Komplexe Systeme Und Nichtlineare Dynamik in Natur Und Gesellschaft: Komplexitätsforschung in Deutschland Auf Dem Weg Ins Nächste Jahrhundert

ISBN-13: 9783642642401 / Niemiecki / Miękka / 2014 / 485 str.

Klaus Mainzer

Opis

Komplexe dynamische Systeme werden in verschiedenen Wissenschaftsdisziplinen untersucht - von Physik, Chemie, Biologie und Medizin uber Kognitionswissenschaften und Psychologie bis zu Soziologie und Okonomie. Dieser Band zieht Bilanz und zeigt kunftige Forschungsperspektiven auf. Gemeinsames methodisches Thema ist die Modellierung komplexer Systeme, deren Dynamik durch Nichtlinearitat bestimmt ist. Mathematische Methoden und Computersimulationen machen aber nur Sinn, wenn sie mit konkreten einzelwissenschaftlichen Analysen verbunden sind. Das Buch liefert nicht nur fachubergreifende Informationen uber den aktuellen Forschungsstand, sondern kann auch von Nichtspezialisten als Einfuhrung in das spannende Gebiet komplexer Systeme und nichtlinearer Dynamik in Natur und Gesellschaft gelesen werden.

Spis treści

I. Einführung.- Komplexe Systeme und Nichtlineare Dynamik in Natur und Gesellschaft.- 1 Vom linearen zum nichtlinearen Denken.- 2 Komplexe Systeme in der Physik.- 3 Komplexe Systeme in der Chemie.- 4 Komplexe Systeme in der Biologie.- 5 Komplexe Evolution in der Informatik.- 6 Komplexe Systeme in Gehirnforschung und Neuroinformatik.- 7 Komplexe Systeme in Medizin und Psychologie.- 8 Komplexe Systeme in Soziologie und Ökonomie.- 9 Perspektiven für Wissenschaft, Technik und Kultur.- Literatur.- Synergetik:Vergangenheit, Gegenwart, Zukunft.- 1 Einleitung.- 2 Vor 25 Jahren: Die Suche nach vereinheitlichenden Gesetzen in Naturund Gesellschaft.- 3 Synergetik heute: Komplexe Systeme.- 4 Verschiedene Wurzeln.- 5 Chaos und Ordnung.- 6 Die Zukunft.- 7 Anhang I.- 8 Anhang II.- Literatur.- II. Physikalische Systeme.- Chaos(-Theorie) in der Physik: Wo stehen wir?.- Nichtlineare Dynamik in der Physik: Forschungsbeispiele und Forschungstrends.- 1 Einleitung.- 2 Kontinuierliche dynamische Systeme und astrophysikalischer Magnetismus.- 3 Planetare Ringe: Granulare Gase im All.- 4 Nichtlineare Analyse von Erdbebendaten.- Literatur.- Nichtlineare Zeitreihenanalyse in der Physik: Möglichkeiten und Grenzen.- 1 Einleitung.- 2 Nichtlineare Zeitreihenanalyse und ihre Grenzen.- 3 Anwendungen nichtlinearer Zeitreihenanalyse.- 4 Ausblick.- Literatur.- Was ist Komplexität?.- 1 Standardszenario des Selbstordnens komplexer Systeme.- 2 Zwei Arten komplexer Systeme.- 3 Ein Beispiel komplexer Systeme der zweiten Art: Regel-verändernde zelluläre Automaten.- Literatur.- III. Chemische und Biologische Systeme.- Vom Einfachen zum Komplexen: Bildung von chemischen Strukturen.- 1 Einleitung.- 2 Verknüpfung von Baueinheiten unter Selbstaggregationsbedingungen.- 3 Der Weg vom Mikro- in den Mesokosmos.- 4 Templatgesteuerte Verknüpfungen führen zu Komplementarität zwischen Templat und Reaktionsprodukt.- 5 Auf dem Weg zu immer größeren Gebilden, auch solchen mit emergenten Eigenschaften.- 6 Molekulares Wachstum zu Komplexität als Folge von Symmetriebruch und Rückkopplung.- 7 Das molekulare „Riesenrad“: Multifunktionalität und Emergenz.