Freitag, 4. Februar 2011

*08* Stalin, Prigogine und die Brennwerttechnik

Stalin, Prigogine und die Brennwerttechnik:
Dissipative Strukturen. Materie-Selbstorganisation:
Warum das Chaos sich selbst ordnet
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Der Physiker Fritjof Capra hat in seinem Buch „Lebensnetz“ (1996/1999) u.a. auch die Geschichte nachgezeichnet, mit der Mathematiker, Biologen und Computer-Techniker dem Geheimnis nachspüren, wie die chaotische Materie sich physikalisch und geistig selbst organisiert, wie das Geheimnis lebendiger Strukturen an ihrem Uranfang zu erklären ist. Diese Forschungen begannen etwa um 1950 und kumulierten um 1980. Sie geben den Fingerzeig einer Teilantwort zur Forderung Greensteins, ebenfalls zu Beginn der 1980-er Jahre erhoben: „Wir müssen herausfinden, nicht wie Naturgesetze funktionieren, sondern wie ein Naturgesetz überhaupt entsteht“.

Was könnte eruptiv-chaotischer sein als Materie, die hochenergetisch aufgeheizt in Wallung gerät:

“Und wie es wallet und siedet und brodelt und zischt,
wie wenn Wasser mit Feuer sich menget....“.

Was könnte chaotischer brodeln als siedendes Wasser oder aufgeheizte Luft. Doch immer, wenn wir auf dem TV-Schirm das Resultat der ordnenden Hand des Chaoten „Homo Sapiens“ sehen, die Tornados (wie soeben in Palma), dann sehen wir geometrisch-ordentlich geformte Spiralstrukturen. Das Chaos kommt immer geordnet daher.

Stalin illustrierte den Dritten Grundzug der Dialektik
(Allmählich angehäufte Quantität schlägt urplötzlich in eine neue Qualität um)
an aufgeheiztem Wasser. Über eine relativ lange Zeit ändert zugefügte Energie (Wärme) den Zustand
(Aggregatzustand) des Wassers von 20°C nicht. Es nimmt Wärme auf, ohne den gegebenen Zustand zu verändern. Doch plötzlich, innerhalb weniger Sekunden, schlägt der Zustand gesetzmäßig um (100°C sind erreicht), es beginnt zu sieden, erste Mengen gehen in den neuen Dampfaggregatzustand über, der James Watt die Dampfmaschine und in ihrem Gefolge Bahnchef Mehdorn den Dukatenscheißer erfinden ließ: Die auf dieser kräftigen Maschine, ausgestattet mit Rädern sitzen, und eine Lokomotive steuern, sollen mit Hungerlöhnen für das kommunistische Volkswohl der Kapitalisten arbeiten, während sie doch nur für die Shareholder privatwirtschaftliche Reichtümer (Kupons) aus dem Energiedampf schneiden.

Stalin hat das in dieser Bildhaftigkeit nicht angeführt; das war mein Senf dazu. Stalin hat lediglich dargestellt, wie Revolutionen, Umwälzungen also, in Physik und Soziologie gleichermaßen gesetzmäßig, vorbereitet werden, was auch Schiller nicht fremd war:

“Wehe, wenn im Schoß der Städte
der Feuerzunder still gehäuft,
das Volk, zerreißend seine Kette
zur Eigenhilfe schrecklich greift“.

