Ashby, W. Ross: Einführung in die Kybernetik. stw 34, Frankfurt, Suhrkamp 1974
Introduction to Cybernetics, Chapman & Hall, 1956, ISBN 0-416-68300-2 die englische Ausgabe als pdf-Datei

Deutsche Übersetzung durch Deepl

EINE EINFÜHRUNG IN DIE KYBERNETIK

VORWORT

Viele Biowissenschaftler - Physiologen, Psychologen, Soziologen - interessieren sich für die Kybernetik und möchten ihre Methoden und Techniken auf ihr eigenes Fachgebiet anwenden. Viele werden jedoch durch den Eindruck davon abgehalten, dass ihrer Anwendung ein langes Studium der Elektronik und der fortgeschrittenen reinen Mathematik vorausgehen muss; denn sie haben den Eindruck gewonnen, dass die Kybernetik und diese Fächer untrennbar sind.

Der Autor ist jedoch überzeugt, dass dieser Eindruck falsch ist. Die grundlegenden Ideen der Kybernetik können ohne Bezugnahme auf die Elektronik behandelt werden, und sie sind grundsätzlich einfach. Obwohl also fortgeschrittene Techniken für fortgeschrittene Anwendungen notwendig sein mögen, kann sehr viel erreicht werden, insbesondere in den biologischen Wissenschaften, durch die Verwendung von recht einfachen Techniken, vorausgesetzt, sie werden mit einem klaren und tiefen Verständnis der beteiligten Prinzipien verwendet. Der Autor ist der Überzeugung, dass es keinen Grund gibt, warum ein Arbeiter mit nur elementaren mathematischen Kenntnissen nicht ein vollständiges Verständnis der Grundprinzipien erlangen sollte, wenn das Thema im Alltäglichen begründet und gut verstanden wird und dann sorgfältig Schritt für Schritt aufgebaut wird. Mit einem solchen Verständnis wird er dann in der Lage sein, genau zu erkennen, welche weiteren Techniken er erlernen muss, wenn er weiter vorankommen will; und, was besonders nützlich ist, er wird in der Lage sein zu erkennen, welche Techniken er getrost ignorieren kann, da sie für seinen Zweck irrelevant sind.

Das Buch ist als eine solche Einführung gedacht. Es geht von alltäglichen und wohlverstandenen Konzepten aus und zeigt Schritt für Schritt, wie diese Konzepte präzisiert und weiterentwickelt werden können, bis sie zu Themen wie Rückkopplung, Stabilität, Regelung, Ultrastabilität, Information, Kodierung, Rauschen und anderen kybernetischen Themen führen. Im gesamten Buch werden keine über elementare Algebra hinausgehenden Mathematikkenntnisse vorausgesetzt; insbesondere hängen die Argumente nirgends von der Infinitesimalrechnung ab (die wenigen Verweise darauf können ohne Schaden ignoriert werden, denn sie sollen nur zeigen, wie die Infinitesimalrechnung an die behandelten Themen anschließt, wenn sie verwendet werden sollte). Die Illustrationen und Beispiele stammen meist aus den biologischen und nicht aus den physikalischen Wissenschaften.

Die Überschneidungen mit Design for a Brain sind gering, so dass die beiden Bücher fast unabhängig voneinander sind. Sie sind jedoch eng miteinander verbunden und sollten am besten als Ergänzung betrachtet werden; jedes Buch wird dazu beitragen, das andere zu erhellen.

V

Es ist in drei Teile gegliedert.

Teil I befasst sich mit den Grundsätzen des Mechanismus und behandelt Themen wie seine Darstellung durch eine Transformation, die Bedeutung von "Stabilität", die Bedeutung von "Rückkopplung", die verschiedenen Formen der Unabhängigkeit, die innerhalb eines Mechanismus bestehen können, und wie Mechanismen gekoppelt werden können. Es werden die Grundsätze vorgestellt, die befolgt werden müssen, wenn das System so groß und komplex ist (z. B. das Gehirn oder die Gesellschaft), dass es nur statistisch behandelt werden kann. Er führt auch in den Fall ein, dass das System so beschaffen ist, dass nicht alles davon einer direkten Beobachtung zugänglich ist - die so genannte Black-Box-Theorie.

Teil II verwendet die in Teil I entwickelten Methoden, um zu untersuchen, was mit "Information" gemeint ist und wie sie kodiert wird, wenn sie einen Mechanismus durchläuft. Er wendet diese Methoden auf verschiedene Probleme in der Biologie an und versucht, etwas von der Fülle der möglichen Anwendungen zu zeigen. Er führt in die Theorie von Shannon ein, so dass der Leser nach der Lektüre dieses Teils ohne Schwierigkeiten zum Studium von Shannons eigenem Werk übergehen kann.

Teil III befasst sich mit Mechanismus und Information, wie sie in biologischen Systemen zur Regulierung und Kontrolle verwendet werden, sowohl in den angeborenen Systemen, die in der Physiologie untersucht werden, als auch in den erworbenen Systemen, die in der Psychologie untersucht werden. Er zeigt, wie Hierarchien solcher Regulatoren und Kontrolleure aufgebaut werden können und wie dadurch eine Verstärkung der Regulierung möglich wird. Er gibt eine neue und insgesamt einfachere Erklärung für das Prinzip der Ultrastabilität. Es legt den Grundstein für eine allgemeine Theorie komplexer Regelungssysteme und entwickelt die Ideen von Design for a Brain weiter. Auf diese Weise liefert es einerseits eine Erklärung für die herausragenden Regelungsfähigkeiten des Gehirns und andererseits die Prinzipien, nach denen ein Konstrukteur Maschinen mit ähnlicher Leistung bauen kann.

