Komplexe Systeme und Nichtlineare Dynamik in Natur und Gesellschaft

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.