Die Welt ist ärmer geworden. Unsere größten Probleme lassen sich letztlich auf unsere ineffiziente Nutzung von Exergie zurückführen. Viele der bedeutendsten Veränderungen in der Industrie und Wirtschaft wurden durch Krisen angetrieben. Innovation trat meist dann auf, wenn die bisherigen Methoden entweder nicht mehr funktionierten oder unzureichend waren. Während des Zweiten Weltkriegs führte der dringende Bedarf an fortschrittlicher Technologie zu bedeutenden Entwicklungen in Bereichen wie Radar, Strahltriebwerken und Kernenergie. Die Ölkrisen der 1970er Jahre beschleunigten Fortschritte in der Kraftstoffeffizienz und der Erforschung alternativer Energiequellen. In jüngerer Zeit haben Sorgen über den Klimawandel und die Erschöpfung von Ressourcen die Entwicklung erneuerbarer Energien wie Wind- und Solarenergie vorangetrieben. Krisen können als Katalysatoren für schnelle Innovationen wirken und die Einführung neuer Technologien vorantreiben, die unsere Wirtschaften und Gesellschaften umgestalten.

Doch der Unterschied zwischen der Vergangenheit und der Gegenwart ist, dass wir jetzt dank der Erkenntnisse aus den Naturwissenschaften und der Physik mehr Weitblick besitzen als unsere Vorfahren. Wenn wir Krisen heute erkennen, können wir Veränderungen im Voraus einleiten. Es besteht kein Zweifel, dass wir in effizientere Geräte investieren könnten, die darauf ausgelegt sind, Exergie zu maximieren – Maschinen, die mit recycelter Energie betrieben werden, bessere Isolierung und so weiter. Doch diese Veränderungen kosten Geld. Unternehmer reagieren häufig negativ auf das Wort "Kosten" und neigen dazu, entweder zu stoppen oder die Ausgaben zu reduzieren, was ihre vitalen Auswirkungen verringert. Nur wenige sind bereit, in Dinge zu investieren, die mehr als zwei oder drei Jahre benötigen, um sich auszuzahlen. Um die Heilung akzeptabel zu machen, muss daher gezeigt werden, dass die Vorteile der Veränderung die „Krankheit“ bei weitem übertreffen. Wie Ayres darauf hinweist, mögen die Kosten auf der Bilanz jetzt unangenehm aussehen, doch die zukünftigen Erträge können immens sein, wenn Skaleneffekte eintreten – ganz zu schweigen von den anderen langfristigen Vorteilen wie neuen Produkten und Dienstleistungen, die zu noch neueren Anwendungen führen. Wirtschaftsstrukturen können stärker hervorgehen als zuvor. Das ist schon einmal passiert – etwa bei der Erfindung von elektrischem Licht, Telefonen, Autos, Flugzeugen, Fernsehen und Elektronik – und es kann wieder geschehen.

Der Unterschied zu damals liegt darin, dass viele der Vorteile dieser neuen Technologien damals nicht vorhersehbar waren. Es wird von Nutzen sein, wenn diese nun geplant und in die zukünftigen Entwicklungen integriert werden. Der Kostenaspekt jedoch wird oft durch die Frage blockiert, wer jetzt für diese Veränderungen zahlen wird und wie weit die Vorteile in der Zukunft verteilt sein werden. Diese Fragen sind politisch hochbrisant, und je politischer etwas wird, desto eher wird es für eine spätere Generation aufgeschoben. So sicher wie die Gesetze der Bewegung von Newton bleibt die menschliche Natur unverändert. Was verändert werden muss, ist daher die Umgebung, in der die Menschen agieren. Es bedarf einer Sprache und eines Verständnisses der Situation, die auch skeptische Investoren überzeugen können, die im Grunde lieber beim "Business as usual" bleiben würden. Wenn wir unseren aktuellen Weg der extrem ineffizienten Energienutzung fortsetzen, steuern wir auf eine soziale, wirtschaftliche und ökologische Katastrophe zu.