Obwohl das Buch eine leichte Einführung sein soll, ist es nicht nur als Plauderei über Kybernetik gedacht - es ist für diejenigen geschrieben, die sich in die Materie einarbeiten wollen, für diejenigen, die eine tatsächliche Beherrschung des Themas erreichen wollen. Es enthält daher eine Fülle von leichten, sorgfältig abgestuften Übungen mit Hinweisen und erklärenden Antworten, damit der Leser im Laufe des Buches sein Verständnis des Gelesenen überprüfen und seine neuen intellektuellen Muskeln trainieren kann.

Einige Übungen, die eine besondere Technik erfordern, sind so gekennzeichnet: *Ex. Ihr Weglassen wird den Fortschritt des Lesers nicht beeinträchtigen.

Der Einfachheit halber wurde das Werk in Abschnitte unterteilt; alle Verweise beziehen sich auf den jeweiligen Abschnitt, und da diese Nummern am oberen Rand jeder Seite angegeben sind, ist das Auffinden eines Abschnitts so einfach und direkt wie das Auffinden einer Seite. Der Abschnitt ist wie folgt angegeben: S.9/14 - was den vierzehnten Abschnitt in Kapitel 9 anzeigt.

VI

Abbildungen, Tabellen und Übungen wurden innerhalb ihrer eigenen Abschnitte nummeriert; so ist Abb. 9/14/2 die zweite Abbildung in S.9/14. Ein einfacher Verweis, z. B. Bsp. 4, wird für Verweise innerhalb desselben Abschnitts verwendet. Wenn ein Wort förmlich definiert wird, ist es fett gedruckt.

Ich möchte Michael B. Sporn, der alle Antworten überprüft hat, meinen Dank aussprechen. Bei dieser Gelegenheit möchte ich auch den Gouverneuren von Barnwood House und Dr. G. W. T. H. Fleming meine tiefe Dankbarkeit für die großzügige Unterstützung ausdrücken, die diese Forschungen möglich gemacht hat. Obwohl das Buch viele Themen abdeckt, sind diese nur Mittel; das Ziel war durchweg, deutlich zu machen, welche Prinzipien befolgt werden müssen, wenn man versucht, die normale Funktion eines kranken Organismus wiederherzustellen, der, wie ein menschlicher Patient, von furchtbarer Komplexität ist. Ich bin zuversichtlich, dass das neue Verständnis zu neuen und wirksamen Behandlungen führen wird, denn der Bedarf ist groß.

Barnwood-HausW. ROSS ASHBY
Gloucester

VII

INHALT

Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v
Kapitel
1: WAS IST NEU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Die Besonderheiten der Kybernetik . . . . . . . . . . . . 1
Die Anwendungen der Kybernetik . . . . . . . . . . . . . . . 4
TEIL EINS: MECHANISMUS
2: ÄNDERN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Wiederholte Änderung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3: DIE BESTIMMTE MASCHINE . . . . . . . . . . . . . . 24
Vektoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4: DIE MASCHINE MIT EINGABE . . . . . . . . . . . . . . 42
Kupplungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Unabhängigkeit innerhalb eines Ganzen . . . . . . . . . . . 55
Das sehr große System . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5: STABILITÄT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Störung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Gleichgewicht in Teilen und im Ganzen . . . . . . . . . . . 82
6: DIE BLACK BOX. . . . . . . . . . . . . . . . . 86
Isomorphe Maschinen . . . . . . . . . . . . . 94
Homomorphe Maschinen . . . . . . . . . . . . 102
Die sehr große Box . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
Der unvollständig beobachtbare Kasten . . . . . . . . 113
TEIL ZWEI: VARIETE
7: MENGE DER SORTE. . . . . . . . . . . . . . 121
Zwang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
Bedeutung der Einschränkung . . . . . . . . . . . . . . . . 130
Vielfalt in Maschinen... . . . . . . . . . . . . . 134

(VIII)

8: ÜBERTRAGUNG DER SORTE. . . . . . . . . . . . 140
Umkehrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
Übertragung von System zu System. . . . . . . . 151
Übertragung über einen Kanal . . . . . . . . . . . 154
9: UNUNTERBROCHENE ÜBERTRAGUNG . . . . . . . . . . . . . . . 161
Die Markov-Kette . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
Entropie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
Lärm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
TEIL DREI: REGULIERUNG UND KONTROLLE
10: REGULIERUNG IN BIOLOGISCHEN SYSTEMEN . . . . . . 195
Überleben. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
11: ERFORDERLICHE VIELFALT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
Das Gesetz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
Kontrolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
Einige Variationen . . . . . . . . . . . . . . . 216
12: DER FEHLERGESTEUERTE REGLER. . . . . . . 219
Die Markov'sche Maschine . . . . . . . . . . . . . . 225
Markovianische Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . 231
Bestimmen Sie die Regulierung. . . . . . . . . . . . . 235
Der Leistungsverstärker. . . . . . . . . . . . . . 238
Spiele und Strategien . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
13: REGULIERUNG DES SEHR GROßEN SYSTEMS . . . . . . 244
Wiederkehrende Störungen . . . . . . . . . . . . . . . . 247
Entwurf des Reglers . . . . . . . . . . . . . . . . 251
Umfang der Auswahl . . . . . . . . . . . . . . . . 255
Auswahl und Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . 259
14: VERSTÄRKUNG DER REGULIERUNG . . . . . . . . . . . . . . . 265
Was ist ein Verstärker? . . . . . . . . . . . . . 265
Amplifikation im Gehirn . . . . . . . . . . . . . . 270
Verstärkung der Intelligenz . . . . . . . . . . . . . . 271
REFERENZEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
ANTWORTEN AUF ÜBUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
INDEX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

(IX)

Kapitel 1: WAS IST NEU?

