Die Stimmungen sind faszinierend. Die Zeit fließt dahin. Materie bewegt sich auf dem Fundament der Veränderung, die den Kosmos seit jeher bewegt hat. Wasser schlägt mit harter Gewalt vor grauen Fels, der Wind erfasst die Steine, die nach Jahrmillionen zu Sand zerbersten. Das Licht spaltet sich in der Verzweigung, wo alte Pflanzen Ruhe bestreben.

So viel, und noch mehr, gibt es auf der Erde zu entdecken. Diese zugegeben etwas poetisch wirkende Einleitung, zielt bei einer oberflächlichen Betrachtung keinesfalls auf Strukturmuster ab. Objekte stehen in diesem Kosmos unter dem Einfluss des stetigen Wandels. Dabei sind sie aus rein isolierter Perspektive für einen Naturwissenschaftler unzugänglich. Erst Beziehungen die dem mathematischen Begriff der Funktion analog sind, verfärben die objektiv ausgestattete Welt für unser Empfinden subjektiv und schaffen so eine von gewissen Grundsatzbedingungen abhängige virtuelle Realität. Eine eigene Welt, die jedem selbst überlassen ist. Diese virtuellen Realitäten besitzen letztlich in etwa die gleichen Grundausstattungen. Da aber Lebewesen an und für sich, individuell Außenbeziehungen mit ihrer Umwelt aufbauen und auf diese Weise auch unterschiedliche Erfahrungsprozesse genießen, werden die vorhandenen Räume der virtuellen Realität im Laufe eines Lebens mit vielen unterschiedlichen Mustern und Strukturen gefüllt.

Strukturen sind es letztlich auch, die der Mensch in der Natur erkennt. Spezifische wiederkehrende Abläufe in Form sich selbst reproduzierender Muster, verhelfen dem Menschen Dinge in der Natur, strukturell greifbar zu machen und sie genauer zu identifizieren.

 

Wie bereits erwähnt, ist für eine wissenschaftliche Untersuchung an bestimmten Systemen das Einzelobjekt wenig interessant. Erst die Wechselwirkung des betroffenen Objektes mit seiner Umwelt, führt zu bestimmten Prozessen die wir beobachten können. Und erst die Zerlegung eben jener Prozesse in die Einzelkomponenten offenbart die eigentliche Natur des zu studierenden Objekts. So erhält man als ein Kern des Ganzen, ein der jeweiligen Untersuchung innewohnendes kausales Grundmuster. Das Objekt wechselwirkt mit seiner Umgebung, diese Wechselwirkung zieht ein Wirkungsresultat nach sich, und das wird letztlich in wissenschaftlichen Arbeiten mit Mühe in seine Einzelkomponenten zerlegt. Und erst dort, taucht das Objekt mitsamt seinen Eigenschaften wieder für uns auf. Ein Baum, der zb. auf einer ebenen Fläche steht, besitzt monadisch isoliert, keine Aussagekraft. Setzt man ihn aber in Beziehung zum ökologischen System der Erde sieht man schnell, dass er sich inmitten eines Luftmeeres befindet und über den Prozess der Photosynthese regelmäßig CO2 in Sauerstoff umwandelt. Erst diese Eigenschaft des Baumes, die, wie bereits erwähnt nur in Form von Beziehungen mit anderen Teilelementen in Erscheinung tritt und schließlich auch gravierende Konsequenzen für die chemische Komposition der Erdatmosphäre bedeutet, zwingt uns eine subjektive Wertvergabe auf. Der Baum besitzt für uns Menschen, als moralbegabte Wesen, einen materiellen Wert. Letztlich nur, weil wir eine Funktion in ihm erkennen die darin besteht, Außenbeziehungen mit dem Ökosystem der Erde zu generieren. Das Ökosystem wiederum beeinflusst auch uns wieder. Das ist die verkoppelte Angelegenheit der Kausalität.

Natürlich stehen dabei viele offene Fragen im Raum.