Heine spricht in diesem Zusammenhang vom Messerwetzen, und das schnelle Messer war jüngstens in Ruanda zu besichtigen. Kurz: Stalin, der sozialdemokratische Mehrheitler (Bolschewik), wandte sich gegen den Fimmel der Minderheitler, (die Menschewiken in der „Sozialdemokratischen Arbeiterpartei Russlands“ SDAPR - die Mehrheits-SP Deutschlands gehört zu dieser Sorte) -, die glaubten – weil sie Angst vor den Messern der Reaktionäre hatten -, die Messer derselben mit guten Worten, Sprechblasen und Hartz-IV-Entgegenkommen beschwichtigen, reformieren zu sollen. Stalin: „Deshalb muss man, um nicht fehl zu gehen, in der Politik Revolutionär sein und kein Reformist“. Stalin sagte aber (später) auch (aus dem Gedächtnis zitiert): „An die Adresse der Genossen, die in Gewalt-Eruptionen verliebt sind, sei gesagt, dass Revolutionen auch ohne Eruptionen ablaufen können“. In der Tat: Nicht einmal die klassischen Revolutionen, die französische des Bürgertums und die Oktoberrevolution des Proletariats, waren unstrukturierte, brodelnde Gewaltausbrüche: Sie bedürfen stets der ordnenden Hand kleiner fortgeschrittener Führungs-Kader und der Ordnungsstrukturen einer Revolutionsarmee. Beide entstehen bereits im Vorfeld des Brodelns oder spätestens im Beginn desselben.

Mehr dazu zu sagen, war nicht Stalins Ding; die Grundlagenforschung war noch nicht weiter. Die besorgte u.a. der russische Migrant Ilya Prigogine an der Universität Brüssel. Er griff eine Entdeckung auf, die der französische Physiker Henri Bénard bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts gemacht hatte und „Bénard-Instabilität“ genannt wird, die, wie Capra am Ende des Jahrhunderts referierte, „inzwischen als ein klassischer Fall von Selbstorganisation gilt“. Wegen ihrer offensichtlichen fundamentalen Bedeutung, darf ich die Deskription Capras ausführlich zitieren.

“Die erste und vielleicht einflussreichste ausführliche Beschreibung selbstorganisierender Systeme war die Theorie der dissipativen Strukturen des in Russland geborenen Chemikers und Physikers Ilya Prigogine, Nobelpreisträger und Professor für physikalische Chemie an der Freien Universität in Brüssel. Prigogine entwickelte seine Theorie zwar aus Untersuchungen physikalischer und chemischer Systeme, aber auch nach seiner eigenen Erinnerung brachte ihn dazu das Nachdenken über das Wesen des Lebens.

   ’Ich interessierte mich sehr für das Problem des  Lebens... Ich habe immer geglaubt, dass uns die Existenz des Lebens etwas sehr Wichtiges über die Natur sagen will’.

Am meisten faszinierte es Prigogine, dass lebende Organismen in der Lage sind, ihre Lebensprozesse unter den Bedingungen des Nichtgleichgewichts in Gang zu halten. Er begann Systeme fern vom thermischen Gleichgewicht zu untersuchen, um herauszufinden, unter welchen genauen Bedingungen Zustände des Nichtgleichgewichts stabil sein können.

Der entscheidende Durchbruch gelang Prigogine in den frühen sechziger Jahren, als er entdeckte, dass Systeme fern vom Gleichgewicht durch nichtlineare Gleichungen beschrieben werden müssen. Die klare Erkenntnis dieser Verbindung zwischen „fern vom Gleichgewicht“ und „Nichtlinearität“ eröffnete für Prigogine einen Weg der Forschung, der ein Jahrzehnt später in seiner Theorie der Selbstorganisation seinen Höhepunkt finden sollte.

Um das Rätsel der Stabilität fern vom Gleichgewicht zu lösen, untersuchte Prigogine keine lebenden Systeme, sondern wandte sich dem viel einfacheren Phänomen der Wärmekonvektion zu, der sogenannten „Bénard-Instabilität“, die inzwischen als ein klassischer Fall der Selbstorganisation gilt. Zu Beginn dieses Jahrhunderts (1900-er Jahre. SE) hatte der französische Physiker Henri Bénard entdeckt, dass die Erwärmung einer dünnen Flüssigkeitsschicht zu seltsam geordneten Strukturen führen kann. Wenn eine Flüssigkeit gleichmäßig von unten erwärmt wird, bildet sich ein konstanter Wärmefluss, der sich von unten nach oben bewegt. Die Flüssigkeit selbst behält ihren Ruhezustand bei; allein ihre Leitfähigkeit (Konduktion) gewährleistet die Übertragung der Wärme. Wenn jedoch der Temperaturunterschied zwischen der oberen und der unteren Grenzfläche einen bestimmten kritischen Wert erreicht, wird der Wärmefluss durch Wärmekonvektion ersetzt, bei der die Wärme durch die kohärente (d.h. zusammenhängende) Bewegung einer großen Zahl von Molekülen übertragen wird.