1/1. Die Kybernetik wurde von Wiener definiert als "die Wissenschaft von der Kontrolle und der Kommunikation im Tier und in der Maschine" - mit einem Wort, als die Kunst der Lenkung, und es ist dieser Aspekt, dem das Buch gewidmet sein wird. Koordination, Regulierung und Kontrolle werden seine Themen sein, denn sie sind von größtem biologischen und praktischen Interesse.

Es ist daher notwendig, sich mit dem Mechanismus zu befassen, aber es ist ratsam, eine Einführung zu geben, denn die Kybernetik behandelt das Thema aus einem neuen und daher ungewöhnlichen Blickwinkel. Ohne Einleitung könnte das Kapitel 2 sehr fehlerhaft erscheinen. Der neue Gesichtspunkt sollte klar verstanden werden, denn jedes unbewusste Schwanken zwischen dem Alten und dem Neuen kann zu Verwirrung führen.

1/2. Die Eigenheiten der Kybernetik. So manches Buch trägt den Titel "Theorie der Maschinen", aber es enthält meist Informationen über mechanische Dinge, über Hebel und Rädchen. Auch die Kybernetik ist eine "Theorie der Maschinen", aber sie behandelt nicht Dinge, sondern Verhaltensweisen. Sie fragt nicht "Was ist dieses Ding?", sondern "Was tut es?". Daher ist sie sehr an einer Aussage wie "diese Variable unterliegt einer einfachen harmonischen Schwingung" interessiert und kümmert sich viel weniger darum, ob es sich bei der Variablen um die Position eines Punktes auf einem Rad oder um ein Potenzial in einem Stromkreis handelt. Sie ist also im Wesentlichen funktional und behavioristisch.

Die Kybernetik war zunächst in vielerlei Hinsicht eng mit der Physik verbunden, hängt aber in keiner Weise von den Gesetzen der Physik oder den Eigenschaften der Materie ab. Die Kybernetik befasst sich mit allen Formen des Verhaltens, soweit sie regelmäßig, determiniert oder reproduzierbar sind. Die Materialität ist irrelevant, ebenso wie die Einhaltung oder Nichteinhaltung der gewöhnlichen Gesetze der Physik. (Das Beispiel in S.4/15 wird diese Aussage verdeutlichen.) Die Wahrheiten der Kybernetik sind nicht davon abhängig, dass sie aus einem anderen Wissenschaftszweig abgeleitet werden. Die Kybernetik hat ihre eigenen Grundlagen. Es ist ein Teil des Ziels dieses Buches, sie klar darzustellen.

(1)

1/3. Die Kybernetik verhält sich zur realen Maschine - elektronisch, mechanisch, neuronal oder wirtschaftlich - ähnlich wie die Geometrie zu einem realen Objekt in unserem irdischen Raum. Es gab eine Zeit, in der "Geometrie" solche Beziehungen bedeutete, die an dreidimensionalen Objekten oder in zweidimensionalen Diagrammen dargestellt werden konnten. Die von der Erde bereitgestellten Formen - tierische, pflanzliche und mineralische - waren zahlreicher und reicher an Eigenschaften, als sie von der elementaren Geometrie erfasst werden konnten. In jenen Tagen war eine Form, die von der Geometrie vorgeschlagen wurde, aber nicht im gewöhnlichen Raum demonstriert werden konnte, suspekt oder inakzeptabel. Der gewöhnliche Raum dominierte die Geometrie.

Heute ist die Lage ganz anders. Die Geometrie existiert aus eigenem Recht und aus eigener Kraft. Sie kann jetzt eine Reihe von Formen und Räumen genau und kohärent behandeln, die weit über alles hinausgehen, was der irdische Raum bieten kann. Heute ist es die Geometrie, die die irdischen Formen enthält, und nicht umgekehrt, denn die irdischen Formen sind nur Sonderfälle in einer allumfassenden Geometrie. Der Gewinn, den die Entwicklung der Geometrie mit sich bringt, muss kaum hervorgehoben werden. Die Geometrie dient nun als Rahmen, in dem alle irdischen Formen ihren natürlichen Platz finden können, wobei die Beziehungen zwischen den verschiedenen Formen leicht zu erkennen sind. Mit diesem größeren Verständnis geht eine entsprechend größere Kontrollmöglichkeit einher.

Die Kybernetik ist in ihrer Beziehung zur eigentlichen Maschine ähnlich. Sie befasst sich mit dem Bereich "aller möglichen Maschinen" und ist nur in zweiter Linie daran interessiert, dass einige von ihnen noch nicht gebaut wurden, weder von Menschen noch von der Natur. Was die Kybernetik bietet, ist der Rahmen, in dem alle einzelnen Maschinen geordnet, in Beziehung gesetzt und verstanden werden können.