Nachhaltigkeit wird oft mit liberaleren oder linken politischen Regimen assoziiert, doch Ayres’ Perspektive ist sowohl für die politische Linke als auch für die Rechte von Bedeutung. Nahezu jeder erkennt die letztendliche Notwendigkeit, die Bücher ins Gleichgewicht zu bringen. Es geht nur darum, sicherzustellen, dass alle relevanten Faktoren in diese Bücher aufgenommen werden. Die Integration der Gesetze der Physik in die Wirtschaftstheorie ermöglicht genau das. Was mich betrifft, so hat mir die Thermodynamik viel über meinen eigenen Energieverbrauch beigebracht. Während ich an meinem Bericht schrieb, wurde mir klar, dass es egal ist, wie viel Kaffee ich trinke – der bloße Versuch, meine Energielevel zu steigern, war nicht genug. Stattdessen musste ich das Verhältnis von Exergie zu Anergie verbessern. Exergie repräsentiert die maximale potenzielle Arbeit, die aus einem System extrahiert werden kann. Für mich war dies gleichbedeutend mit der höchsten Motivation und der fokussierten Energie, die ich am Morgen hatte. Anergie dagegen bezeichnet verschwendete Energie, vergleichbar mit der Erschöpfung von Motivation und mentaler Müdigkeit, die im Laufe des Tages zunimmt. Im Laufe der Jahre habe ich Taktiken entwickelt – wie früher aufzuwachen, mehr Sport zu treiben und Ablenkungen zu vermeiden –, die mir geholfen haben, meine Exergie besser zu nutzen. Ich habe auch erkannt, dass Exergie innerhalb des menschlichen Stoffwechsels in Zyklen verläuft. Es gibt einen Punkt, an dem jede weitere Anstrengung zu Anergie wird – zu verschwendeter Energie. Der Schlüssel ist, diese Punkte zu erkennen und sie nicht zu bekämpfen. Manchmal ist es in Ordnung, eine Pause einzulegen oder die Arbeit ganz zu stoppen. Zusammen mit Physikern und Ökonomen müssen auch wir lernen, unsere Energie zu verwalten.

Wie Sprache sich ausbreitet: Die Entstehung und Entwicklung von Dialekten

Die Dynamik der Dialektentwicklung kann mit physikalischen Phänomenen verglichen werden. Insbesondere die Konzeptualisierung von „Isoglossen“ als Sprachblasen eröffnet neue Perspektiven auf die Evolution von Sprache. In seiner Forschung zu Sperlingspopulationen entdeckte Burridge, dass sich regionale Sprachunterschiede, wie Dialekte, auf eine Weise verhalten, die stark an die Übergänge in ferromagnetischen Materialien erinnert. In diesen Materialien richten sich die Atome wie winzige Magneten aus, die sich entweder nach oben oder nach unten orientieren. Wenn sich die Atome ausrichten, tritt ein abruptes Phasenübergang auf – die Substanz wird magnetisch. Diese Veränderung, die sich in einem einzigen Augenblick vollzieht, ist vergleichbar mit der Entwicklung eines Dialekts: Über Nacht kann ein ganzes Gebiet zu einem gemeinsamen sprachlichen Ausdruck finden.

Ein weiterer Schlüsselpunkt von Burridges Arbeit war die Feststellung, dass Dialekte nicht nur als einfache Sprachvariationen existieren, sondern sich innerhalb definierter geographischer Grenzen ausbreiten und verschwinden, ähnlich wie Blasen in einem Bad. Wenn man die unterschiedlichen Varianten eines Dialekts auf einer Karte darstellt, wie etwa die verschiedenen Begriffe für einen Strauch – „gorse“, „furze“, „whim“ und „broom“ – dann wird ein klar strukturiertes Bild sichtbar. Diese vier Varianten bilden sich in getrennten Regionen ab, wobei sich die Sprecher jeweils auf den Begriff einigen, der innerhalb ihrer Umgebung am häufigsten verwendet wird. Im Wesentlichen entsteht eine Form der sprachlichen „Ausrichtung“, in der die Sprecher wie Partikel in einem Magneten miteinander korrelieren.

Das Bild von Blasen in einem Bad ist besonders aufschlussreich, wenn es um den Prozess des „Coarsenings“ geht, der auch für Dialekte gilt. In einem Bad, in dem Blasen unter der Oberfläche gespannt sind, verschwinden die kleineren Blasen oder fusionieren mit anderen zu größeren Blasen. Dies geschieht aufgrund der Oberflächenspannung, die die Blasen dazu drängt, eine stabilere Form zu finden. Dieser Mechanismus lässt sich direkt auf Isoglossen anwenden. Diese Isoglossen stellen Grenzlinien dar, an denen sich die Sprachvarianten ändern. Sie verschmieren sich allmählich, wenn die unterschiedlichen Varianten miteinander verschmelzen. Auch hier ist die Begrenzung ein dynamischer Prozess – Isoglossen „verschwinden“ oder verschieben sich über Zeit, indem sie die kleineren Unterscheidungen auslöschen.

Es ist wichtig zu verstehen, dass dieser Übergang nicht nur eine Frage der regionalen Distanz ist, sondern auch von der Dichte der Bevölkerung abhängt. In städtischen Gebieten, in denen Menschen aus unterschiedlichen Regionen und sozialen Schichten zusammenkommen, entstehen neue, gemischte Varianten des Dialekts. Dies kann zur Entstehung von neuen Isoglossen führen, die zunächst an den Rändern der städtischen Gebiete auftreten und dann nach und nach in den städtischen Kern eindringen. So entstehen zum Beispiel moderne Dialekte wie das „Multicultural London English“, das in London und anderen städtischen Zentren entstanden ist und eine Vielzahl ethnischer und kultureller Einflüsse in sich vereint. Der Expansionsprozess dieser Isoglossen wird vorangetrieben, wenn Menschen in diese städtischen Gebiete ziehen und mit anderen sprechen, wodurch der Gebrauch der neuen Sprachformen verstärkt wird.