Dieser Text soll sich jedenfalls intensiv mit der Problematik der Strukturentstehung im Universum auseinandersetzen. Neben den physikalisch/wissenschaftlichen Erkenntnissen zur Strukturentstehung sind in jeglicher Hinsicht philosophische und systemtheoretische Ansätze für eine genaue Analyse unverzichtbar. Bevor die Frage nach der Strukturentstehung im Kernthema behandelt wird, ist es wichtig zu klären, was für den Menschen eigentlich Strukturen sind und welche Rolle sie bei ihm spielen. Also, machen wir uns da mal an die Arbeit!

 

Starten wir dazu mit einer evolutionsbiologischen Feststellung, die sich darauf beruft, dass jedes Lebewesen in erster Instanz um das Überleben kämpft. Bereits hier spielen Organisation und Ordnung eine wichtige Rolle. Weil gerade der Mensch über Fantasie verfügt und gleichzeitig evolutionstechnisch dazu gezwungen war, eine vermeintlich aufzutretende Chaotik in Systemen für sich neu zu strukturieren, um das Überleben zu sichern, kam es schon sehr früh zur subjektiven Aneignung von gewissen Mustern insbesondere was das Verhalten betrifft. Das macht zwar noch keine Struktur, führt aber auf den richtigen Weg. Die Sternbilder sind übrigens ein gutes Beispiel dafür. Damals bemühte man sich im Rahmen mythologischer Anstellungen, Muster und auch Strukturen im Nachthimmel ausfindig zu machen. Sicher weil es schlicht der Natur des Menschen entsprach und weil so eine durchweg bessere Orientierungshilfe gewährleistet werden konnte. Wer sich mit den Bauten von Stonehenge befasst hat, kommt auf das gleiche Ergebnis. Strukturen regen die Fantasie an, schaffen Ordnung und sind ein entscheidender Helfer für den menschlichen Geist. Soweit zur Notwendigkeit der subjektiven Strukturbildung für uns Menschen.

Es könnte sich bei einem logischen Weiterdenken nun die Frage aufzwingen: Was unterscheidet die Strukturen von Nicht-Strukturen in der Natur?

 

Wie bereits erwähnt scheint der allgemeine Begriff der Struktur, klar konturierte Analogien mit dem Begriff Ordnung zu besitzen. Wir arbeiten hier wieder systemtheoretisch und nehmen an, dass sich Systeme (ob es nun physikalische/biologische oder psychische sind) aus verschiedenen Teilelementen zusammensetzen. Diese Teilelemente können untereinander verschiedenartig geordnet werden. Möglich ist auch, dass in der Theorie offener Systeme von außen Einfluss auf die Anordnung der Teilelemente genommen wird. Das wird uns gleich noch im Rahmen kybernetischer Überlegungen begleiten.

 

Stellen wir uns jetzt eine ebene Fläche vor. Wir gucken von oben auf diese Fläche und werfen nun 10 Bälle mit unterschiedlichen Farben auf sie hinab. 5 Bälle sind grün, 5 Bälle sind rot. Ergibt sich dabei bereits eine Struktur?

Nein, würden vermutlich die meisten sagen. Unwahrscheinlich. Letztlich wird es darauf hinauslaufen, dass abhängig von der Art der Würfe, ein Muster auf der Fläche zu beobachten sein wird. Aber das ist mit großer Wahrscheinlichkeit nicht gleichmäßig sondern mehr oder weniger zufällig irgendwie verteilt. Eine Struktur scheint das noch nicht zu machen.

Kommt nun eine Person auf die Fläche gelaufen (das werfen wird für die Zeit natürlich eingestellt ;)), hat sie die Möglichkeit die 5 roten Bälle in eine Reihe zu legen. Auch die 5 grünen Bälle können eine Reihe bilden. Das wäre nun dem Begriff der Struktur analog. Also der Beweis: Entscheidend für die Annahme einer Struktur ist die Anordnung bestimmter Teilelemente eines Systems, dass sich dem Beobachter individuell offenbart. Handelt es sich um ein offenes System, können Einflüsse von außen, gewisse Teilchenkonfigurationen im System selber beeinflussen. Diese Einflussnahme äußerer sogenannter Operatoren auf die internalen Wechselbeziehungen im System, führt in das Feld der offenen Systeme. Auch das ist für die Strukturentwicklung von großer Relevanz.