1/4. Die Kybernetik ist also gleichgültig gegenüber der Kritik, dass einige der Maschinen, die sie betrachtet, nicht unter den Maschinen vertreten sind, die wir unter uns finden. Damit folgt sie dem Weg, den die mathematische Physik bereits mit offensichtlichem Erfolg beschritten hat. Diese Wissenschaft hat sich seit langem mit der Untersuchung von Systemen befasst, von denen bekannt ist, dass sie nicht existieren - Federn ohne Masse, Teilchen, die Masse, aber kein Volumen haben, Gase, die sich perfekt verhalten, usw. Es ist wahr, dass diese Entitäten nicht existieren; aber ihre Nichtexistenz bedeutet nicht, dass die mathematische Physik reine Phantasie ist; noch muss der Physiker seine Abhandlung über die Theorie der masselosen Feder wegwerfen, denn diese Theorie ist für ihn in seiner praktischen Arbeit von unschätzbarem Wert. Denn die masselose Feder hat, obwohl sie keine physikalische Darstellung hat, bestimmte Eigenschaften, die sie für den Physiker von größter Bedeutung machen, wenn er ein System verstehen will, das so einfach ist wie eine Uhr.

(2)

Der Biologe kennt und benutzt dasselbe Prinzip, wenn er dem Amphioxus oder irgendeiner ausgestorbenen Form eine detaillierte Studie widmet, die in keinem Verhältnis zu ihrer heutigen ökologischen oder wirtschaftlichen Bedeutung steht.

In gleicher Weise hebt die Kybernetik bestimmte Arten von Mechanismen (S.3/3) als besonders wichtig für die allgemeine Theorie hervor; und sie tut dies ohne Rücksicht darauf, ob irdische Maschinen diese Form zufällig gemeinsam machen. Erst nachdem die Studie die möglichen Beziehungen zwischen Maschine und Maschine hinreichend untersucht hat, wendet sie sich den Formen zu, die tatsächlich in einem bestimmten Wissenschaftszweig zu finden sind.

1/5. Im Einklang mit dieser Methode, die in erster Linie mit dem Umfassenden und Allgemeinen arbeitet, behandelt die Kybernetik typischerweise eine gegebene, besondere Maschine, indem sie nicht fragt: "Welche individuelle Handlung wird sie hier und jetzt hervorbringen?", sondern: "Was sind alle möglichen Verhaltensweisen, die sie hervorbringen kann?"

Auf diese Weise kommt der Informationstheorie eine wesentliche Rolle in diesem Fach zu; denn die Informationstheorie zeichnet sich im Wesentlichen dadurch aus, dass sie sich immer mit einer Menge von Möglichkeiten befasst; sowohl ihre Primärdaten als auch ihre abschließenden Aussagen beziehen sich fast immer auf die Menge als solche und nicht auf ein einzelnes Element der Menge.

Diese neue Sichtweise führt zur Betrachtung neuer Arten von Problemen. Die ältere Sichtweise sah z. B., wie aus einer Eizelle ein Kaninchen wurde, und fragte: "Warum tut es das" - warum bleibt es nicht einfach eine Eizelle? Die Versuche, diese Frage zu beantworten, führten zur Erforschung der Energetik und zur Entdeckung zahlreicher Gründe, warum sich die Eizelle verändern sollte - sie kann ihr Fett oxidieren, und Fett liefert freie Energie; sie hat phosphorylierende Enzyme und kann ihre Stoffwechselprodukte durch einen Krebszyklus leiten usw. In diesen Studien war das Konzept der Energie grundlegend.

Ganz anders, wenn auch ebenso gültig, ist die Sichtweise der Kybernetik. Sie geht davon aus, dass die Eizelle über reichlich freie Energie verfügt und dass ihr Stoffwechsel so fein abgestimmt ist, dass er in gewissem Sinne explosiv ist. Es wird ein Wachstum in irgendeiner Form geben; die Kybernetik fragt: "Warum sollten die Veränderungen in der Kaninchenform stattfinden und nicht in einer Hundeform, einer Fischform oder sogar in einer Teratomform?" Die Kybernetik sieht eine Reihe von Möglichkeiten vor, die viel breiter sind als die tatsächliche Situation, und fragt dann, warum der besondere Fall der üblichen besonderen Einschränkung entsprechen sollte. In dieser Diskussion spielen Fragen der Energie fast keine Rolle - die Energie wird einfach als gegeben vorausgesetzt. Selbst die Frage, ob das System für Energie geschlossen oder offen ist, ist oft irrelevant; wichtig ist, inwieweit das System bestimmenden und kontrollierenden Faktoren unterworfen ist.

So no information or signal or determining factor may pass from part to part without its being recorded as a significant event. Cybernetics might, in fact, be defined as the study of systems that are open to energy but closed to information and control - systems that are “information-tight” (S.9/19.).