Doch während sich Isoglossen aktiv ausbreiten, weichen sie nicht nur der „Macht“ der städtischen Bevölkerung, sondern auch den natürlichen geographischen Gegebenheiten. Orte wie Küstenlinien, Flussmündungen oder geographische Vertiefungen können eine Isogloss dazu drängen, sich in diese Richtungen zu bewegen, da die Landmasse in der Nähe dichter bevölkert ist. Dies führt zu einem noch stärker ausgeprägten, geographisch begrenzten Sprachraum.

Für den Leser ist es von Bedeutung zu verstehen, dass die Sprachentwicklung kein linearer, sondern ein dynamischer Prozess ist. Dialekte entstehen durch eine Vielzahl von Faktoren – von der geographischen Nähe bis hin zur sozialen Interaktion der Sprecher. Die ständige Wechselwirkung zwischen Tradition und Innovation, zwischen städtischer und ländlicher Bevölkerung, fördert eine komplexe sprachliche Landschaft, die sich ständig verändert. Auch wenn Isoglossen eine starke „Eigenkraft“ besitzen, sind sie von äußeren Kräften abhängig, die ihre Entwicklung lenken und in neue Richtungen treiben.

Was macht die Sandhaufen-Theorie zu einem Modell für komplexe Systeme?

Bak, Tang und Wiesenfeld konnten in ihren Experimenten mit realem Sand keine brauchbaren Ergebnisse erzielen, da selbst trockener Sand zu klebrig war. Stattdessen entwickelten sie ein Computermodell, das einen virtuellen Haufen Sandkörner aufzubauen begann, Körnchen für Körnchen. Die Bereiche des Haufens wurden dabei farblich markiert: grün für flache und stabile Zonen, rot für steilere, instabile Bereiche. Anfangs war der gesamte Haufen grün, doch mit zunehmender Größe tauchten zunehmend rote Zonen auf. In diesen steileren Bereichen bildeten sich teils isolierte, teils gruppierte rote Haufen. Fiel ein weiteres Korn auf einen isolierten Haufen, war die Wahrscheinlichkeit groß, dass nur ein kleiner, einmaliger Vorfall stattfand und der Haufen schnell wieder in seinen stabilen Zustand zurückkehrte. Doch wenn rote Zonen nahe beieinander lagen, konnte ein weiteres Korn eine Kettenreaktion auslösen, die in benachbarten roten Bereichen zu weiteren Erdrutschen führte.

Wichtig war jedoch die Erkenntnis, dass der genaue Zeitpunkt und die Größe der nächsten Lawine nicht vorhersehbar waren. Das Muster der Lawinen war nicht ordentlich oder vorhersehbar. Manchmal passierte nichts, manchmal fielen einige Körnchen, manchmal wurde eine neue Lawine ausgelöst. Selbst bei identischen Eingaben und Bedingungen führte jedes Mal ein anderes Ergebnis zu einem anderen Ausgang. Es war nicht möglich, vorherzusagen, welches Korn die nächste Lawine auslösen würde, und auch die Größe der Lawine war unberechenbar. So hatte die Größe des Sandhaufens oder die Anzahl der Körner keinerlei Einfluss auf die Entstehung der Lawine.

Jordan Ellenberg, Mathematikprofessor an der University of Wisconsin-Madison, verglich den Sandhaufen mit einem lebenden Organismus. Die Körnchen schienen eine eigene Dynamik zu entwickeln, mal schneller, mal langsamer, als ob sie von einer externen Kraft beeinflusst würden. Doch trotz dieser scheinbaren Unvorhersehbarkeit zeigte sich ein gewisser Grad an Ordnung: Der Großteil der Lawinen war klein, eine geringere Zahl mittlerer Größe, und nur wenige waren extrem. Das Verteilungsprinzip der Größen der Lawinen folgte einer sogenannten "Long-Tail"-Verteilung. Dies bedeutete, dass die kleinen Ereignisse die meisten waren, aber die wenigen großen Ereignisse hatten das größte Potenzial für dramatische Auswirkungen.