- 8 Ausblick.- Literatur.- Beherrschung von Komplexität in der molekularen Evolution.- 1 Evolution und Landschaften.- 2 Gradientendynamik.- 3 Evolution von RNA-Molekülen.- 4 RNA-Phänotypen und Gestaltraumüberdeckung.- 5 Neutrale Netzwerke.- 6 Optimierung auf kombinatorischen Landschaften.- 7 Abschließende Bemerkungen.- Epilog und Ausblick.- Literatur.- Nichtlineare Selbstverstärkung: Die treibende Kraft in der biologischen Musterbildung.- 1 Die Embryonalentwicklung — komplex und doch reproduzierbar.- 2 Primäre Musterbildung durch lokale Selbstverstärkung und langreichweitige Inhibition.- 3 Morphogenetische Gradienten.- 4 Regeneration.- 5 Gen-Aktivierung: molekular-genetische Analog-Digital-Konvertierung.- 6 Segmentierung und Muster innerhalb von Segmenten.- 7 Kontrollierte Nachbarschaft: Zellzustände, die sich lokal ausschließen und sich langreichweitig aktivieren.- 8 Anlage der Gliedmaßen: Bildung neuer Strukturen an den Grenzen verschiedener Gen-Aktivitäten.- 9 Die Bildung netzartiger Strukturen.- 10 Die Bildung von Pigmentmustern auf Schnecken- und Muschelschalen.- 11 Schlußbetrachtung.- Literatur.- IV. Kognitive Systeme.- Objekterkennung in einem selbstorganisierenden neuronalen System.- 1 Einleitung.- 2 Das System.- 3 Experimente.- 4 Diskussion.- 5 Danksagungen.- Literatur.- Physikalische Komplexität und kognitive Strukturerkennung.- 1 Einleitung.- 2 Strukturbildung und Gestaltgesetze.- 3 Strukturerzeugung durch Nichtlinearisierung.- 4 Struktursensibilität.- 5 Strukturverstärkung durch Prägnanztendenzen.- 6 Lernabhängigkeit der Strukturbildung.- Literatur.- Synergetische Lehr-Lernprozesse des Bewegungssystems.- Literatur.- V. Medizinische Systeme.- Biomedizinische Zeitreihen: Möglichkeiten und Grenzen.- 1 Zur Genese biomedizinischer Zeitreihen.- 2 Der Mensch als biomedizinische Signalquelle.- 3 Die Methoden der Signalanalyse.- 4 Physiologische Fragestellungen.- 5 Beispiele und Analysen biomedizinischer Zeitreihen.- 6 Methodische Probleme der Analyse biomedizinischer Zeitreihen.- Zusammenfassung und Ausblick.- Literatur.- Dynamische Krankheiten: Neue Perspektiven der Medizin.- 1 Einführung: Geschichtliches.- 2 Der Organismus als ein selbsterzeugendes und selbsterhaltendes dynamisches System.- 3 Die zirkuläre Organisation der Blutbildung.- 4 Ein Beispiel mit vielen Bifurkationen und Chaos: Ein mathematisches Modell für den neuronalen Ursprung von Epilepsien.- 5 Dynamische Krankheit und dynamische Gesundheit -Konzept und Strategie.- Literatur.- VI. Psychologische Systeme.- Nicht lineare Dynamik und das „Unerwartete“ in der Psychiatrie.- 1 Einleitung.- 2 Hippocampale Comparatoren und die Neuropsychologie der Angst.- 3 Das „Unerwartete“ in der Psychose.- Literatur.- Selbstorganisation in psychischen und sozialen Prozessen: Neue Perspektiven der Psychotherapie.- 1 Das „Problem der Ordnung“: Synergetik in der Psychologie.- 2 Entscheidung als Musterbildungsprozeß.- 3 Psychotherapie: Selbstorganisierter Ordnungswandel.- 4 Der Nachweis von Selbstorganisation in der Psychologie.- 5 Exemplarische empirische Befunde zu Ordnungs-Ordnungs-Übergängen.- Literatur.- VII. Soziale Systeme.- Dynamische Modelle komplexer sozialer Systeme: Was leisten Computersimulationen?.