An diesem Punkt tritt ein ganz auffallend geordnetes Muster von hexagonalen Zellen („Honigwaben“) auf, in dem heiße Flüssigkeit durch das Zentrum der Zellen aufsteigt, während die kühlere Flüssigkeit entlang der Zellwände zum Boden absinkt. Prigogine zeigt mit seiner detaillierten Analyse dieser „Bénard-Zellen“, dass das System, wenn es sich weiter vom Gleichgewicht (d.h. aus einem Zustand der gleichförmigen Temperatur in der gesamten Flüssigkeit) entfernt, einen kritischen Punkt der Instabilität erreicht, an dem das geordnete hexagonale Muster auftaucht.

Die Bénard-Instabilität ist ein spektakuläres Beispiel spontaner Selbstorganisation. Das Nichtgleichgewicht, das durch den ständigen Wärmefluss durch das System aufrechterhalten wird, erzeugt ein komplexes räumliches Muster, in dem sich Millionen von Molekülen kohärent (Hervorhebungen von mir. SE) bewegen, um die hexagonalen Konvektionszellen zu bilden. Bénard-Zellen sind übrigens nicht nur im Laborexperiment zu beobachten, sondern treten auch in der Natur unter verschiedenen Umständen auf. So kann beispielsweise der Abfluss warmer Luft von der Erdoberfläche in den Weltraum hexagonale Zirkulationsstrudel erzeugen, die ihre Abdrücke auf Sanddünen in der Wüste und auf arktischen Schneefeldern hinterlassen.“

