Eigenschaften einfacher Maschinen und komplexer Systeme

Lange Zeit hat man “die Welt” (z.B. Gesellschaft, Wirtschaft, Ökosysteme) vorwiegend als zwar oft komplizierte, aber im Grunde doch “einfache”, auf Eingriffe proportional und berechenbar reagierende Maschine gesehen. Krasse Fehleinschätzungen und Überraschungen, die erst im Nachhinein erklärbar sind zeigen aber, dass man es in Wirklichkeit mit komplexen Systemen zu tun hat. Es kann sehr hilfreich sein, “einfache Maschinen” und komplexe Systeme voneinander unterscheiden zu können und deren grundlegende Eigenschaften zu kennen.

Grundlage und Ausgangspunkt für mich waren hier zunächst der Vortrag New Tools for Understandig a turbulent World (dt.: Neue Werkzeuge zum Verständnis einer turbulenten Welt) und das Kapitel Complexities (dt. Komplexitäten)  in dem BuchThe Ingenuity Gap: Facing the Economic, Environmental, and Other Challenges of an Increasingly Complex and Unpredictable World (dt.: Die Ingeniösitätslücke: Den Herausforderungen von unter anderem Wirtschaft und Umwelt in einer zunehmend komplexen und unvorhersehbaren Welt entgegensehen.) von Prof. Dr. Thomas Homer-Dixon.

Einfache Maschinen

Wenn Prof. Homer-Dixon seinen Studenten das Wesen einer einfachen Maschine erklären will,  bringt er eine alte mechanische Uhr mit zum Seminar. In seinem Buch über die Ingeniösitätslücke erzählt er dazu auch die Geschichte von seinem ersten Auto, einem Oldtimer, den er mit 16 von seinen Eltern bekommen hat und den er damals zerlegt, instandgesetzt und wieder zum Laufen gebracht hat. Den Studenten, denen er die Uhr mitgebracht hat sagt er, “seht, ich kann die Uhr in ihre Einzelteile zerlegen, ich kann die einzelnen Teile betrachten und ihre Funktion verstehen. Mit einem sehr präzisen Verständnis ihrer Funktion kann ich die Uhr wieder zusammenbauen und dann auch prüfen ob sie wieder richtig funktioniert. Man weiß dabei, was “richtig funktionieren” bei einer Uhr bedeutet und wenn sie nicht richtig funktioniert, kann man das in der Regel auf einen Schaden oder ein Problem im Bereich eines bestimmten Einzelteiles zurückführen. Verallgemeinernd leitet er daraus ab:

Wir nehmen in der Regel für EINFACHE MASCHINEN wie z.B. Uhren an:

  • Sie können zerlegt, analysiert und voll verstanden werden (Sie sind NICHT mehr als die Summe ihrer Teile).
  • Ursache und Wirkung sind proportional miteinander verknüpft => kleine Ursache/Veränderung ergibt kleine Wirkung, große Ursache oder große Veränderung ergibt große Veränderung. Man sagt der Zusammenhang von Ursache und Wirkung ist linear
  • Sie verhalten sich “normal” oder streben typischerweise einen Gleichgewichtszustand an.
  • Sie können gesteuert werden, weil ihr Verhalten vorhersagbar ist. Ihr Verhalten ist vorhersagbar. 

Gleichgewicht

Von dieser Vorstellung, es mit einer einfachen Maschine zu tun zu haben, arbeitet man fast überall in den Sozialwissenschaften und ganz besonders in den Wirtschaftswissenschaften. Dabei geht man auch von einem einfachen Gleichgewichtsmodell,  wie Prof. Homer-Dixon es mit dem nebenstehenden Bild symbolisiert, aus: Das System strebt einen stabilen Gleichgewichtszustand an, wie eine Kugel in einem halbkugelförmigen Gefäß. Das System ist verständlich und kontrollierbar. In der Wirklichkeit hat man es aber in der Regel mit komplexen Systemen, die sich anders verhalten und die damit für Überraschungen sorgen, wenn man glaubt, sie seien “einfache Maschinen”:

Komplexe Systeme

Komplexe System sind mehr als die Summe ihrer Teile (sie haben sich entwickelnde Eigenschaften. Die Gesamtheit der Einzelteile hat neue Eigenschaften, die keines der Einzelteile hat. Bezogen auf die einfache mechanische Uhr erklärt Homer-Dixon sei das so, als ob  die Uhr nach dem Anziehen der letzten Schraube auf einmal Beine hat und sprechen und laufen kann.

