System

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Ein System (von griech. σύστημα, sýstema, „das Gebilde“, „das Zusammengestellte“, „das Verbundene“) ist ein strukturiertes, vielfältig vernetztes Gebilde, dessen Teile funktionell und in beständiger Wechselwirkung so aufeinander bezogen sind, dass sie als geordnete Glieder einer sinnvollen Ganzheit erscheinen. Systeme werden in der Systemwissenschaft durch einen spezifischen Satz von Systemeigenschaften wie Dynamik, Komplexität, Stabilität usw. charakterisiert. Die Eigenschaften und Verhaltensweisen von Systemen werden im Rahmen der Systemtheorie untersucht und in vereinfachten theoretischen Modellen abgebildet. Wesentlich ist dabei auch die Systemanalyse und Systemtechnik (Kybernetik).

Ein physikalisches System ist - ausgenommen das Universum als Ganzes - ein raumzeitlich von seiner Umgebung abgrenzbares System, das den physikalischen Gesetzen gehorcht.

In der Praxis hat man es nicht mit starren statischen Systemen, sondern stets mit dynamischen Systemen, oft auch chaotischen Systemen zu tun. Letztere sind nichtlineare Systeme, bei denen das Ausgangssignal nicht immer dem Eingangssignal proportional ist wie bei linearen Systemen. Die Unterscheidung statischer und dynamischer Systeme hängt wesentlich vom gewählten Zeitmaßstab und der Beobachtungsdauer ab. Systeme, die in einem kurzen Zeitraum statisch erscheinen, erweisen sich über einen längeren Zeitraum durchaus als dynamisch. Dabei wird zwischen einer diskreten, in äquidistanten Zeitsprüngen erfolgenden, und einer kontinuierlichen Zeitentwicklung unterschieden. Im ersteren Fall handelt es sich um ein diskretes System.

Im Gegensatz zu einem deterministischen System hängt ein stochastisches System von einer Zufallsgröße ab und erlaubt daher für künftige Zustände grundsätzlich nur die Berechnung eine Wahrscheinlichkeitsverteilung.

Die Stabilität oder Instabilität eines Systems hängt damit zusammen, wie es auf äußere Einwirkungen reagiert. Ein stabiles System kehrt nach einer gewissen Zeit wieder zu seinem ursprünglichen Zustand zurück, was bei einem labilen bzw. instabilen System nicht der Fall ist. Ein metastabiles System kehrt entweder zum Ursprungszustand zurück oder geht in einen anderen stabilen Zustand über. Ein indifferentes bzw. grenzstabiles System wird durch jede äußere Störung in einen neuen stabilen Zustand übergeführt.

Nach dem Verhältnis zu ihrer Umwelt werden in der Physik offene Systeme (Materie- und Energieaustausch), geschlossene Systeme (nur Energieaustausch, kein Materieaustausch) und völlig isolierte abgeschlossene Systeme unterschieden. Kann ein geschlossenes thermodynamisches System nur Arbeitsenergie, aber keine Wärme mit der Umgebung austauschen, so nennt man es adiabatisch (von griech. α a, deutsch ‚nicht‘ und διαβαίνειν diabaínein ‚hindurchgehen‘).

Komplexe Systeme lassen sich ohne Zerstörung ihrer Funktionalität nicht weiter vereinfachen. Dazu zählen insbesondere komplexe adaptive Systeme, die sich selbsttätig ohne äußere Steuerung an veränderte Umweltbedingungen anpassen können. Es handelt sich dabei um nichtlineare dynamische Systeme, deren zeitliches Verhalten nicht nur vom aktuellen Zustand, sondern auch von der Vorgeschichte abhängt (→ Pfadabhängigkeit). Sie sind zur Selbstorganisation und Selbstregulation befähigt und entwickeln durch Emergenz neue Eigenschaften, die sich nicht aus denen ihrer konstituierenden Teile ableiten lassen. Meist verfügen sie auch über sogenannten Attraktoren, indem sie bestimmte Zustände oder Zustandsfolgen unabhängig von den Anfangsbedingungen und den äußeren Einflüssen selbsttätig anstreben. Die Zustandsabfolgen können dabei durchaus auf dem Weg des deterministischen Chaos erreicht werden; man spricht in diesem Fall von „seltsamen Attraktoren“.

Das trifft insbesondere auf Lebewesen zu, die aus physikalisch-biochemischer Sicht offene komplexe adaptive Systeme fern des thermodynamischen Gleichgewichts sind und in ständigem Stoff-, Energie- und Informationsaustausch mit ihrer Umgebung stehen.

Die Struktur des Systems ist umso schärfer ausgeprägt, aber auch umso starrer, je geringer die Anzahl der möglichen Mikrozustände ist, durch die sich der beobachtete Makrozustand des gesamten Systems realisieren läßt, d.h. je geringer die Entropie S des Systems ist. Die Entropie ist proportional zum Logarithmus des Phasenraumvolumens Ω, als der Menge aller möglichen Mikrozustände, die das System einnehmen kann: S = kBlnΩ [1]

Siehe auch

Weblinks

Einzelnachweise

  1. Der Proportionalitätsfaktor ist die Boltzmann-Konstante, in SI-Einheiten: kB = 1,3806504(24) · 10−23 J/K