Resümieren wir:
(1) Der Prozess der Erwärmung, die „allmähliche“ quantitative Anhäufung von Energie im Wasser, an der Ceran-Kochplatte beginnend, erfolgt zunächst durch Wärmeleitung (Konduktion), wobei die gegebene Ordnung zunächst erhalten bleibt: Es gibt noch keine Ortsveränderung der Wassermoleküle, sie oszillieren vorerst nur stärker um ihre „Nullpunkte“, vergleichbar Revolutionären, die geistig in Wallung geraten, denen das Messer in der Tasche vor Wut aufgeht, die aber noch nicht organisiert Polizeiwachen erstürmen und Regierungsgebäude besetzen.
(2) Der Quantensprung ins Brodeln erfolgt in dem „plötzlichen“ Augenblick, wo die Wärmeleitung nicht mehr zum Energietransport von unten, von der Ceran-Platte, nach oben, zur Wasseroberfläche, mehr reicht: Sie erfolgt jetzt durch Konvektion, durch Umwälzung (Revolution) der Milliarden Wassermoleküle, durch mechanische Bewegung der Moleküle.
(3) Dieser scheinbar chaotische Prozess ist von Anfang an eine geordnete Struktur: Es bilden sich makromare, sichtbare Zellen im Wasser aus, die geometrisch wohlgeformt sind: Sechsecke, einer Bienen-Honigwabenstruktur gleich. (Nebenbei erinnern wir uns: Auch Schneeflocken, die einem ganz anderen Aggregatzustand des Wassers angehören, zeigen diese Sechseck-Struktur, die allerdings eine feste ist (im Gegensatz zu den makromaren Wasserzellen) und einem anderen Formungsprozess unterliegen).
(4) Der Bildung dieser geometrischen Ordnungsstrukturen bei der Konvektions-Umwälzung, dieses kohärente Bewegungsverhalten vieler Milliarden Wassermoleküle (was so aussieht, als ob sie sich hinsichtlich dieses gleichförmigen Verhaltens abgesprochen, verständigt hätten) beruht auf physikalischen Gesetzen. Das heiße Wasser unten muss nun „schnell“ nach oben strömen, weil es leichter ist als das oben befindliche, relativ kühlere Wasser. Das bedingt wiederum, dass das kühlere Wasser nach unten strömen muss. Das geschieht so, das sich Zellen bilden, in deren Kern das heiße Wasser in einem „dicken“, kreisrunden Kernstrahl nach oben strömt, während eine gleiche Menge des kühleren Wassers an den Rändern der Zellen, sich hier geometrisch auf größere Flächen verteilend, was dünne Strömungsmenbranen ergibt, nach unten strömt, wobei die Zellenränder Sechseckform annehmen. Hier endet die Deskription Capras. Doch wir können sie weiter ausführen.
(5) Die sich erhaltenden Strömungs-Zellen erinnern an die Zelle als Grundbaustein organischen Lebens und die Zelle ist wiederum ein von Kedrow ausdrücklich benanntes Grundmuster aller Materiegebilde, eine Ausprägung des Formverhaltens von Kern/Hülle und dieses Formverhalten wurde bereits von Siddharta (Buddha) in den Begriffen Tanku/Futanku, Leere/Nicht-ganz-Leere, erkannt und in dem Satz festgehalten: „Leere ist nichts als Form, Form ist nichts als Leere“. Diese Erkenntnis geht wiederum auf das dialektische Letztprinzip zurück, auf den polaren Gegensatz von Vakuum und Plenum, dessen fundamentale, dominierende Hauptseite das Vakuum ist. Dieser Grundwiderspruch von Logik und damit Natur führt zu dem einheitlichen Grundmuster aller Gebilde „relativer Massenhaftigkeit“ (nach Engels), wie sie Kedrow beschrieben hat, zu dem Kern/Hüllen-Baumuster.
(6) Warum erfolgt diese Wasserbewegung, wie man es