Die einzelnen Teile komplexer Systeme sind miteinander vernetzt und sie wirken aufeinander. Dabei kann es Synergien geben, d.h., bestimmte vernetzte Teile können sich gegenseitig ergänzen.

Es kann positive oder negative Rückkopplungen geben. Ein Element mit positiver Rückkopplung wirkt als Verstärker. Ein Element mit negativer Rückkopplung wirkt als Drossel oder Bremse. Das kennt man auch von technischen Reglern, bei denen es sich dennoch um “einfache Maschinen” handelt und deren Verhalten man präzise vorhersagen kann, weil ihnen andere Eigenschaften komplexer Systeme fehlen.

Eine kleine Ursache kann bei komplexen Systemen eine sehr große Wirkung haben. Anderseits können sehr große Einwirkungen auch keine oder nur sehr kleine Auswirkungen haben. Man nennt das nichtlineares Verhalten. Die Kombination aus Rückkopplungen, Vernetzung und Synergien kann zu sehr heftigem nichtlinerarem Verhalten führen.

Komplexe Systeme können einem Verhaltensmuster zu einem anderen umschalten. Komplexe Systeme können viele verschiedene Gleichgewichtszustände einnehmen, wie es die folgende Grafik aus Prof. Homer-Dixons Vortrag darzustellen versucht:

Komplexe Systeme sind opak bzw. undurchsichtig. Ein Beispiele für die Opazität bzw. Undurchsichtigkeit einer Maschine sind z.B. moderne Autos und Haushaltsmaschinen mit Baugruppen, die Mikrokontroler enthalten. Hier können normale Servicetechniker nur noch defekte Baugruppen durch Probieren oder Messen erkennen und austauschen. Sie können die genaue Funktionsweise der Baugruppen aber in der Regel nicht mehr verstehen und gezielte Reparaturen oder Änderungen der Software instandsetzen. Wenn eine Reparatur überhaupt noch möglich ist, benötigt man dafür in der Regel Spezialisten.

Komplexe Systeme können NICHT einfach gesteuert werden. Ihr Verhalten ist oft unberechenbar.

Die Teile komplexer Systeme können (zu) eng gekoppelt sein, was zu großen Schäden führen kann. Ein Beispiel ist eine große Anzahl Autos auf einer Autobahn, die mit hoher Geschwindigkeit dicht auffahren. Wenn plötzlich ein Fahrzeug wegen eines technischen Defektes oder durch ein Stück Wild gestoppt wird, dann kann es zu einer Massenkarambolage kommen. Die Koppelung der Fahrzeuge war dann zu eng. In der Wirtschaft kann ein ähnlicher Effekt durch Just-in-Time-Lieferungen in Kombination mit fehlender oder zu geringer Lagerhaltung entstehen. Vergrößerung der Sicherheitsabstände bei Autos auf der Autobahn und Vergrößerung der  Lagerbestände bei Handel und Industrie vermindert die Kopplung und das damit verbundene Risiko.

Wie die Beispiele der zu engen Kopplung von Einzelteilen zeigen, ist auch eine Steigerung der Geschwindigkeit eine mögliche Problemursache und Gefahrenquelle. Je schneller die Autos fahren und je kürzer die Just-in-Time-Lieferzeiten und je größer die Produktionsgeschwindigkeiten sind, je größer sind die potentiellen Schäden bei zu dicher Kopplung. Auch wird die Zeit und Möglichkeit, bei Gefahren oder Schäden gegenzusteuern durch die höhere Geschwindigkeit geringer.