Die wahre Kraft und Schönheit des Modells von Bak, Tang und Wiesenfeld lag darin, dass es die zugrundeliegenden Prozesse enthüllte, die auch in anderen Bereichen mit Long-Tail-Verteilungen zu finden sind. Ob Erdbeben, Waldbrände oder Epidemien – es passiert immer dasselbe: Ein System funktioniert zunächst stabil. Doch irgendwann erreicht es einen Punkt, den man als "selbstorganisierte kritische Masse" bezeichnet. An diesem Punkt kann eine noch so kleine Veränderung – etwa das Hinzufügen eines Sandkorns – eine Lawine auslösen, deren Größe und Auswirkungen völlig unvorhersehbar sind.

Dr. Ted Lewis, ein ehemaliger Direktor des Center for Homeland Defense and Security, führte das Finanzchaos von 2008 als Beispiel für dieses Sandhaufen-Phänomen an. Über Jahre hinweg hatte sich eine Spannung aufgebaut, als Hausbesitzer mehr Schulden aufnahmen, als ihre Immobilien wert waren. Im US-Immobilienmarkt war die Tragfähigkeit – der maximale Risikoanteil, den der Markt ertragen konnte – normalerweise bei 62 Prozent. 2008 war dieser Wert jedoch auf 65 Prozent gestiegen, was eine enorme Spannung darstellte. Das kritische Punkt wurde überschritten, und der Zusammenbruch fand ohne Vorwarnung statt. Es brauchte nur ein kleines Ereignis – der Zusammenbruch einer Bankfiliale in Südkalifornien – um die Lawine in Gang zu setzen.

Ein weiteres Beispiel für das Sandhaufen-Modell findet sich in der Natur, etwa in den geheimen Bewegungen von Staren. Wenn man eine Schwarmbildung von Tausenden von Vögeln beobachtet, die in perfekter Formation durch den Himmel wirbeln und dabei abstrakte, wunderschöne Muster bilden, sieht man einen natürlichen "Sandhaufen". Die Vögel kommunizieren nicht miteinander, und es ist unmöglich vorherzusagen, welche Flugrichtung der eine oder andere Vogel nehmen wird. Doch obwohl jeder Schwarm einzigartig ist, basieren diese Bewegungen auf sehr einfachen mathematischen Regeln. Es ist die gleiche Dynamik wie bei den Sandkörnern, die zu einem vorher nicht absehbaren Zeitpunkt ins Rutschen kommen.

Auch politische Bewegungen unterliegen diesem Effekt. Am 4. Januar 2011 zündete sich der ägyptische Straßenverkäufer Mohamed Bouazizi im Protest gegen korrupte Behörden an. Normalerweise hätte dieses Ereignis keine weltweiten Wellen geschlagen, doch zu diesem Zeitpunkt war die Spannung durch den Widerstand gegen autoritäre Regime so hoch, dass sein Tod zu den landesweiten Aufständen des Arabischen Frühlings führte. Hätte Bouazizi sich ein Jahr zuvor das Leben genommen, wäre dies kaum mehr als ein lokales Ereignis gewesen. Doch durch die bereits bestehende kritische Masse des gesellschaftlichen Unmuts führte dieser Einzelvorfall zu einer Kettenreaktion größerer Ereignisse.

Das Sandhaufen-Modell zeigt auch, dass Long-Tail-Verteilungen in allen miteinander vernetzten und voneinander abhängigen Systemen zu finden sind. In einem solchen System baut sich Spannung auf, bis der Punkt der selbstorganisierten Kritikalität erreicht ist. An diesem Punkt kann die kleinste Veränderung eine weitaus größere Kettenreaktion auslösen.

Wie kann man solche Katastrophen verhindern? Im Hinblick auf Einzelpersonen bleibt das Modell trübe und wenig hilfreich, um spezifische Jobverluste zu verhindern. Die meisten von uns sind wie die einzelnen Körnchen im Sandhaufen, vom Wind der Ereignisse getragen, die außerhalb unserer Kontrolle liegen. Doch für Unternehmen und Märkte, die größere, komplexere "Haufen" bilden, gibt es Möglichkeiten der Prävention. Ein Ansatz könnte darin bestehen, weniger effizient zu arbeiten, als es zunächst sinnvoll erscheint. Betrachtet man beispielsweise ein Stromnetz: Wenn jede Haushaltsbuchung stets die gleiche Leistung abruft, würde das Netz überschaubarer und weniger anfällig für Ausfälle. Doch in der Realität gibt es immer wieder Spitzen wie plötzliche Nachfragespitzen oder Naturkatastrophen, die das System an seine Grenzen bringen. Ein einziges Ereignis kann einen Dominoeffekt auslösen, der zu einem großflächigen Ausfall führen kann.

Das Sandhaufen-Modell lehrt uns also, dass es nicht immer um die Vorhersage des nächsten Ereignisses geht, sondern darum, die Bedingungen zu schaffen, die die Wahrscheinlichkeit solcher Katastrophen reduzieren, indem man die Spannungen frühzeitig erkennt und systematisch abbaut.

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