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2016 | Buch

Information und ihre Bedeutung in der Natur

Das Leben erfindet die Welt

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Über dieses Buch

Diese Buch begibt sich auf die spannende Suche nach dem Wesen der Information in der Natur. Es setzt sich mit der Frage auseinander, wie die Information in die Welt kam und sich in ihr entwickelte. Der Leser erfährt, welche Rolle die Bedeutung von Information als Gegenstand wissenschaftlicher Betrachtungen einnahm und heute einnimmt.
Dabei macht die interdisziplinäre Behandlung von naturwissenschaftlichen und philosophischen Fragen den besonderen Reiz des Buches aus: Der Autor spannt einen weiten Bogen von der Informations- und Informatiktheorie über die Thermodynamik, die Quantenphysik und die Molekularbiologie bis hin zur Erkenntnistheorie. Dabei werden vielfältige und insbesondere auch aktuelle Forschungsergebnisse beleuchtet. Abschließend wird auf der Grundlage der Erkenntnisse in diesen Disziplinen eine neue und erweiterte Sicht auf die Information als Träger von Bedeutung begründet und modellhaft beschrieben.
Besonders aufsehenerregende wissenschaftliche Durchbrüche und verblüffende Experimente spielen dabei eine Rolle. In der Mitte des letzten Jahrhunderts entstand in Wissenschaftskreisen ein neues Verständnis von Information, mit zentralen Leitfiguren wie Claude E. Shannon und Alan Turing. Hervorragende Naturwissenschaftler wie Erwin Schrödinger und Max Delbrück lieferten wichtige Impulse zu der seitdem andauernden kontroversen Diskussion über das Wesen der Information.
Die Vielfalt der behandelten Themen bedeutet nicht nur für Experten, sondern auch für naturwissenschaftlich und philosophisch Interessierte eine spannende Lektüre und intellektuelles Vergnügen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Einführung und Überblick
Zusammenfassung
In den 40er- und 50er-Jahren des 20. Jahrhunderts Jahrhunderts waren die Naturwissenschaften dabei, die revolutionären Ergebnisse von Einstein, Bohr, Heisenberg, Schrödinger und anderen Naturwissenschaftlern zu verarbeiten. Kaum als solche bemerkt, bereiteten sich neue wissenschaftliche Umbrüche vor, für die Namen wie Shannon, Turing, wiederum Schrödinger, und Delbrück sowie Watson, Crick und Franklin stehen. Eckpfeiler dieser Umbrüche bildeten die Informationsverarbeitung, weitere Fortschritt in der Physik, die beginnende Molekularbiologie und die Genetik. In diesem Kapitel skizziere ich die Situation und formuliere eine Leithypothese zur Herkunft und zum Wesen semantischer Information.
Wolfgang Johannsen
Kapitel 2. Zum Wesen der Information und ihrer Bedeutung
Zusammenfassung
Die Information Shannons wird auch als Entropie bezeichnet und gleicht so dem Entropiebegriff der Physik. Die Grundlagen der Informationstheorie, verwandte Ansätze sowie eine Diskussion zum Wesen der Information bilden die Schwerpunkte dieses Kapitels.
Behandelte Themen und Fragen:
  • Zusammenhang zwischen Entropie und Information
  • Informationstheorie von Claude E. Shannon
  • Alternativen zur und Grenzen der Informationstheorie
  • Hypothesen zum Wesen der Information in der Natur
  • Bedeutung, Energie und Evolution
  • Informationsmodelle
Wolfgang Johannsen
Kapitel 3. Management von Information, Bedeutung und Wissen
Zusammenfassung
In einer (sehr) kurzen Geschichte der Information werden Einzelaspekte dazu beleuchtet. Es wird auch gezeigt, welch lange Geschichte der maschinellen Informationsverarbeitung bereits vor der Erfindung heutiger Computer lag. Als bedeutendster Pionier der theoretischen und praktischen Informatik gilt Alan Turing, der im Zweiten Weltkrieg an der Entschlüsselung der deutschen Chiffriermaschine Enigma arbeitete.
Behandelte Themen und Fragen:
  • Aspekte der Kulturgeschichte der Information
  • Information und Industrialisierung
  • Sprache, Semiotik und Logik
  • Geschichte der maschinellen Informationsverarbeitung
  • Turingmaschine und Turingtest
  • Bemerkungen zum Schicksal Alan Turings
Wolfgang Johannsen
Kapitel 4. Physik der Information
Zusammenfassung
Ist die Information die Grundlage allen physischen Seins und damit fundamentaler als Materie und als Quantenobjekte? Diese Frage wird seit Jahrzehnten in unterschiedlichen Facetten diskutiert. Wir geben einen Überblick über diese Diskussion und ihren Verlauf über etwa hundert Jahre hinweg. Thermodynamik, Relativitätstheorie und Quantenphysik stehen dabei im Mittelpunkt. Auch einige faszinierende Experimente wie das „Welcher Weg“-Experiment, das sich gedanklich bis in die Tiefen des Kosmos ausdehnen lässt, gehören zu diesen Betrachtungen, die mit der Vorstellung der Quanteninformation enden.
Behandelte Themen und Fragen:
  • Shannon-Information in der Physik
  • Zusammenhang von Information, Entropie, Energie und Zeit