Vorteile von Komplexität

  • Sie kann eine Quelle von Innovationen sein, weil sie die Möglichkeit zu neuen Kombinationen bietet.
  • Durch Diversität, verteilte Problemlösungen und Spezialisierung können Probleme besser oder überhaupt erst gelöst werden.
  • Komplexität ermöglicht anders nicht mögliche Organisationsgrößen, und eine Steigerung der militärischen Schlagkraft, was die Überlebenschance im Kampf um knappe, begrenzte Ressourcen steigert. Siehe dazu auf Youtube 10,000 years of war increased the size of human groups: an interview with Peter Turchin (dt.: 10.000 Jahre Krieg haben die Größe menschlicher Gruppen vergrößert: Ein Interview mit Peter Turchin)
  • Komplexität verbessert unsere Fähigkeit zu Anpassung an Veränderungen in unserer Umgebung.

Nachteile komplexer Systeme

  • Aufbau und Erhaltung von Komplexität kostet Energie und andere Ressourcen. In der Regel ist damit auch eine weitere Steigerung der Komplexität verbunden. Das führt letztlich zur Erschöpfung der Energie- und Ressourcenbasis und damit zum Kollaps komplexer Gesellschaften – es sei denn, man reduziert rechtzeitig und ganz bewusst die Komplexität und damit auch deren Kosten.  Siehe dazu z.B. Kollaps komplexer Gesellschaften – Interview mit Prof. Dr. Joseph Tainter und Dem Energiedilemma auf den Grund gegangen.
  • Fragilität, Sprödigkeit oder Zerbrechlichkeit, auf Englisch “Brittleness”. Komplexe Systeme, wie z.B. unsere Industriegesellschaft sind, wenn man sie an der richtigen Stelle angreift, sehr zerbrechlich. Siehe dazu z.B. EMP-Bedrohung – Anhörung im US-Kongress. Ein anderes, sehr gutes Beispiel für ein komplexes System ist der menschliche Körper. Er ist extrem anpassungsfähig, widerstandsfähig und leistungsfähig. Aber ein winziges Ereignis an einer empfindlichen Stelle kann ihn schlagartig zerstören. Andere winzige Ereignisse, wie z.B. eine kleine Verletzung oder der Biss eines kleinen Insekts können unter bestimmen Umständen einen gesunden, starken Menschen schwer krank machen und ihn damit in einen anderen Gleichgewichtszustand bringen.
  • Komplexe Systeme sind undurchsichtig (opak)  und ihre Reaktion ist ungewiss. Sie können zu extremen Ereignissen führen. Es kann zu Systemumschaltungen kommen und auch zur Überlastung der Führung – besonders dann, wenn mehrere Störgrößen oder Störquellen gleichzeitig auf das System einwirken.

Wenn man die Nachteile komplexer Systeme bedenkt, dann sieht man, dass man Kriege auch gegen zunächst übermächtige Gegner gewinnen kann, wenn man diese geschickt zur Steigerung ihrer Komplexität veranlasst. Besonders hilfreich kann es dabei sein, wenn man die “Werte” und  “Doktrinen” des Gegners, und dessen Unfähigkeit oder Unwilligkeit diese an sich verändernde Realitäten anzupassen geschickt nutzt, um ihm eine Steigerung seiner Komplexität, mit allen damit für ihn verbundenen Nachteilen, zu verleiten.   Es ist politisch nicht korrekt praktische Beispiele zu erörtern, die zeigen, dass und wie und wo derartige Angriffe derzeit in Europa und im Westen insgesamt erfolgen.

Damit zum Abschluss ein Interview mit Prof. Peter Kruse, das man auf Youtube unter dem Titel Wie reagieren Menschen auf wachsende Komplexität? findet.

Zu diesem Interview und dem Rat von Prof. Kruse, gebe ich zu bedenken, dass Denkverbote, Sprechverbote, Tabus und Doktrinen in Deutschland, Europa und dem Rest des Westens Diskussionen und damit möglicherweise auch die Findung von brauchbaren Problemlösungen heute erschweren oder sogar vollständig unmöglich machen und damit durchaus zum Zusammenbruch unserer Gesellschaft führen können. Beim Thema Doktrinen denke ich an meine Übersetzung von William Graham Sumners schon über 100 Jahre altes Essay “Earth Hunger” (Landhunger) und an Die Grundlagen der westlichen Werte.

Kelberg, den 9. Mai 2017

Christoph Becker

Print Friendly, PDF & Email

Beitrag drucken

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.