a priori, den Überlegungen des mechanischen Materialismus folgend, erwarten würde, nicht als chaotisches, formloses Brodeln, derart, dass alle Wassermoleküle wild-chaotisch durcheinander wirbeln würden wie ein Bienenschwarm? Warum bilden sich beim Umschlagen von Konduktion in Konvektion sich selbst erhaltende, geometrisch-wohlgeordnete Strömungszellen, Strömungszylinder? Wie sie von den Technikern der Brennwert-Gasheizungen – ohne jemals Anleihen bei der Bénard-Instabilität aufgenommen zu haben – bei den Abgasrohren verwirklicht sind: Die Rohre sind doppelwandig, im inneren, größer dimensionierten „Kern“rohr wird das heiße Abgas nach oben, außen abgeführt; im äußeren, membranartig dünnerem Kreisring-Zylinder gleichen Volumens wird die kalte Frischluft, von oben nach unten strömend, zugeführt. Was der Konstruktionsingenieur aus guten physikalisch-ökonomischen Überlegungen technisch geformt hat, das präformierte die Natur aus eben denselben Gründen schon vorher:
Die wilde, chaotische Strömung, die Turbulenz, kommt zugunsten einer geordneten laminaren Strömung deshalb nicht zustande, weil sie zuviel Reibung erzeugen würde. Im Chaos kämen die kalten und heißen Wassermoleküle sich ununterbrochen gegenseitig in die Quere, würden milliardenfach zusammenstoßen, damit zusätzliche Energie erzeugen, den kürzesten Weg der heißen Moleküle von unten nach oben ebenso unendlich verlängern wie den kürzesten Weg der kalten Moleküle von oben nach unten; die bestmögliche Energieabfuhr würde gemindert. Und darauf reagiert die Natur mit gleichsam ökonomischer „Überlegung“ des Einschlagens des kürzesten Wegs. Sofern das nach den physikalischen Gesetzen/geometrischen Bedingungen möglich ist. Es ist möglich bei einer Wasserschicht von 5 Millimetern Dicke im Bénard-Experiment. Nicht im Riesen-Kugelvolumen der Sonne, wo die im inneren Kernreaktor erzeugten Energietransportteilchen bekanntlich durch Turbulenzen sehr lange Zeit benötigen, um an die Oberfläche zu gelangen.
(7) Warum nehmen die Strömungsmenbranen gerade die Sechseckform an? Das scheint dem Ökonomieprinzip zu widersprechen, weil es den geometrisch allerkürzesten Weg verlängert, der durch Zylinderflächen, also durch die Kreisform der Zellen, gegeben wäre?
Die Kreisform der Zellen würde wieder Reibung erzeugen an den Stellen, wo zwangsläufig zwischen den Strömungszylindern geometrisch bedingte „Hohlräume“ auftreten, Stellen, an denen hier vorhandenes Wasser an der allgemeinen Kreisströmung nicht teil nehmen, deshalb die Wärmeabfuhr nicht mit bewirken kann. Sie würden an Ort und Stelle „stehen bleiben“ und sich damit an den strömenden, ringförmigen Membranen reiben, lokale Turbulenzen auslösen innerhalb der allgemeinen Laminarität. Die maximal erforderliche Wärmeabfuhr würde dadurch gemindert. Das Ergebnis ist die Sechseckform der Strömungsmembranen als die beste Annäherung an die Kreisform, bei Vermeidung der Passiv-„Hohlräume“. Das ist das ganze Geheimnis der konkreten Formbildung bei den vorliegenden physikalischen Gegebenheiten. Das Sechseck erst ergibt das Optimum.
(8) Dieses kohärente Verhalten von Wassermolekülen ist somit rein physikalisch-geometisch zu erklären und hat noch nicht „Absprachen“, Verständigung der Moleküle untereinander zur Voraussetzung. Aber hat sie es nicht im Gefolge? (Farbige Hervorhebung: Siehe dazu die Anmerkung am Schluss. SE). Andere Untersuchungen am Chaos zeigen, dass aus unregelmäßigen Impulsen nach einiger Zeit geordnete Verläufe folgen und dass diese auf eine gewisse Merkfähigkeit zu ihrer Wiederholung hinweisen. Doch das ist hier nicht das Thema. Obwohl die hier geschilderten Ablaufmuster sicherlich eine der Grundlagen sind, die zu intelligentem, kooperativem Verhalten „toter“ Materie hinführen – weil die Materie (nach Charon) organisch-belebt und mit Intelligenz begabt ist.