 

In unserer Welt scheint es nun verschiedene Systeme zu geben, in denen die Anordnung bestimmter Elemente entweder den Eindruck einer Strukturanordnung entstehen lässt, oder der Eindruck einer Nicht-Struktur verbleibt. Muster haben damit wenig zu tun. Definiert seien sie als ein natürlicher Vorgänger der Struktur. Jede beliebige Teilchenkonfiguration kann als ein Muster herhalten. Nur ganz bestimmte nehmen dabei den Strukturbegriff für sich in Anspruch.

 

Wenn es nach dem Menschen geht, sind Strukturen im Kosmos nachweislich entstanden. Rein physikalisch würde man sagen, sie seien die durch das Auftauchen von Kräften verursachten Anordnungen von Materie in einem Meer von Unordnung. Das wir geordnete Strukturen, auch als solche begreifen, setzt dabei zunächst die Existenz einer Unordnung voraus, die wiederum einer Nicht-Struktur analog ist. Physikalisch definiert man hier die Größe der Entropie, deren eigentliche Kernaussage letztlich aber weitaus mehr ist als nur die theoretische Formulierung von Unordnung. Strukturen gibt es nachweislich sowohl im Großen als auch im Kleinen. Es gibt im Kosmos riesige Strukturen, die sich über eine Distanz von Millionen Lichtjahren erstrecken. Das sind aber genau so gleichwertig Strukturen wie Mandalas die man im Kindergarten malt. Wie kommt dieser Unterschied zustande? Was entscheidet über die Größe einer Struktur und was entscheidet letztlich auch über den Zeitpunkt der Strukturentstehung?

 

Arbeiten wir uns ab jetzt chronologisch vor und stellen zunächst klar, was unser Modell, dass die Strukturentwicklung im Detail erklären soll alles können muss. Welche Fragen sind relevant? Wie oben bereits erwähnt, finden wir in der Welt Strukturen in unterschiedlichen Größenklassen vor. Sowohl auf einer Skala von mehreren Millionen Lichtjahren, als auch auf nur wenigen Millimetern sind Teilchenkonfigurationen vorzufinden, die dem Beobachter eine Struktur suggerieren. Sind trotzdem in beiden Fällen dieselben Prozesse und Mechanismen für die Strukturbildung verantwortlich? Ein anderes Problem führt auf die Tatsache, dass alle natürlichen Systeme im allgemeinen einen Zustand höherer Unordnung anstreben. Strukturen sind aber an Ordnungen gekoppelt. Welche Einwirkungen von Außen konfigurieren die Teilkomponenten also in eine solche Ordnung? Zuletzt ist auch die Frage, nach der Differenz entscheidend. Oben hatte ich kurz schonmal davon gesprochen. Was differenziert nun eine Struktur von der Nicht-Struktur, und besteht die Möglichkeit, dass im zeitlichen Entwicklungsverlauf aus einer Nicht-Struktur eine Struktur wird? Ihr seht schon, dass ist harter Stoff. Wir arbeiten dieses Zeug einfach Stück für Stück ab.

 

Unseren Anfang finden wir beim Urknall. Folgt man den Vorstellungen der Kosmologen, so hat sich unser Universum vor 13,75 Milliarden Jahren durch einen Urknall in die Existenz geworfen. War der Urknall aber strukturiert? Strukturen im herkömmlichen Sinne der Kosmologie, gab es kurz nach dem Urknall noch nicht. Das Universum expandierte innerhalb kürzester Zeit rasend schnell, noch nicht einmal Teilchen waren entstanden! Erst mit fortschreitender Expansion und der damit einhergehenden Abkühlung geschah etwas wundersames. Die ursprüngliche vollkommene Symmetrie des Strahlungsfeldes wurde gebrochen! Physiker nennen diesen Vorgang Symmetriebruch. Was ist damit gemeint?

