Nachdem ich mich vor vielen Jahren intensiv mit den Selbstorganisationskonzepten beschäftigt hatte, war mir diese Ebene der Beschäftigung mit der Welt erst einmal zu abstrakt geworden und ich beschäftigte mich mehr mit konkreter Philosophie und Gesellschaftstheorien. Trotzdem komme ich gerade darauf zurück, die menschliche Geschichte wieder einmal von einem anderen Gesichtspunkt aus zu betrachten – und zwar im Zusammenhang mit dem Energiethema.

Es stellt sich erneut die Entscheidung zwischen einem „Grundgesetz vom Niedergang“ und dem „Grundgesetz vom Aufstieg“ (zwei Buchtitel aus dem Jahr 1989). In den weiteren Ausführungen wird es viel um Physik gehen, aber der Hintergrund ist die weltanschauliche Frage nach der Einbettung unseres Tuns in umfassende Trends.

Die Frage nach dem Trend der Entwicklung

Dass ich mich begeistert mit den Selbstorganisationstheorien beschäftigte, hat viel damit zu tun, dass sie eine recht optimistische Weltsicht vermitteln. Entwicklung, sogar Höherentwicklung ist möglich und sogar wahrscheinlich –und wir können die Bedingungen, die sie befördert, erkennen und dementsprechend handeln! Mit den Selbstorganisationstheorien schien ein „Grundgesetz vom Aufstieg“ fundiert.

Schon vorher hatten andere Autoren ähnliche Argumentationen ausgearbeitet, diese nahmen aber eine andere Perspektive ein. Diese bezogen sich nicht auf Selbstorganisation als einen möglichen Effekt, der mittels nichtlinearer Thermodynamik beschreibbar ist, sondern auf den grundlegenderen Begriff der Entropie. Damit landen wir wieder bei der alten Frage, die schon Friedrich Engels umgetrieben hat: die Frage nach dem „Wärmetod“ (MEW 20: 544). Engels stellte die Frage, „wie die in den Weltraum ausgestrahlte Wärme wieder verwertbar wird“. Diese konnten wir zumindest bisher nicht beantworten. Und die Frage, wie sich die Energie- und Entropiebilanz (zu den Begriffen komme ich gleich noch) auf dem Planeten Erde entwickelt, wurde meines Wissens damals noch gar nicht gestellt.

Warnzeichen vorweg: Zur Gefahr des Reduktionismus

Warum sollten wir uns überhaupt mit physikalischen Größen wie der Entropie und abstrakt-systemtheoretischen Konzepten wie den Selbstorganisationstheorien beschäftigen, wenn es uns um die Zukunft der Menschheit auf der Erde geht? Bestimmend für die menschliche Entwicklung ist das, was Menschen tun und nicht, was physikalische Gesetze vorschreiben. Aber ist das so einfach?

Letztlich ist menschliches Tun eingebunden in natürliche Prozesse. Wir können natürliche Gegebenheiten insofern aufheben, als dass wir mit Hilfe von technischen Mitteln z.B. auch das Fliegen gelernt haben, obwohl uns die Natur keine Flügel verliehen hat. Wir können die Naturgesetze in einem weiten Maße austricksen bzw. überlisten. Und das Wesentliche in der Gesellschaft wird nicht durch physikalische Gesetze beschrieben.

Wenn es um Wechselbeziehungen zwischen dem Natürlichen und dem Gesellschaftlichen geht, müssen das Natürliche und das Gesellschaftliche natürlich auch voneinander unterscheidbar sein und innerhalb des Natürlichen sind weitere Differenzierungen sinnvoll: Man unterscheidet beispielsweise das unbelebt-Physische und das belebt-Biotische. Zwar enthält auch ein lebender Organismus physische Teile (etwa Knochen usw.), aber wenn ich etwas Wesentliches über das Verhalten einer Katze beim Herunterfallen von einem Baum sagen will, so werde ich meine Aussage nicht auf das physikalische Fallgesetz reduzieren können, sondern über die besondere Eigenart der Katzen, wieder auf den Beinen zu landen, sprechen. Das ist mit Physik nicht mehr erklärbar, verletzt aber auch die Gesetze der Physik nicht. Wir können die verschiedenen Ebenen: Physikalische, chemische, biologische, gesellschaftliche etc. z.B. als „Strukturniveaus“ bezeichnen (vgl. Hörz 1996: 847f.).

Die Physik ist für die Biologie eine Rahmentheorie, sie gibt grundsätzliche Verhaltensmöglichkeiten und –grenzen an, ist aber zur Erklärung auf der biotischen Ebene nicht hinreichend. Der Mensch hat, wie schon erwähnt, noch weitergehende Fähigkeiten als die Katze, er kann sich z.B. ein Flugzeug bauen… Die Flugtechnik verletzt die Physik nicht, sondern erfindet neuartige Bewegungsweisen innerhalb der naturgesetzlichen Möglichkeiten.