- 1 Die Anwendung mathematischer Modelle und von Computersimulation in den Sozialwissenschaften.- 2 Stochastische Prozesse als Modelle sozialer Prozesse.- 3 Wählereinstellungen als nichtlinearer stochastischer Prozeß.- 4 Überwindung der Geschlechtertrennung in Lehrerkollegien an Schulenals nichtlinearer stochastischer Prozeß.- 5 Mehrebenenmodellierung.- 6 Entstehung von Kooperation.- 7 Das Modell von Kirk und Coleman: Paarbildung in Dreier-Gruppen.- 8 Zelluläre Automaten.- 9 Ausblick.- Literatur.- Das Modellierungskonzept der Soziodynamik: Was leistet die Synergetik?.- 1 Das Ziel der Soziodynamik.- 2 Die Schritte der Modellierung.- 3 Ein Beispiel: Die Migration zweier wechselwirkender Populationen in zwei Regionen.- Literatur.- Der Umgang mit Unsicherheit: Zur Selbstorganisation sozialer Systeme.- 1 Selbstorganisation: Die Kopplung von Umweltstruktur und Systemdynamik.- 2 Die Selbstorganisation des Sozialen.- 3 Innovationsnetzwerke.- 4 Die Simulation von Innovationsnetzwerken.- 5 Ergebnisse.- 6 Zusammenfassung.- Literatur.- VIII. Ökonomische Systeme.- Nichtlineare Dynamik in der Ökonomie.- 1 Einleitung.- 2 Periodische Muster in ökonomischen Modellen.- 3 Chaos in ökonomischen Modellen.- 4 Theoretische Komplexität und die „Wirklichkeit“.- 5 Zusammenfassung.- Literatur.- Fraktale Geometrie von Börsenzeitreihen: Neue Perspektiven ökonomischer Zeitreihenanalysen.- 1 Fraktale Geometrie.- 2 Die fraktale Geometrie von Aktienkursen.- 3 Anhang.- Literatur.- IX. Innovative Systeme.- Komplexe Systeme und lernende Unternehmen.- 1 Einordnung des Themas in die aktuelle Debatte.- 2 Fragen zur Organisation von Wissen und Systemen.- 3 Konkrete Anforderungen und Vorgehensweisen für ein Wissensmanagement von Unternehmen.- 4 Zusammenfassung und Ausblick.- Literatur.- Evolutions- und Innovationsdynamik als Suchprozeß in komplexen adaptiven Landschaften.- 1 Einleitung.- 2 Populationen als Einheiten der Evolution — verschiedene Modelltypen.- 3 Innovationsdynamik von Technologien — diskrete und kontinuierliche Beschreibung.- 4 Zusammenfassung und Ausblick.- Literatur.

O autorze

Prof. Dr. Klaus Mainzer, geboren 1947, hat einen Lehrstuhl für Philosophie und Wissenschaftstheorie inne und ist Direktor des Instituts für Interdisziplinäre Informatik an der Universität Augsburg. Zahlreiche Fachpublikationen.

Blurb

Komplexe dynamische Systeme werden in verschiedenen Wissenschaftsdisziplinen untersucht - von Physik, Chemie, Biologie und Medizin über Kognitionswissenschaften und Psychologie bis zu Soziologie und Ökonomie. Dieser Band zieht Bilanz und zeigt künftige Forschungsperspektiven auf. Gemeinsames methodisches Thema ist die Modellierung komplexer Systeme, deren Dynamik durch Nichtlinearität bestimmt ist. Mathematische Methoden und Computersimulationen machen aber nur Sinn, wenn sie mit konkreten einzelwissenschaftlichen Analysen verbunden sind. Das Buch liefert nicht nur fachübergreifende Informationen über den aktuellen Forschungsstand, sondern kann auch von Nichtspezialisten als Einführung in das spannende Gebiet komplexer Systeme und nichtlinearer Dynamik in Natur und Gesellschaft gelesen werden.