 

Kurze Zeit nach dem Urknall bildeten sich im Kosmos anlässlich der Tatsache, dass die Energiedichte sehr hoch war, schwere massereiche Teilchen. Die Entstehung dieser sogenannten X- und Y-Bosonen der normalen Materie und X- und Y-Bosonen der Antimaterie verdankte der Kosmos der Tatsache, dass Energie und Masse nach Einstein einander äquivalent sind. Es gilt: E = mc². Das damalige Strahlungsfeld des Kosmos besaß aufgrund seiner Temperatur eine wohldefinierte Energie und gekoppelt damit, eine klare Massenäquivalenz. Jeder Energiezustand des Feldes entsprach also einer ganz bestimmten Teilchenmasse. Die Teilchen selbst konnten dann aus dem Feld auskondensieren. Physiker reden von der Paarbildung und anschließender Paarvernichtung.

Die Energiedichte des Kosmos, war wiederum an die Expansion gekoppelt, und die setzte sich ja weitestgehend kontinuierlich fort. Das führt zu einer physikalisch relevanten Aussage: Sehr schwere massebehaftete Teilchen konnten nach Einsteins Gleichung E = mc² nur sehr kurze Zeit nach dem Urknall durch Paarbildung entstehen. Je weiter der Kosmos expandierte und damit abkühlte, umso weniger massereich waren die Materieteilchen die aus dem Strahlungsfeld auskondensieren konnten. Der Zerfall der sehr schweren X und Y-Bosonen der normalen Materie und der Antimaterie, erfolgte schließlich auch deswegen, weil ihre Massen sehr groß waren. Weitere dieser Teilchen konnten fortan nicht mehr entstehen, weil die Energiedichte durch die Expansion bereits zu weit abgefallen war.

 

In was zerfielen denn aber nun die X- und Y-Bosonen der normalen Materie und der Anti-Materie? Sie zerfielen in Quarks und Leptonen und Anti-Quarks und Anti-Leptonen. Wisst ihr noch was passiert, wenn normale Materie auf Antimaterie trifft? Es findet Paarvernichtung statt und beide Teilchen zerstrahlen wieder zu Energie. Hätte es im damaligen Kosmos aber jetzt genau so viele Teilchen der normalen Materie wie Teilchen der Anti-Materie gegeben, wäre ja alles komplett wieder zu Energie zerstrahlt??! Offenbar ist das nicht passiert: Die Symmetrie wurde gebrochen. Der Zerfall der Bosonen und Anti-Bosonen in die Einzelbestandteile erfolgte asymmetrisch. So kam es dazu, dass ein winzig kleiner Überschuss an normaler Materie für die Strukturbildung verwendet werden konnte. Auf 10 Milliarden Teilchenvernichtungen blieb jeweils ein normales Materieteilchen übrig, dass kein Anti-Teilchen mehr fand. Aus den Überresten dieser riesigen Vernichtungsorgie, baut sich unser gesamter Kosmos auf. Wäre die Symmetrie ganz am Anfang nicht gebrochen worden, wäre der Kosmos strukturlos geblieben. Gar nichts bis auf Energie wäre da. Am Anfang von allem steht damit ein Symmetriebruch.

 

Schließlich wird klar, dass die Möglichkeit des Aufbaus materieller Strukturen durch Teilchen gegeben ist, die an die Energiedichte des Kosmos gebunden sind. Die Energiedichte wiederum ist an die Expansionsrate gekoppelt die, wie wir ja wissen, keine statische Größe ist sondern sich fortwährend verändert. Aufgrund dieser thermodynamischen Gesetzmäßigkeiten ist das Universum bezüglich der Freiheitsgrade von Strukturbildung eingeschränkt. Oft ist die Rede von einem Kristallisationsprozess. Die gegenwärtige Energiedichte des Kosmos macht zb. den Aufbau einer Struktur bestehend aus X und Y-Bosonen unmöglich. Auch eine Struktur, die Strahlung und Materie intensiv einander koppelt, ist im heutigen Zeitalter des Kosmos natürlich unzugänglich. Dafür ist die Energiedichte zu gering.