Alle Versuche jedoch, die Ausbeutung der Menschen in den Flugzeugfabriken oder den Einsatz der Flugzeuge als Bomber mit physikalischen Gesetzen erklären zu wollen, wären ein unzulässiger Reduktionismus. Hier müssen Aussagen aus dem Bereich der Gesellschaftstheorie her.

Eine kleine Zusammenfassung der Kritik des Reduktionismus bei der Anwendung des physikalischen Entropiebegriffs auf die Gesellschaft hatte ich schon mal zusammen getragen.

Trotzdem, und darauf kommt es mir jetzt an: Das Verbot des Reduktionismus bedeutet nicht, dass die Rahmenbedingungen, die sich aus der Einbettung in andere Strukturniveaus ergibt, völlig außer Acht gelassen werden könnten.

Für Entwicklungsprozesse ist es geradezu typisch, dass die Wechselbeziehungen zwischen Phänomenen unterschiedlicher Strukturniveaus wesentlich werden (Ko-Evolution, vgl. Schlemm 1996). Außerdem ergibt sich aus einer Analyse vieler Entwicklungsprozesse, dass bei der Entstehung von etwas Neuem, also bei grundlegenden Qualitätssprüngen, nicht nur die inneren Widersprüche des sich Entwickelnden eine Rolle spielen, die auf Dialektik hinweisen, sondern dass das Neue sich zumeist erst dann durchsetzt, wenn die Existenzbedingungen des Alten sich im Prozess aufgebraucht haben oder sie durch äußere Einwirkungen zerstört wurden (ebd.). Diese Abweichung von der tradierten dialektischen Entwicklungstheorie war wohl das wichtigste Ergebnis meines ersten Buches.

Aus diesen Erfahrungen heraus kann nun doch berechtigt gefragt werden, was die thermodynamischen Gesetze im Rahmen von Energieumwandlungsprozessen für die Menschheit bedeuten. Dass die Prozesse in der Gesellschaft letztlich nur durch eine Gesellschaftstheorie analysiert und durch wirkliche Menschen vollzogen werden, ist dabei unbenommen.

Entropie, Exergie und Anergie

Energie ist ein wichtiges Lebenselixier. Viele Problemstellungen lassen sich abgesehen von unberechtigtem Reduktionismus, tatsächlich auf die Energiefrage reduzieren. So können wir zwar über vielfältige stoffliche Recyclingprozesse diskutieren – aber jeder Recyclingvorgang kostet Energie, so dass eine Limitierung in der vorhandenen Energie auch die Möglichkeiten des stofflichen Recycling begrenzt.

Energie ist eine physikalische Größe, die es uns erlaubt zu messen, wie viel mechanische Arbeit das Objekt, das die Energie enthält, verrichten kann, wie viel Wärme es abgeben kann und wie viel Licht es aussenden kann. Energie ist – für ein abgeschlossenes System – eine Erhaltungsgröße. Diese Tatsache wird im 1. Hauptsatz der Thermodynamik (Wärmelehre) festgehalten. In einer Dampfmaschine wird z.B. Energie in mechanische Arbeit umgewandelt.

Zusätzlich aber zeigt sich, dass nur ein Teil der Wärme in mechanische Energie umgewandelt werden kann. Sobald das Dampfreservoir nicht mehr wärmer ist als die Umgebung, wird keine mechanische Arbeit mehr verrichtet, die übrig bleibende Energie ist nicht nutzbar. Wir können also zwei Energiearten unterscheiden: Energie, die aufgrund einer Potentialdifferenz gegenüber der Umwelt nutzbar ist – diese wird Exergie genannt – und Energie, die aufgrund der Potentialgleichheit nicht mehr genutzt werden kann: die Anergie. Eine sehr unterhaltsame Erläuterung dieses Unterschieds gibt’s hier. (Exergie und Anergie sind keine physikalischen Fachbegriffe, sie sollen lediglich den qualitativen Unterschied von Energie mit hoher Arbeitsfähigkeit und von Energie mit geringer Arbeitsfähigkeit deutlicher machen.)

Als Beispiel für die Aufteilung der Erhaltungsgröße Energie in Exergie und Anergie kann das Exergie-Flußbild für ein Dampfkraftwerk dienen (Quelle):

Während Energie eigentlich weder „erzeugt“ noch „verbraucht“ werden kann, sehen wir hier, dass letztlich Exergie (nutzbare Energie) „verbraucht“ wurde und zu Anergie geworden ist.

Die Welt besteht aus einer Fülle von ständig ablaufenden Prozessen, bei denen Exergie in Anergie umgewandelt wird – niemals entsteht, zumindest unseres Wissens nach, neue Anergie. Wir leben alle von der Energie, die das Universum bei der Entstehung seiner jetzigen Form (im sog. „Urknall“) mitbekommen hat. In den Prozessen finden Energieformwandlungen statt – und ständig wird Exergie zur Anergie… Physikalisch wird dies durch die Größe Entropie beschrieben.

