eines nächsten Systems wird, usw. Dies gilt für neuronale, psychische und auch interpersonelle Prozesse” (Haken & Schiepek, 2006: 246).

Chaos oder Ordnung – Chaos UND Ordnung!

Zu guter letzt kommt auch noch die Chaos-Theorie ins Spiel der Synergetik. Chaos bedeutet im physikalischen Sinne – im Gegensatz zu unserem Alltagsbegriff – nicht komplette Unordnung, sondern setzt sogar gewisse Ordnung voraus!

“Chaos ist ein selbstorganisierter Prozess”, der aus der Wechselwirkung vieler verschiedener Elemente entsteht (Haken & Schiepek, 2006: 304). Die Chaos-Theorie ist vielen auch unter dem Begriff des Schmetterlings-Effekts bekannt; ein Flügelschlag eines Schmetterlings kann auf der anderen Seite eine des Erdballs einen Tornado auslösen. Dies macht einer der wichtigsten Eigenschaften des Chaos deutlich: Eine kleine Ursachenveränderung (Flügelschlag) kann eine große Wirkung (Tornado) haben.

Im Gegensatz zu dem linearen Kausalitätsverständnis unseres mechanistischen Alltagsweltbildes – also gewisser Input führt zu gewissem Output – ist es charakteristisch für Chaos, dass der Output eben nicht so einfach vorherzusagen ist. Chaotische Prozesse sind nur bedingt vorhersagbar, weil kleine Abweichungen im Prozess zu großen Unterschieden im weiteren Verlauf führen können. Gegensätzlich zu unserer Intuition jedoch sind chaotische Prozesse prinzipiell deterministisch, d.h. (zumindest theoretisch) vollständig erklärbar. Außer natürlich es kommt quantenmechanischer Zufall ins Spiel (siehe oben). Chaos entspringt aus den nicht linearen Wechselwirkungen, die in komplexen Systemen stattfinden, also sowohl in unserem Hirn, in unseren sozialen Interaktionen also auch in unseren Unternehmen. Mit Hilfe der Chaos-Theorie kann die Synergetik also auch diese komplexen Systeme modellieren. 

Für interessierte LeserInnen, hier eine gelungene (etwas ältere) Dokumentation über Chaos: Chaos – Mutter der Ordnung

Synergetik als Meta-Theorie der Selbstorganisation

Selbstorganisation ist “gekennzeichnet durch kohärente Musterbildung, spontane Übergänge, Eigendynamik und dem Entstehen von qualitativ Neuem” (Haken & Schiepek, 2006: 64). Sie tritt nicht nur bei physikalischen Phänomenen wie Wasserwellen oder Planetenbewegungen auf, sonden insbesondere auch bei Lern- und Entwicklungsprozessen von Menschen oder sozialen Strukturen. Die Synergetik kann mit Hilfe der Chaos-Theorie und ihren Grundprinzipien (Kontrollparamter, Ordnungsparameter, Versklavte Teile, Kreiskausalität) beschreiben, wie makroskopische Phänomene aller Art mikroskopische beeinflussen und aus ihnen entstehen. Eine zentrale Leistung der Synergetik besteht darin, durch diese wenige Prinzipien das Verhalten sehr komplexer Phänomene beschreiben und modellieren zu können. Somit ist die Synergetik eine Meta-Theorie für Innovations- und Veränderungsprozesse. 

Die Synergetik liefert also wissenschaftliche Erklärungen für Veränderungsprozesse und Selbstorganisation. Der nächste Blogartikel in der Reihe der Synergetik legt dar, was Veränderung im Rahmen der Synergetik bedeutet. Wie man sich dann die Selbstorganisationsfähigkeit eines komplexen Systems für diese zu Nutze machen kann, beschreibe ich in einem weiterführenden  Blogartikel (wahrscheinlich im November 2020).

 

Herzliche Grüße

Julia

 

Literatur

  • Haken, H. & Schiepek, G. (2006, [2010]): “Synergetik in der Psychologie – Selbstorganisation verstehen und gestalten”, Hogrefe

 

Bildnachweise

  • Beitragsbild: 100SekundenPhysik – Die Chaostheorie
  • Modell der Selbstorganisation: ursprünglich aus einem Vortrag von Arne Wunderlin (1990), bearbeitet und erweitert von © Haken & Schiepek (2006)
  • Chaos, Das: © Christian Moser

 

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