1/6. Die Anwendungen der Kybernetik. Nach dieser Betrachtung der Kybernetik aus der Vogelperspektive können wir uns nun einigen Möglichkeiten zuwenden, in denen sie von Nutzen zu sein verspricht. Ich werde mich auf die vielversprechendsten Anwendungen in den Biowissenschaften beschränken. Der Überblick kann nur kurz und sehr allgemein sein. Viele Anwendungen wurden bereits durchgeführt und sind zu gut bekannt, als dass sie hier beschrieben werden müssten; weitere werden zweifellos in der Zukunft entwickelt werden. Es gibt jedoch zwei besondere wissenschaftliche Vorzüge der Kybernetik, die es wert sind, ausdrücklich erwähnt zu werden.

Eine davon ist, dass sie ein einziges Vokabular und einen einzigen Satz von Konzepten bietet, die geeignet sind, die verschiedensten Arten von Systemen darzustellen. Bis vor kurzem wurde jeder Versuch, die vielen Fakten, die beispielsweise über Servomechanismen bekannt waren, mit dem in Verbindung zu bringen, was über das Kleinhirn bekannt war, unnötig dadurch erschwert, dass die Eigenschaften von Servomechanismen mit Worten beschrieben wurden, die an einen Autopiloten, ein Radio oder eine hydraulische Bremse erinnerten, während die Eigenschaften des Kleinhirns mit Worten beschrieben wurden, die an den Seziersaal und das Krankenbett erinnerten - Aspekte, die für die Ähnlichkeiten zwischen einem Servomechanismus und einem Kleinhirnreflex irrelevant sind. Die Kybernetik bietet eine Reihe von Konzepten, die durch exakte Entsprechungen mit jedem Zweig der Wissenschaft diese in exakte Beziehung zueinander bringen können.

Es hat sich in der Wissenschaft wiederholt gezeigt, dass die Entdeckung, dass zwei Zweige miteinander verwandt sind, dazu führt, dass jeder Zweig bei der Entwicklung des anderen hilft. (Vergleiche S.6/8.) Das Ergebnis ist oft ein merklich beschleunigtes Wachstum beider. Die Infinitesimalrechnung und die Astronomie, der Virus und das Eiweißmolekül, die Chromosomen und die Vererbung sind Beispiele, die mir in den Sinn kommen. Keiner von beiden kann natürlich die Gesetze des anderen beweisen, aber jeder kann Anregungen geben, die von größter Hilfe und Fruchtbarkeit sein können.

Das Thema wird in S.6/8 wieder aufgegriffen. Hier brauche ich nur zu erwähnen, dass die Kybernetik wahrscheinlich eine große Anzahl interessanter und anregender Parallelen zwischen Maschine und Gehirn und Gesellschaft aufzeigen wird. Und sie kann die gemeinsame Sprache liefern, mit der Entdeckungen in einem Zweig leicht in den anderen genutzt werden können.

(4)

1/7. Das komplexe System. Die zweite besondere Tugend der Kybernetik besteht darin, dass sie eine Methode zur wissenschaftlichen Behandlung von Systemen anbietet, in denen die Komplexität herausragend und zu wichtig ist, um ignoriert zu werden. Solche Systeme sind, wie wir wissen, in der biologischen Welt nur zu häufig anzutreffen!

Bei den einfacheren Systemen zeigen die Methoden der Kybernetik manchmal keinen offensichtlichen Vorteil gegenüber den schon lange bekannten. Erst wenn die Systeme komplexer werden, entfalten die neuen Methoden ihre Kraft.

Die Wissenschaft steht heute in einer Art Zwiespalt. Seit zwei Jahrhunderten erforscht sie Systeme, die entweder von Natur aus einfach sind oder sich in einfache Komponenten zerlegen lassen. Die Tatsache, dass sich ein Dogma wie "variiere die Faktoren einen nach dem anderen" ein Jahrhundert lang durchsetzen konnte, zeigt, dass es den Wissenschaftlern vor allem darum ging, solche Systeme zu untersuchen, die diese Methode zuließen; denn in komplexen Systemen ist diese Methode oft grundsätzlich unmöglich.

Nicht erst seit den Arbeiten von Sir Donald Fisher in den 20er Jahren mit Experimenten an landwirtschaftlichen Böden wurde klar erkannt, dass es komplexe Systeme gibt, die es einfach nicht erlauben, nur einen Faktor auf einmal zu verändern - sie sind so dynamisch und miteinander verbunden, dass die Veränderung eines Faktors sofort als Ursache für Veränderungen in anderen, vielleicht in sehr vielen anderen, wirkt. Bis vor kurzem neigte die Wissenschaft dazu, die Untersuchung solcher Systeme zu vermeiden und ihre Aufmerksamkeit auf einfache und vor allem reduzierbare Systeme zu richten (S.4/14).

Bei der Untersuchung einiger Systeme ließ sich die Komplexität jedoch nicht gänzlich ausblenden. Die Großhirnrinde des freilebenden Organismus, der Ameisenhaufen als funktionierende Gesellschaft und das menschliche Wirtschaftssystem waren sowohl in ihrer praktischen Bedeutung als auch in ihrer Unlösbarkeit mit den älteren Methoden herausragend. So sehen wir heute Psychosen, die nicht behandelt werden, Gesellschaften, die zerfallen, und Wirtschaftssysteme, die ins Wanken geraten, wobei der Wissenschaftler kaum mehr tun kann, als die volle Komplexität des Gegenstands, den er untersucht, zu erfassen. Aber die Wissenschaft unternimmt heute auch erste Schritte zur Erforschung der "Komplexität" als eigenständiges Thema. Die Kybernetik ist eine der wichtigsten Methoden, um mit Komplexität umzugehen. Sie verwirft die vagen intuitiven Vorstellungen, die wir aus dem Umgang mit so einfachen Maschinen wie dem Wecker oder dem Fahrrad gewonnen haben, und macht sich an den Aufbau einer strengen Disziplin des Themas.