Anlage: Vergrößerung des von Capra vorgestellten Bildes der Strömungszellen: BILD 4.

06.10.07

Ein im Hauptaufsatz festgestelltes Sisyphus-Syndrom unserer Gattung relativierendes tröstliches Statement Capras sei noch angefügt:

“Das Leben ist nicht so sehr Konkurrenzkampf ums Dasein als vielmehr ein Triumph der Kooperation und der Kreaktivität. Ja, seit der Entstehung der ersten Zellen mit Kernen ist die Evolution durch immer kompliziertere Arrangements von Kooperation und Koevolution vorangekommen.“ (Und dazu gehörte allerdings stets die Entfernung von Krebsgeschwülsten, die Entfernung abgestorbener, untauglicher Sozialstrukturen – aktuell die sich zu Tode stolpernde Gesellschaftsformation ‚Kapitalismus’, mit dem Messer des Operateurs. SE.)

27-08-09


Anmerkung:
Ich habe diese Passage des Manuskripts vom 06-10-07
so stehen lassen, um zu zeigen, wie sehr unser Denken von Überresten des mechanischen Materialismus immer noch geprägt ist. Denn wenn man das vorliegende Phänomen der organisierten Zellenbildung bei Wärmekonvektion intensiver betrachtet, muss man letztlich konstatieren, dass sie ohne intelligentes Verhalten nicht zu erklären ist. Ohne Zweifel ist die Ursache der geordneten Strömung physikalischer Natur (Notwendigkeit des Wärme-Ausgleichs in der Gesamt-Wassermenge, die an einer Grenzfläche erhitzt wird).
Ohne Zweifel ist die von der Natur gegebene Antwort auf das Problem, die hexagonale Zellenbildung, eine einsichtige Folge der gegebenen Gesetzmäßigkeiten der Geometrie. Und, dieses beachtend, wird man dazu verleitet, das sich ergebende Resultat als rein physikalischen Ablauf zu betrachten, bei dem die in der Ökonomie der Zellenbildung zum Ausdruck kommende „Intelligenz“ auf die Gesetzmäßigkeiten der Mechanik reduziert wird, alias zu konstatieren, darin zeige sich noch keine Intelligenz. Ich meine nun, dass das ein Denkfehler ist, der auf unseren alten mechanisch geprägten Vorstellungen von der „toten“ Natur der Materie beruht, die sich blind-torkelnd mechanistisch bewegt und intelligente Emergenzen zufällig hervor bringt, die rein physikalisch-geometrisch zu erklären sind. Doch ist das kollektive Verhalten von Milliarden Wassermolekülen ohne innere Intelligenz zu erklären? Sie müssen sich „schlagartig“ für das Richtige „entscheiden“, dessen Grenzbedingungen zwar physikalisch-geometrisch gegeben sind, aber dennoch die richtige Antwort erfordern: Hexagonale Strömungszellen zu bilden. Sie müssen die ökonomische, intelligente Antwort auf dieses Problem unverzüglich finden. Sie müssen sich darüber verständigen, dieses koordinierte Verhalten anzunehmen und beizubehalten, ohne auseinander zu fallen. Wir sind gewohnt, diese uns „letztlich unerklärlichen“ Phänomene damit abzutun, indem wir postulieren: Hier wirkt eine Naturkraft, ein Naturgesetz (bei Tieren: der Instinkt). Doch wie sollte die blinde Natur organisiert auftreten, ökonomisch perfekte, stabile laminare Strömungszellen aufzubauen und sich nicht der mechanistischen toten, sinnlosen Turbulenz hingeben?

Eine Brücke zur Erklärung bildet das Verhalten großer Kollektive von Fischen, wie sie häufig gezeigt werden. Sie führen Formationsbewegungen, Richtungsänderungen aus, die „blitzartig“ von allen Individuen eines Riesenschwarms, wie auf Zentralbefehl, exekutiert werden. Es gibt mechanistische Erklärungsversuche. Sie wären alle dicht beisammen und das Verhalten des einen, der einem Feind ausweicht, übertrage sich durch die nahe Berührung, von einem zum anderen wandernd, auf den ganzen Schwarm. Man muss diese Bilder der Formationsbewegungen nur genauer betrachten, um festzustellen, dass die Übertragung des Richtungs-Änderungsverhaltens niemals mechanisch erfolgen kann, derart, dass einer nach dem anderen die Richtung deshalb ändert, weil einer die Richtung geändert hat. Der ganze Schwarm, bis zum entferntesten Individuum, vollführt koordinierte Richtungsänderungen schlagartig, und das setzt intelligentes Verhalten, bewirkt durch schnellsten, nichtmechanisch erklärbaren Informationsaustausch voraus. Die Fische tippen sich nicht mechanisch an: Ihre Denkapparate kommunizieren blitzartig. Und sie fallen dabei nicht in Panik, in Turbulenzen, auseinander, sondern halten die Organisation des Schwarms „laminar“ aufrecht.

Es gibt eine verborgene Intelligenz in der Natur, im Leben, die schneller reagiert, die keine so lange Leitung hat, wie das „bewusste“, „intelligente“ Denken des Sapiens, der durch seine ganze Evolutionsgeschichte hindurch wie ein ausgemachter Vollidiot von einer Katastrophe in die nächste stolpert. Er hat sich im Lemming, im Stauffenberg, im Steinmeier, das falsche Vorbild erkoren.

28-08-09
Sybilla Engels


Postskriptum. Leider muss ich das „Bild 4“ der Bénard-Instabilität vorerst schuldig bleiben.

04.02.11
Sybilla Engels

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