 

Damals aber, gab es diese Kopplung von Strahlung und Materie. Und sie war der eigentliche Unterdrücker der angehenden Strukturbildung. Immerhin Protonen, Neutronen und Elektronen, also der Grundbaustein der materiellen Strukturen, hatten sich schon gebildet. Aber in eine Anordnung konnten diese Komponenten noch nicht kommen. Die Strahlung glich jede Form von Dichteanomalie sofort wieder aus. Dichteanomalien sind aber für materielle Strukturbildungen erforderlich. Erst 380 000 Jahre nach dem Urknall, war der Kosmos so weit abgekühlt, dass sich Strahlung und Materie voneinander entkoppelten. Von nun an, durften beide ihr eigenes Ding machen. Von diesem einzigartigen Moment des Universums ist auch heute noch etwas übrig geblieben: Die kosmische Hintergrundstrahlung.

 

Abgekürzt ist vom CMB die Rede. Wenn ihr euch ein Bild des CMB (Cosmic Microwave Background) anseht, stellt ihr vor allem fest, dass er eine Palette an Farbcodierungen enthält. Was wurde hier vermessen? 1964 entdeckten zwei Astronomen die kosmische Hintergrundstrahlung zufällig, weil sie mit ihrer Radioschüssel ein gleichmäßiges Strahlungsfeld ausmachen konnten, dass aus allen Himmelsrichtungen isotrop schien. Die beiden Herren hatten die Strahlung entdeckt, die 380 000 Jahre nach dem Urknall in der Rekombinationsphase frei wurde und mittlerweile durch den Expansionsverlauf so viel Energie verloren hatte, dass sie als Mikrowellenstrahlung zu beobachten war.

Interessant ist, dass nach den Entdeckungen von Max Planck eben jener Strahlung eine Temperatur zugeschrieben werden konnte (siehe Plancksches Strahlungsgesetz). Im Falle der Hintergrundstrahlung beträgt diese Temperatur, die fortan repräsentativ für ein thermodynamisches Gleichgewicht herhält, 2,725 Kelvin. Das ist die Gleichgewichtstemperatur des Kosmos.

 

Astronomen waren nach diesem sensationellen Fund natürlich daran interessiert, noch genauer hinzuschauen. Was sich nämlich nach kurzem Nachdenken herausstellte war, dass eine genaue Vermessung dieser Hintergrundstrahlung Rückschlüsse über die Geometrie des Universums geben konnte. Sie war sowas wie eine Landkarte kurz nach dem Urknall. Eine genauere Kartographierung des Satelliten WMAP zeigt schließlich, eine sehr homogene Verteilung der damaligen Temperatur im Strahlungsfeld. Umgewandelt in ein Leistungsspektrum führt die farbliche Codierung der Strahlung auf die Dichteverhältnisse in der Materie zurück! Temperaturunterschiede in der Hintergrundstrahlung waren, obwohl sie in erster Näherung isotrop ist, auf winzig kleinen Skalen ausfindig zu machen. Gekoppelt daran, gab es bereits 380 000 Jahre nach dem Urknall kleinere Dichteanomalien in der baryonischen Materie. Das war der Startschuss für die einsetzende Strukturbildung: Eine Dichteanomalie.

Wäre nämlich damals alles gleichmäßig verteilt gewesen, hätte dies einem thermodynamisch günstigen Zustand entsprochen, der nicht niederenergetischer hätte sein können. So wäre der Kosmos trotz des vorangegangenen Symmetriebruchs strukturlos geblieben obwohl die Grundvoraussetzungen mitsamt der Teilchen gegeben waren.

Wie die Temperatur- und damit auch Dichtefluktuationen in der Hintergrundstrahlung entstanden, soll hier nicht im Detail ausgeführt werden. Wer sich dafür interessiert: Silk-Dämpfung, Sachs-Wolfe-Effekt und akustische Schwingungen der Plasmawolken, sind die entscheidenden Suchbegriffe :)

 

Doch wie ging es nun weiter? Nur kurz zur Erinnerung: Am Anfang von allem, stand der Symmetriebruch. Ihm folgte ein 380 000 Jahre nach dem Urknall aufkommendes thermodynamisches Ungleichgewicht. Anlehnend daran, war auch das erste mal die Verklumpung baryonischer Materie möglich.