Eine Zeit lang (wie die ersten Kapitel dieses Buches zeigen werden) scheint es sich eher um Binsenweisheiten und Plattitüden zu handeln, aber das liegt nur daran, dass die Grundlagen breit und stark angelegt sind. Sie sind so aufgebaut, dass die Kybernetik energisch weiterentwickelt werden kann, ohne die primäre Vagheit, die die meisten früheren Versuche, sich insbesondere mit der Komplexität des Gehirns in Aktion auseinanderzusetzen, infiziert hat.

(5)

Die Kybernetik bietet die Hoffnung, wirksame Methoden für die Untersuchung und Steuerung von Systemen bereitzustellen, die von Natur aus äußerst komplex sind. Sie wird dies tun, indem sie zunächst festlegt, was erreichbar ist (denn wahrscheinlich haben viele der Untersuchungen der Vergangenheit das Unmögliche versucht), und dann verallgemeinerte Strategien von nachweisbarem Wert bereitstellt, die in einer Vielzahl von Spezialfällen einheitlich angewendet werden können. Auf diese Weise hofft man, die wesentlichen Methoden zur Bekämpfung der psychologischen, sozialen und wirtschaftlichen Übel zu finden, die uns derzeit aufgrund ihrer Komplexität überwältigen. Teil III dieses Buches erhebt nicht den Anspruch, solche Methoden in Perfektion anzubieten, aber er versucht, eine Grundlage zu bieten, auf der solche Methoden aufgebaut werden können, und einen Anfang in die richtige Richtung.

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Die Kybernetik bietet die Hoffnung, effektive Methoden für die Untersuchung
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und Kontrolle von Systemen bereitzustellen, die von Natur aus äußerst komplex sind. Sie wird dies tun, indem sie zunächst aufzeigt, was machbar ist (denn wahrscheinlich haben viele der Untersuchungen der Vergangenheit das Unmögliche versucht), und dann verallgemeinerte Strategien von nachweisbarem Wert bereitstellt, die in einer Vielzahl von Spezialfällen einheitlich angewendet werden können. Auf diese Weise bietet sie die Hoffnung, die wesentlichen Methoden zu liefern, mit denen die Übel - psychologische, soziale, wirtschaftliche - bekämpft werden können, die uns gegenwärtig durch ihre inhärente Komplexität besiegen.

Teil III dieses Buches gibt nicht vor, solche Methoden perfektioniert anzubieten, aber er versucht, eine Grundlage zu bieten, auf der solche Methoden aufgebaut werden können, und einen Start in die richtige Richtung.
(6)

(7) leer

TEIL EINS
MECHANISMUS

Die Eigenschaften, die üblicherweise einem Objekt zugeschrieben werden, sind letztlich Namen für sein Verhalten. (Herrick)
(8)

Kapitel 2
Wandel (Veränderung)

2/1. Das grundlegendste Konzept in der Kybernetik ist das der "Differenz", entweder dass zwei Dinge erkennbar unterschiedlich sind oder dass sich eine Sache mit der Zeit verändert hat. Sein Anwendungsbereich braucht jetzt nicht beschrieben zu werden, denn in den folgenden Kapiteln wird die Bandbreite reichlich veranschaulicht. Alle Veränderungen, die im Laufe der Zeit auftreten können, sind natürlich mit eingeschlossen, denn wenn Pflanzen wachsen und Planeten altern und Maschinen sich bewegen, ist ein gewisser Wandel von einem Zustand in einen anderen impliziert. Unsere erste Aufgabe wird also darin bestehen, dieses Konzept des "Wandels" zu entwickeln, es nicht nur zu präzisieren, sondern es auch zu bereichern, es in eine Form zu bringen, die erfahrungsgemäß notwendig ist, wenn bedeutende Entwicklungen stattfinden sollen.
...
(9)

Bei der Eröffnung der Registrierkasse eines Geschäfts wird bei einigen Automaten die auf dem darin enthaltenen Geld vorzunehmende Umwandlung durch eine Flagge angezeigt. Welche Fahne zeigt bei der identischen Umwandlung ? Bsp. 2: Im Kricket wird durch die Läufe, die während einer Überspielung gemacht werden, der Punktestand der Mannschaft von einem Wert in einen anderen umgewandelt. Jede bestimmte Anzahl von Läufen definiert eine bestimmte Transformation: Wenn also acht Läufe im Over gewertet werden, wird die Transformation durch n' = n + 8 angegeben. Wie lautet der Name des Cricketspielers für die identische Transformation?
...
(15)

Kapitel 3 DIE BESTIMMTE MASCHINE

3/1. Nachdem wir nun einen klaren Satz von Vorstellungen über Transformationen aufgestellt haben, können wir uns ihrer ersten Anwendung zuwenden: der Herstellung einer exakten Parallelität zwischen den Eigenschaften von Transformationen, wie sie hier entwickelt wurden, und den Eigenschaften von Maschinen und dynamischen Systemen, wie sie in der realen Welt vorkommen. Über die beste Definition von "Maschine" könnte es natürlich viel Streit geben. Eine determinierte Maschine ist definiert als diejenige, die sich genauso verhält wie eine geschlossene einwertige Transformation. Die Begründung ist einfach, dass die Definition funktioniert - dass sie uns gibt, was wir wollen, und nirgendwo in krassem Widerspruch zu dem steht, was wir intuitiv für vernünftig halten. Die wahre Rechtfertigung besteht nicht in dem, was in diesem Abschnitt gesagt wird, sondern in dem, was im weiteren Verlauf des Buches und vielleicht in weiteren Entwicklungen folgt.