  • Der Maxwellsche Dämon
  • Lichtgeschwindigkeit als obere Grenze für Informationsausbreitung
  • Einige Grundlagen der Quantenmechanik
  • Doppelspaltversuch, Schrödingers Katze und Messproblem
  • Quantenmechanische Experimente und die Rolle der Information
  • Die Rolle von Beobachtern in quantenmechanischen Messungen
  • Quanteninformation und Quantencomputer
Wolfgang Johannsen
Kapitel 5. Leben, Evolution und Information
Zusammenfassung
Alles Leben spielt sich in der Evolution ab. Es gibt offenbar nur eine Evolution auf unserem Planeten und diese hat das gesamte Leben hervorgebracht. Mit ihm entstanden Strukturen, die zur Selbstreproduktion fähig sind und denen alle Lebewesen und ihre Arten in der Evolution ihren Fortbestand verdanken. Dieser Vorgang ist mit der Weitergabe von Information an die jeweiligen Folgegenerationen jeder Art verbunden. Während der gesamten biologischen Evolution hat jedes Lebewesen Informationen an seine jeweiligen direkten Nachfolger weitergegeben, um den Fortbestand seiner Art zu ermöglichen.
Behandelte Themen und Fragen:
  • Prinzipien der Evolution
  • Rolle der Information in lebenden Organismen und in der Evolution
  • Informationsverarbeitung mit DNA
  • Informationsmenge in der biologischen Evolution
  • Komplexität, Selbstorganisation und Emergenz
  • Syntaktische und semantische Information in der Biologie
Wolfgang Johannsen
Kapitel 6. Weltwahrnehmung und Erkenntnis
Zusammenfassung
So selbstverständlich es ist, dass sich Lebewesen in ihrer Umgebung orientieren können und dass sie diese Fähigkeit immer weiter optimieren, so erstaunlich ist es auch. Selbstverständlich, weil sonst kein Existieren möglich wäre, und erstaunlich, weil diese Fähigkeit auf der intensiven Auswertung von Umgebungsinformationen beruht. Diese Orientierungsfähigkeit ist sehr komplex. Wir werfen einen Blick auf die erkenntnistheoretischen Einsichten, die zu der Wahrnehmung der Welt und anderer Lebewesen gereift sind. Die umfasst auch einen kleinen philosophischen Diskurs und eine Vertiefung der biologischen Erkenntnistheorie.
Behandelte Themen und Fragen:
  • Bemerkungen zur Realität und ihrer Wahrnehmung
  • Warum wir die Welt erkennen und was wir erkennen können
  • Evolutionäre Erkenntnistheorie
  • Vernunft und Evolution
  • Philosophischer Kontext und Skeptizismus
  • Semantische Information und ihre Übereinstimmung mit der Realität
Wolfgang Johannsen
Kapitel 7. Das Evolutionär-energetische Informationsmodell (EEIM)
Zusammenfassung
Dieses Buch stützt die These, dass semantische Information biologisch ist, dass sie nur im Kontext der Evolution existiert, und dass sie in Form von Energie auftritt. Diese These wird in diesem Kapitel im „Evolutionär-energetischen Informationsmodell (EEIM)“ zusammengefasst und strukturiert. EEIM ist ein neuer Ansatz, semantische Information zu verstehen. Es bildet ein Komplement zur Informationstheorie Shannons.
Behandelte Themen und Fragen:
  • Begründung für ein neues Informationsmodell
  • Information und Semantik in der Biologie
  • Information und Energie
  • Abgrenzung des Evolutionär-energetischen Informationsmodells (EEIM) zur Shannon-Information
  • Komponenten des Modells
  • Falsifizierbarkeit und wissenschaftliche Relevanz des Modells
Wolfgang Johannsen
Kapitel 8. Resümee
Zusammenfassung
Mein Buch leistet einen Beitrag zum Schließen einer Lücke in der Erkenntnistheorie zur Frage nach dem Wesen und nach dem Ursprung semantischer Information. Diese Frage hat mit Fortschreiten der Informationstechnologie, der Forschungen in der Biologie und Physik, zur Evolution, zur Vererbung und zum Entstehen von biologischen Phänotypen in der näheren Vergangenheit an Gewicht gewonnen. Dieses Buch und das in ihm beschriebene Evolutionär-energetische Informationsmodell (EEIM) helfen, der Beantwortung dieser Frage näher zu kommen.
Wolfgang Johannsen
Kapitel 9. Anhang – Wissenschaftliche Modelle der Information
Zusammenfassung
Die Bemühungen verschiedener Definitionen und Interpretationen, zu einer übergreifenden „Theorie der Information“ und zu einem allgemeingültigen Informationsbegriff zu kommen, zeigen das wachsende Interesse an einem gemeinsamen Verständnis dieses Begriffs. Dabei sind die Grenzen dieser Bemühungen zum Teil weit gezogen und beziehen soziale Theorien, Kommunikationsverhalten, Systemtheorie und sich selbst organisierende Systeme mit ein. Die folgende Zusammenfassung bestehender und diskutierter Informationsmodelle soll einen Eindruck von den vielfältigen Näherungen an den Begriff „Information“ geben.
Wolfgang Johannsen
Backmatter
Metadaten
Titel
Information und ihre Bedeutung in der Natur
verfasst von
Wolfgang Johannsen
Copyright-Jahr
2016
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-50255-6
Print ISBN
978-3-662-50254-9
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-50255-6