Wichtig für den weiteren Verlauf ist nun die Berücksichtigung einer Materieform, von der wir selber noch nicht wirklich wissen was sie ist: Dunkle Materie. Sie hat allem Anschein nach besondere physikalische Eigenschaften. Sie wechselwirkt gravitativ, aber nicht elektromagnetisch und war deswegen im Gegensatz zur normalen Materie nicht an das Strahlungsfeld des Kosmos gebunden. Sie konnte schon sehr früh verklumpen und sogenannte Potenzialmulden formen. Geht man von einer rein naturwissenschaftlichen Vorstellung von Struktur aus Sicht der Kosmologen aus, so war die Dunkle Materie die erste Materieform, die in Form von Gravitationspotenzialen Strukturen im Universum bildete. Stellt es euch vor, wie eine Pfütze. Auf der Straße die homogen mit Beton gefüllt ist, gibt es an den ein oder anderen Stellen kleinere Mulden. Sowie sich der Regen in diesen Mulden sammelt, so sammelte sich die normale Materie in den Mulden der dunklen Materie. Fortan wuchs das Gravitationsfeld in diesen Schwerkraftmulden, die bereits mit normalem Gas gefüllt waren proportional zur Masse an. War schließlich ein Dichtekontrast, größer als 1 erreicht, so zog dieses Materiegebiet immer mehr und mehr Masse aus der unmittelbaren Umgebung an. Als Dichtekontrast bezeichnet man übrigens die Dichte des betrachteten Bereichs minus die Dichte der Umgebung, geteilt durch die Umgebungsdichte. Als Fazit bleibt damit, dass sich die anfänglich schon in der Hintergrundstrahlung sichtbaren Temperatur- und Dichtefluktuationen der Materie im Verlauf der Expansion selbstverstärkten und so zur Strukturbildung beitrugen. Die Wechselwirkung normaler Materie mit dunkler Materie formte fortan die ersten Strukturen.

 

Bis sich aus dem angesammelten Gas Galaxien bildeten verging ein bisschen Zeit. Die prototypische Struktur der Galaxie mitsamt den Spiralarmen wurde von einer Bandbreite physikalischer Mechanismen erzeugt, die zu jeweils anderen Zeiten an anderen Orten der Materie wirksam waren. Wichtig für die weiteren Entwicklungsschritte ist nun, dass in den Galaxien durch lokale axialsymmetrische Instabilitäten, die ersten Sterne entstanden. Damit kommt es zweitmalig im Kosmos dazu, dass Strukturen in bereits vorhandene Strukturen integriert werden. Die weitere Entwicklung ist weniger relevant. Galaxien kollidierten fortan unter dem Einfluss der Gravitationskräfte, wobei sich wiederum neue Strukturen in den Galaxien bildeten. Wichtig ist schließlich das erstmalige Entstehen sogenannter Galaxienhaufen.

 

Damit bezeichnet man riesige im Kosmos anzutreffende Agglomerationen bestehend aus mehreren Tausend Galaxien, die auf vergleichsweise kleinem Raum gravitativ miteinander wechselwirken. Auch hier gibt es vorzufindende Dichtekontraste. Sammeln sich mehr und mehr Galaxien bevorzugt in einem Gebiet, so werden andere ebenfalls nachfolgen. Man könnte als Systemtheoretiker hier eine Form unbewusster, natürlicher Intelligenz postulieren, die personifiziert einer Tendenz der Naturentwicklung entspricht. Abweichungen von Gleichgewichtszuständen führen zu Anomalien, die sich in aller Regel zeitlich selbstkonsistent verstärken.

Gehen wir nun einen Schritt weiter. Wir orientieren uns hierarchisch. Die Milchstraße bildet zusammen mit dem Dreiecksnebel und der Andromeda-Galaxie die lokale Gruppe, die wiederum in den Virgo-Galaxienhaufen eingebettet ist. Der Virgo-Galaxienhaufen gehört wiederum dem kürzlichen entdeckten Laniakea-Superhaufen an. Und selbst der bewegt sich in Richtung des Shapley-Superhaufens, was vermuten lässt, dass eine weitere übergeordnete Riesenstruktur im Kosmos existiert, in der wir uns befinden. Immerhin der anfänglich gestellten Frage wie es sein kann, dass Strukturen sowohl auf großen als auch auf kleinen Skalen entstehen können sind wir näher gekommen. Es hat etwas mit der zeitlichen Systementwicklung und der daran gekoppelten Veränderung potenzieller Freiheitsgrade zu tun.

Nun, gehen wir noch einen Schritt weiter und fragen uns: Inwiefern unterscheidet sich die kosmische Strukturentwicklung von derjenigen, die auf unserer Erde vorzufinden ist?

 

Zweifellos, gibt es auf der Erde nämlich keine Gravitationspotenziale, in die leuchtende Materie einfällt. Ebenso wenig gibt es lokale axialsymmetrische Instabilitäten in den Gasen der Atmosphäre. Stattdessen finden wir Lebewesen vor, deren Komplexitätsgrad mitunter hoch anmutet. Lebewesen sind schließlich ganz besondere Strukturen. Sie sind oft definiert, als dissipative Nicht-Gleichgewichtssysteme und sind als Teil einer langanwährenden Evolution mit unterschiedlichen Fähigkeiten ausgestattet worden. Wie entstanden innerhalb eines Galaxienhaufens, in der sich eine Galaxie befindet, die wiederum ein Sonnensystem beinhaltet, dass wiederum einen Planeten besitzt auf dem Leben entsteht Menschen? Sehr schön zu sehen, ist an dieser Frage die auch als Synonym für hierarchisches Wachstum herhalten kann, wie sich das Universum Stück für Stück Detail um Detail weiter ausstrukturiert hat. Der Übergang von riesigen galaktischen Strukturen hinein, in lokal eng begrenzte Systeme, die allerdings nicht zwangsläufig anderen Mechanismen unterworfen sind, als die Großstrukturen. Wieso es zu dieser ,,Ausstrukturierung“ des Kosmos kam, wurde oben bereits kurz angeschnitten: Mit zunehmendem Expansionsverlauf des Kosmos und vor allem der zeitlichen Entwicklung, veränderten sich die potenziellen Freiheitsgrade und damit die Anzahl der Möglichkeiten ständig weiter. Leben entsteht erst in einer Integrationsstruktur, die ihrerseits wiederum in eine größere Struktur eingebettet ist. Mit diesen drei Begriffen, wird nachfolgend etwas gearbeitet:

 

  • Primärstruktur

  • Ausstrukturierung

  • Integrationsstruktur

 

Letztere gibt es erst, wenn die Ausstrukturierung auf dem Fundament der Zeit, als aktive Rolle der beiden wirksam wird. Integrationsstrukturen ordnen sich größeren Strukturen unter, die im Laufe der zeitlichen Entwicklung des Kosmos in kleinerer Komponenten unterteilt werden, bzw. kategorisch Unterstrukturen bilden. Der Galaxienhaufen (hier die Primärstruktur) mit Lebewesen auf einem Planeten darin, hält letztlich als gutes Beispiel dafür her. Genau so darf das Herz des Menschen nicht als übergeordnete Struktur des Körpers (hier die Primärstruktur) verstanden werden, sondern der Körper als übergeordnete Struktur des Herzen, dass sich wiederum kategorisch unterteilen lässt. Die Unterteilung von Strukturen in der Welt, ist letztlich auch für Physiker von enormer Bedeutung. Die prinzipielle quantitative Erreichbarkeit von ausdifferenzierten Integrationsstrukturen ausgehend von einem Primärsystem ist in erster Linie an den Komplexitätsgrad gekoppelt. Nimmt man an, dass es sich bei dem Primärsystem um ein offenes System handelt, entscheidet aber vor allem die externale Wechselbeziehung mit der Umwelt über die weitere Systementwicklung. Ob sich ein weit entwickeltes Primärsystem, wie ein Galaxienhaufen, überhaupt weiter ausstrukturieren lässt, zb. in Galaxien und die wiederum darin befindlichen Sterne, hängt nun also im wesentlichen ab von:

 

  • der Zeit (speziell der bisherigen Entwicklungsmöglichkeit)

  • dem Komplexitätsgrad

  • der Interaktionsmöglichkeiten des Systems mit seiner Umwelt

 

Führen wir diese Überlegung doch exemplarisch an der Erde durch. Die Erde entstand vor etwa 4,6 Milliarden Jahren aus einem protosolaren Nebel heraus. Die Detailprozesse lassen wir aussen vor. Wir starten mit der Verfolgung der Strukturentwicklung also nach der Entstehung. Die Erde ist im Wesentlichen eine riesige Kugel, deren Oberfläche von flüssiger Lava bedeckt ist. Momentan hat sie für uns die Stellung als Primärstruktur inne. Erweitert man den Horizont, sieht man, dass sie wiederum nur eine Integrationsstruktur in der bereits ausdifferenzierten Milchstraßengalaxie ist. Das Modell ist also stark perspektivorientiert.

 

Die zeitliche Entwicklung wird grob verfolgt. Das Fundament ist damit aber schon gelegt, denn die Erde ist physikalisch als ein offenes System anzusehen, dass nun auf dem Fundament von Zeit strukturelle Änderung erfährt. Im vorliegenden Fall sind dies insbesondere Änderungen, die durch externale Wechselbeziehungen von Außen hervorgerufen werden (beispielsweise wird die Erde bereits von der jungen Sonne beschienen). Zu einem Großteil wirkt aber nun auch der Komplexitätsgrad mit, durch die einsetzende Kontraktion des schalenförmigen Erdkörpers, kommt es verstärkt zu Ausgasungen; eine Uratmosphäre bildet sich. Die weitere Entwicklung dieser Atmosphäre, wird zu einem Großteil von Größen beeinflusst, auf die externale Wechselbeziehungen wenig Einfluss haben. Vielmehr ist der durch die verstärkte vulkanische Aktivität ausgetretene Kohlenstoffdioxid damals eine logische Konsequenz, physikalischer Gesetzmäßigkeiten und der Entwicklungsmöglichkeiten.

Wie genau es dann zur Entstehung von Leben kam ist heute noch nicht abschließend geklärt. Auch hier strukturieren sich aber in der Primärstruktur Erde, weitere Strukturen aus, die nunmehr als Integrationsstrukturen angesehen werden müssen. Schwimmende Fische in Ozeanen, sowie Sauerstoff produzierende Cyanobakterien, beeinflussen rein internal als Integrationsstruktur erneut die Primärstruktur. Und auch hier, finden wir systematische Kopplungen. Integrationsstrukturen (Cyanobakterien) sind eine Folge der Ausstrukturierung über die Primärstruktur (Erde) und wirken gleichzeitig auf die Primärstruktur (Erde) zurück. Ausgehend von den Änderungen der Primärstruktur eröffnen sich nun wiederum andere Freiheitsgrade für erneute Ausstrukturierungen. Dieser Kreisprozess findet aber nie ein Ende!

Letztlich ist es mit diesem, von mir selbst entworfenen Modell, zumindest theoretisch möglich, die strukturelle Vielfalt der Welt zu erklären. Gleichzeitig erlaubt die gerade genannte Rückkopplung von Integrationsstruktur auf Primärstruktur auch eine Erklärung dafür, warum sich einige Strukturmuster, die sich bei vorherrschenden Teilchenkonfigurationen wohlmöglich bilden könnten, heute noch nicht gebildet haben. Entweder weil das zeitliche Fundament nicht weit genug fortgeschritten ist, oder weil die durch die Rückkopplungen hervorgerufenen Veränderungen in den Freiheitsgraden gewisse Strukturformierungen noch unmöglich machen.

 

 

Abrunden will ich diese Ideen, mit einem Zitat von Johann Wolfgang von Goethe: ,,Die Natur allein ist unendlich reich, und sie allein bildet den großen Künstler.