Es ist zu beachten, dass sich die Definition auf eine Verhaltensweise und nicht auf eine materielle Sache bezieht. Wir befassen uns in diesem Buch mit den Aspekten von Systemen, die determiniert sind - die einem regelmäßigen und reproduzierbaren Verlauf folgen. Es ist die Determiniertheit, die wir untersuchen werden, nicht die materielle Substanz. (Auf diese Frage wurde bereits in Kapitel 1 eingegangen).
...
(24)

Wie wir in S.2/3 sagten, ist der "Operator" oft schlecht definiert und etwas willkürlich - ein Konzept von geringem wissenschaftlichen Nutzen. Die Transformation ist jedoch sehr gut definiert, denn sie bezieht sich nur auf die Fakten der Veränderungen, nicht auf mehr oder weniger hypothetische Gründe für diese Veränderungen. (S.48)

3/11. Was ist ein "System"? In S.3/1 wurde festgestellt, dass jede real determinierte Maschine oder jedes dynamische System einer geschlossenen, einwertigen Transformation entspricht; und die dazwischen liegenden Abschnitte haben die These mit vielen Beispielen illustriert. Daraus folgt jedoch nicht, dass die Übereinstimmung immer offensichtlich ist; im Gegenteil, Jeder Versuch, die These allgemein anzuwenden, wird bald auf gewisse Schwierigkeiten stoßen, die es nun zu berücksichtigen gilt.

Angenommen, wir haben vor uns ein bestimmtes reales dynamisches System - ein schwingendes Pendel, oder eine wachsende Bakterienkultur, oder einen Autopiloten, oder ein Eingeborenendorf, oder ein Herz-Lungen-Präparat - und wir wollen die entsprechende Transformation entdecken, indem wir von Anfang an beginnen und von den ersten Prinzipien ausgehen. Angenommen, es handelt sich tatsächlich um ein einfaches Pendel, 40 cm lang. Wir stellen ein geeignetes Aufnahmegerät zur Verfügung, ziehen das Pendel um 30° zur Seite, lassen es los und zeichnen seine Position jede Viertelsekunde auf. Wir stellen fest, dass die aufeinanderfolgenden Abweichungen 30° (anfänglich), 10° und -24° (auf der anderen Seite) betragen.

Unsere erste Schätzung der Transformation, unter den gegebenen Bedingungen, lautet also ¯ 30° 10° 10° –24° Als gute Wissenschaftler überprüfen wir als nächstes diesen Übergang von 10°: wir ziehen das Pendel auf 10° zur Seite, lassen es los und stellen fest, dass es eine Viertelsekunde später bei +3° ist! Offensichtlich ist der Übergang von 10° nicht einseitig bewertet - das System widerspricht sich selbst. Was sollen wir jetzt tun?

Unsere Schwierigkeit ist typisch für die wissenschaftliche Untersuchung und grundlegend: Wir wollen, dass die Transformation eindimensional bewertet wird, aber sie wird nicht so kommen. Wir können die Forderung nach Eindeutigkeit nicht aufgeben, denn das hieße, die Hoffnung auf einwertigere Vorhersagen aufzugeben.

Glücklicherweise hat die Erfahrung längst gezeigt, was zu tun ist: Das System muss neu definiert werden. An diesem Punkt müssen wir uns darüber im Klaren sein, wie ein "System" zu definieren ist Unser erster Impuls ist, auf das Pendel zu zeigen und zu sagen: "Das System ist das Ding da". Diese Methode hat jedoch einen grundlegenden Nachteil: Jedes materielle Objekt enthält nicht weniger als eine Unendlichkeit von Variablen und damit von möglichen Systemen. Das echte Pendel zum Beispiel hat nicht nur Länge und Position, sondern auch Masse, Temperatur, elektrische Leitfähigkeit, Kristallstruktur, chemische Verunreinigungen, etwas Radioaktivität, Geschwindigkeit, Reflexionsvermögen, Zugfestigkeit, einen Oberflächenfilm aus Feuchtigkeit, bakterielle Schwerkraft und so weiter und so fort. Jeder Vorschlag, dass wir "alle" Fakten studieren sollten, ist unrealistisch, und tatsächlich wird der Versuch nie unternommen.

Was versucht wird, ist, dass wir die Fakten herausgreifen und studieren sollten, die für ein bereits gegebenes Hauptinteresse relevant sind.