Weder Exergie noch Anergie sind in den Formeln der Physik zu finden, man versucht hier ja, mit einer Mindestmenge an Grundgrößen auszukommen. Den Effekt, den wir gerade mit Hilfe der vagen Unterscheidung von Exergie und Anergie beschrieben haben, wird formelmäßig erfasst mit der Entropie. Was ist dies nun? Die physikalische Definition bringt uns im Verständnis nicht viel weiter (oder wissen Nichtphysiker_innen, was ein „Maß für das vom System erreichbare Phasenraumvolumen“ ist?). Nehmen wir also eine einfachere Vorstellung: Entropie ist so etwas wie ein Maß für Unordnung. Das folgende Bild (Quelle) macht das vielleicht etwas vorstellbarer: geordnete Objekte wie Kristalle haben weniger Entropie als ungeordnete wie verdünntes Gas.

Auch hier will ich eine schöne Science-Slam-Einlage empfehlen.

Das Beispiel mit der Auflösung einer Tablette sollte uns im Gedächtnis bleiben. Wir wissen alle, dass es dem natürlichen Gang der Dinge entspricht, dass sich eine Brausetablette im Wasser auflöst. Wenn wir den zurückgespulten Film betrachten, haben wir alle ein Gefühl dafür, dass es in Wirklichkeit nicht geschieht, dass die aufgelöste Tablette sich wieder zusammenfügt.

Diese Tatsache wird bezogen auf Wärme im sog. 2. Hauptsatz der Thermodynamik beschrieben: Wärme kann nicht von selbst von einem Körper niedriger Temperatur auf einen Körper höherer Temperatur übergehen. Wenn wir die Entropie als allgemeine Beschreibungsgröße für derartige Zustandsänderungen verwenden, ergibt sich die Aussage, dass Entropie in einem geschlossenen System nicht zunehmen kann, sondern zunimmt, insofern der Prozess nicht reversibel ist (dann bleibt sie konstant).

Für unsere Energiearten bedeutet dieser Satz: Exergie wandelt sich in Anergie um, niemals umgekehrt.

Selbstorganisation in offenen Systemen

Die Welt besteht aber nicht nur aus Brausetabletten, sondern wir beobachten tatsächlich auch in der Natur die Entstehung von Ordnung aus der Unordnung. Ich habe da z.B. den Zeitraffer-Film vom Auffalten und Wachsen eines Pflanzensprößlings im Kopf.

Wie ist die Tatsache des Lebens mit dem „Entropiesatz“ in Übereinstimmung zu bringen? Der Trick besteht einfach darin, dass die verschiedenen Bereiche der Welt meist nicht wirklich isoliert voneinander und in sich geschlossen existieren. Es gibt vielfältige Material- und Energieflüsse. Die Systeme sind bezüglich Material- oder Energieaustausch offen. Die Erde ist bezüglich des Energieflusses der Sonne ein offenes System: Hochwertige Energie wird eingestrahlt- die Energie, die die Erde im Gegenzug selbst wieder abgibt, hat eine geringere Wertigkeit, ist höher entropisch (mit einer höheren Wellenlänge). Dieser Effekt wird auch „Photonenmühle“ (Bildquelle) genannt:

Diese Photonenmühle treibt die Selbstorganisationsprozesse an, die dem entropischen Verfall entgegen spontan und auf natürliche Weise die Entstehung von Ordnungsstrukturen ermöglichen. Diese stehen im Mittelpunkt der eher optimistischen Sichtweise vom „Grundgesetz des Aufstiegs“. Dies geschieht in offenen Systemen mit Energiezufuhr und Entropieexport. (Prigogine 1992, vgl. Jantsch 1982: 59) Die erzeugte Entropie landet letztlich in der Umwelt des sich selbst organisierenden Systems. Die Selbstorganisation ist also auf „Inseln“ innerhalb des Meers anwachsender Entropie beschränkt. Auf diese Weise erweist sich das „Grundgesetz vom Abstieg“ doch fundamentaler als das „Grundgesetz vom Aufstieg“.

Alle Abschätzungen über die mögliche Häufigkeit von Planeten, die Leben oder gar Zivilisationen tragen, anerkennen dies. Leben ist nur möglich in den Inselgebieten, in denen entsprechende lebensfreundliche Bedingungen vorliegen. Raumfahrende oder gar andere Planeten kolonisierende Zivilisationen müssen die entsprechenden Bedingungen ggf. künstlich erzeugen, mit sich nehmen und ständig neu aufrechterhalten.


Ich werde in den nächsten Tagen weitere Texte veröffentlichen, die sich ausführlicher mit dem Zusammenhang von menschlicher Entwicklung und Energieverbrauch/Entropieentstehung beschäftigen.

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