Die Wahrheit ist, dass in der Welt um uns herum nur bestimmte Gruppen von Fakten in der Lage sind, geschlossene und einzelne Transformationen hervorzubringen. Die Entdeckung dieser Mengen ist manchmal einfach, manchmal schwierig. Die Geschichte der Wissenschaft, und sogar jeder einzelnen Untersuchung, ist reich an Beispielen. Normalerweise beinhaltet die Entdeckung die andere Methode zur Definition eines Systems, nämlich die Auflistung der Variablen, die berücksichtigt werden sollen. Das System bedeutet nun nicht ein Ding, sondern eine Liste von Variablen. Diese Liste kann variiert werden, und die häufigste Aufgabe des Experimentators besteht darin, die Liste zu variieren ("andere Variablen zu berücksichtigen"), bis er einen Satz von Variablen gefunden hat, die er in ihrer Gesamtheit benötigt. So betrachteten wir das Pendel zunächst so, als bestünde es nur aus der Variablen "Winkelabweichung von der Vertikalen";

Wir stellten fest, dass das so definierte System keine Eindeutigkeit ergab. Wenn wir weitermachen würden, würden wir als nächstes andere Definitionen ausprobieren, zum Beispiel den Vektor:

(Winkelabweichung, Masse des Pendels),

die sich ebenfalls als gescheitert erweisen würde. Schließlich würden wir die

(Winkelabweichung, Winkelgeschwindigkeit)

ausprobieren, und dann würden wir feststellen, dass diese so definierten Zustände die gewünschte Eindeutigkeit ergeben würden (vgl. Bsp. 3/6/14).

Einige dieser Entdeckungen, der fehlenden Variablen, waren von grosser wissenschaftlicher Bedeutung, wie z.B. als Newton die Bedeutung des Impulses entdeckte oder als Gowland Hopkins die Bedeutung von Vitaminen entdeckte (das Verhalten von Ratten bei der Ernährung wurde erst dann einheitlich bewertet, als sie identifiziert wurden). Manchmal ist die Entdeckung wissenschaftlich trivial, wie z.B. wenn Einzelwertergebnisse erst erzielt werden, nachdem eine Verunreinigung aus der Wasserversorgung entfernt oder eine lockere Schraube angezogen wurde; aber die Eindeutigkeit ist immer wesentlich.

(Manchmal wird gewünscht, dass bestimmte Wahrscheinlichkeiten einfach bewertet werden sollen. Auf dieses subtilere Ziel wird in S.7/4 und 9/2 hingewiesen. Es ist nicht unvereinbar mit dem eben Gesagten: Es bedeutet lediglich, dass die Wahrscheinlichkeit die wichtige Variable ist, nicht die Variable, die die Wahrscheinlichkeit angibt.

Wenn ich also ein Roulette-Rad wissenschaftlich untersuche, könnte mich die Variable interessieren "Wahrscheinlichkeit, dass der nächste Wurf rot ist", die eine Variable mit Zahlenwerten im Bereich zwischen 0 und 1 ist, und nicht die Variable "Farbe des nächsten Wurfes", die eine Variable mit nur zwei Werten ist: Rot und Schwarz. Ein System, das die letztgenannte Variable einschließt, ist mit ziemlicher Sicherheit nicht vorhersagbar, während ein System, das die erstgenannte Variable (die Wahrscheinlichkeit) einschließt, durchaus vorhersagbar sein kann, denn die Wahrscheinlichkeit hat einen konstanten Wert von etwa der Hälfte).

Das "absolute" System, das in Design for a Brain beschrieben und verwendet wird, ist ein solcher Satz von Variablen. Es ist jetzt klar, warum man sagen kann, dass jedes determinierte dynamische System einer einwertigen Transformation entspricht (in trotz der Tatsache, dass wir es nicht wagen, darüber zu dogmatisieren, was die reale Welt enthält, denn sie ist voller Überraschungen). Wir können diese Aussage einfach deshalb machen, weil die Wissenschaft sich weigert, die anderen Typen, wie das oben erwähnte Ein-Variablen-Pendel, zu untersuchen und sie als "chaotisch" oder "unsinnig" abtut. Wir sind es, die letztlich entscheiden, was wir als "maschinenhaft" akzeptieren wird und was wir ablehnen werden. (Das Thema wird in S.6/3 wieder aufgenommen).

Kapitel 4

DIE MASCHINE MIT EINGABE

4/1. Im vorigen Kapitel haben wir die Beziehung zwischen Transformation und Maschine untersucht, wobei wir letztere einfach als eine Einheit betrachtet haben. Wir gehen nun dazu über, in der Welt der Transformationen das zu finden, was auf die Tatsache, dass auf jede gewöhnliche Maschine unter verschiedenen Bedingungen eingewirkt werden kann und dadurch ihr Verhalten verändert werden kann, da ein Kran von einem Fahrer gesteuert werden kann oder ein Muskel von einem Nerv. Damit diese Studie durchgeführt werden kann, muss man richtig verstanden haben, was mit einem "Parameter" gemeint ist.

Bisher wurde jede Transformation für sich betrachtet; jetzt müssen wir unseren Blick erweitern, um die Beziehung zwischen einer Transformation und einer anderen zu berücksichtigen. Die Erfahrung hat gezeigt, dass die gleichen Methoden (wie S.2/3), die erneut angewendet werden, ausreichen; denn der Übergang von Transformation A zu Transformation B ist nichts anderes als der Übergang A -> B. (In S.2/3 wurde angedeutet, dass die Elemente einer Transformation alles sein können, was klar definiert werden kann: es gibt also keinen Grund, warum die Elemente nicht selbst Transformationen sein sollten). Wenn also T1, T2 und T3 drei Transformationen sind, gibt es keinen Grund, warum wir die Transformation U nicht definieren sollten: