Information und ihre Bedeutung in der Natur (eBook)

Dr. phil. nat. Wolfgang Johannsen ist  Informatiker. Nach einer Forschungstätigkeit bei einem führenden Informatikunternehmen, unterschiedlichen Management-Positionen in einem großen deutschen Bankhaus und einer Unternehmensberatung ist Wolfgang Johannsen seit 2006 Dozent an der Frankfurt School of Finance & Management in Frankfurt am Main. Er ist Mitveranstalter von Management-Seminaren zu den Themen der strategischen Informationsverarbeitung. Mit Publikationen und Vorträgen beteiligt er sich kontinuierlich an der Fachdiskussion in seinem Gebiet. Darüber hinaus bietet er Seminare mit naturwissenschaftlichem Hintergrund an. Er ist Autor von Fach- und Sachbüchern. Neben seiner beruflichen Tätigkeit beschäftigt er sich mit naturwissenschaftlichen Fragen und europäischer Geschichte. 

Vorwort 6
Literatur 15
Inhaltsverzeichnis 17
1 Einführung und Überblick 20
1.1Kantinengespräche 21
1.2Interdisziplinär vom Anfang an 25
1.3Information, ein unverzichtbarer Begriff bei der Suche nach Bedeutung 28
1.3.1Information – ein „Stoff“ und viele Meinungen 29
1.3.2Information – ein exklusives Produkt der Evolution 31
1.4Denkwege zum Ziel 34
1.5Was erreicht werden soll 37
Literatur 39
2 Zum Wesen der Information und ihrer Bedeutung 40
2.1Behandelte Themen und Fragen 41
2.2Einführung und Kapitelüberblick 41
2.3Die Shannonsche Informationstheorie 45
2.3.1Die Information und ihre Übertragung 45
2.3.2Entropie – ein Begriff aus zwei Welten 48
2.3.3Entropie oder Information? 53
2.3.4Die Grenzen der Informationstheorie 54
2.4Alternativen und Ergänzungen zur Informationstheorie 56
2.4.1Die Kolmogorov-Komplexität 56
2.4.2Semantische Information nach Bar-Hillel und Carnap 57
2.5Hypothesen zur Rolle der Information in der Natur 58
2.5.1Information, Kausalität und Erkenntnis 58
2.5.2Information und Energie 61
2.5.3Information und Evolution 63
2.5.4Information und Bedeutung 68
Die Bedeutung der „Bedeutung“ in der Evolution 72
Bedeutung – ein Produkt der Evolution 74
2.5.5Informationsmodelle 76
2.6Unterm Strich – Kernaussagen dieses Kapitels 79
Literatur 80
3 Management von Information, Bedeutung und Wissen 83
3.1Behandelte Themen und Fragen 84
3.2Einleitung und Kapitelüberblick 85
3.3Information und Bedeutung als Kulturprodukte 85
3.3.1Bedeutungsschaffende, informatorische Kulturinnovationen 86
Schrift 88
Geld 92
Mathematik, Algorithmen und Logik 93
Archive und Bibliotheken 98
3.3.2Information als Beschleuniger der Industrialisierung 102
Renaissance und Aufklärung auch in der Informationsverarbeitung 103
Maschinen für Information 106
Information – der „Rohstoff“ der Industrialisierung 111
3.4Information, Sprache und Struktur 113
3.4.1Semiotik 114
3.4.2Sprache und Logik 118
3.5Eine kurze Geschichte der informationsverarbeitenden Maschinen 119
3.5.1Die babylonische Antikythera-Maschine 119
3.5.2Die von Ada Lovelace und Charles Babbage 121
3.5.3Die erste programmierbare Rechenmaschine von Konrad Zuse 124
3.5.4Informatik: Die Wissenschaft von der Informationsverarbeitung 126
3.6Turings Modell einer universellen Maschine 127
3.6.1Die Church-Turing-These 128
3.6.2Die Turingmaschine 130
3.6.3Die Von-Neumann-Architektur 132
3.6.4Der Turing-Test 133
3.6.5Eine weitere Kränkung der Menschheit? 135
3.6.6Ein gewagter Ausblick 136
3.7Alan Turing – erfahrenes Unrecht 138
3.8Unterm Strich – Kernpunkte dieses Kapitels 139
Literatur 141
4 Physik der Information 143
4.1Behandelte Themen und Fragen 145
4.2Einleitung und Kapitelüberblick 145
4.3Information in der Physik 147
4.3.1Shannon-Information in der Physik 147
4.3.2Wesentliche Aspekte zum Stand der Dinge 149
4.4Entropie, Information, Energie und Zeit 151
4.4.1Information und Entropie 152
Entropie und die Hauptsätze der Thermodynamik 153
Entropie 153
Offene und geschlossene Systeme 156
Die statistische Thermodynamik 157
Ist Entropie gleich Information? 158
Experiment: Der Maxwellsche Dämon 160
4.4.2Reversible und irreversible Algorithmen 164
4.4.3Die Kosten der Informationsverarbeitung 165
4.4.4Information und Lichtgeschwindigkeit 166
4.5Bizarre Quantenmechanik 170
4.5.1Das Plancksche Wirkungsquantum 171
4.5.2Was ein Atom darf und was nicht: Das Bohrsche Atommodel 173
4.5.3Zufall aus Prinzip statt vertrauter Kausalität 175
4.5.4Zwei in eins und überall: Die Realität der Quanten 177
Superposition und Verschränkung 178
Teilchen sind Wellen und Wellen sind Teilchen 178
Superposition 179
Verschränkung 181
Experiment: Der Doppelspaltversuch 183
Experiment: „Welcher Weg“ und „Verzögerte Entscheidung“ 186
Wellengleichung und Wellenfunktion 190
Aussagen der Wellengleichung 190
Experiment: Schrödingers Katze – Tot oder lebendig ist eine Frage der Information 193
Die Unschärferelation 195
Messproblem und Rolle des Beobachters 198
Lokalität und Realität im Disput zwischen Bohr und Einstein 202
Lokalität und Realität auf dem Prüfstand 204
Die Bellsche Ungleichung 208
Dekohärenz – Information schafft Realität 211
Von der Quantenwelt zur klassischen Realität 211
Quanten-Zeno-Effekt 213
Dekohärenz und Bewusstsein 215
4.5.5Ein Universum aus Information – Information und Astrophysik 216
4.5.6Die verwischte Realität – Interpretationen der Quantenmechanik 217
Experiment: Die kollabierte Information 220
Zwei wichtige Modelle 221
Die Bohmsche Mechanik 221
Die Everettschen Multiversen 222
Wie viele Dimensionen und wie viel Information? 222
Wie viele Dimensionen sind genug? 222
Wie viel Information enthält ein Quantensystem? 226
Zur Realität der Schrödingergleichung 228
4.6Quanteninformation und -computing 229
4.6.1Quanteninformation 229
4.6.2Mehr als wahr oder falsch – das Quantencomputing 232
4.6.3It from Qubit 234
4.7Unterm Strich – Kernpunkte dieses Kapitels 235
Literatur 237
5 Leben, Evolution und Information 241
5.1Behandelte Themen und Fragen 242
5.2Einleitung und Kapitelüberblick 243
5.3Information in der Biologie 245
5.3.1Das „Gerede“ von der Information 245
5.3.2Für eine informatorische Sicht in der Biologie 248
5.4Das Leben 250
5.4.1Voraussetzungen für das Leben 255
Offene Systeme zur Entropiereduktion 255
Selbstreproduktion und genetischer Code 256
Die Informationsträger DNA und RNA 257
DNA 257
RNA 261
Kopieren und Mischen für die Vererbung 265
Transkribieren für die Reproduktion 267
5.4.2Die Entstehung des Lebens 268
Eine biochemische Erklärung für die Entstehung des Lebens 271
Eine thermodynamische Erklärung für die Entstehung des Lebens 273
Eine quantenphysikalische Erklärung für die Entstehung des Lebens 275
5.4.3Information und lebende Organismen 279
Information, Entropie und Energie 280
Informationsübertragung zwischen den Generationen 284
Biologische Informationsgewinnung 286
Sehen 291
Riechen 298
5.5Die Evolution 300
5.5.1Voraussetzungen für Evolution 300
5.5.2Funktionsweisen der Evolution 303
Mutation und Zufall 303
Vielfalt und Selektion 304
Reproduktion und Vererbung 306
Sexualität 308
5.6Phylogenese 310
5.6.1Genetik 312
Die Entschlüsselung der Erbinformationen 315
Das „selbstsüchtige“ Gen 316
Epigenetik 318
5.6.2Information und biologische Evolution 320
Evolution der Information in biologischen Prozessen 321
Biologische Information 322
Informationsverarbeitung und Evolution 322
Die Evolution und der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik 324
Dissipative Systeme 324
Der Zweite Hauptsatz als Treiber der Evolution 325
Information und Energie 327
Rechnende DNA-Moleküle 328
DNA-Speicher 329
Genetische Algorithmen 331
Die Informationsmenge in der Biosphäre 333
Komplexität, Selbstorganisation und Emergenz 335
Komplexität 335
Game of Life 337
Langton-Schleifen 339
Selbstorganisation 340
Emergenz 342
Syntaktische und semantische Information 345
Genetische und kulturelle Vererbung 345
Semantische Information 348
Sprache und Erkenntnis 348
Bedeutung und Information in der Biologie 351
Warum wir besonders sind 354
5.6.3Evolutionäre Trends und evolutionärer Fortschritt 357
5.7Unterm Strich 359
Literatur 362
6 Weltwahrnehmung und Erkenntnis 366
6.1Behandelte Themen und Fragen 367
6.2Einleitung und Kapitelüberblick 367
6.3Etwas existiert wenn es zurückschlägt 368
6.4Was wir erkennen können 371
6.4.1Die biologische Bedingtheit der Erkenntnis 372
6.4.2Angeborene Strukturen unseres Denkens 372
6.4.3Die bevorzugte bzw. ausschließliche Wahrnehmung der mittleren Welt 373
6.4.4Die Leistungsfähigkeit unseres Gehirns 374
6.5Warum wir die Welt erkennen 375
6.5.1Vernunft und Evolution 377
6.5.2Lernen in der frühen Vernunft 378
6.5.3Lernen aus Gegensätzen 380
Subjekt und Objekt 380
Idee und Realität 381
Idealismus und Materialismus 382
Determinismus und Indeterminismus 383
Rationalismus und Empirismus 384
A priori und a posteriori 385
Reduktionismus versus Holismus 388
Eine Schlussfolgerung 388
6.6Evolutionäre Erkenntnistheorie 389
6.6.1Hypothesen und Vorurteile 391
6.6.2Realität und Skeptizismus 392
6.6.3Semantische Information und ihre Übereinstimmung mit der Realität 395
6.7Unterm Strich – Kernpunkte dieses Kapitels 397
Literatur 399
7 Das Evolutionär-energetische Informationsmodell (EEIM) 400
7.1Behandelte Themen und Fragen 401
7.2Einleitung und Kapitelüberblick 401
7.3Biologische Information 404
7.3.1Syntax, Semantik und Pragmatik 405
7.3.2Energie und Information 406
7.3.3Keine Information ohne Energie 409
7.3.4Nicht alle Energie ist Information 412
7.4Unterscheidung zur Shannon-Information 413
7.5Die Modellkomponenten 413
7.6Falsifizierbarkeit des Modells 417
7.7Wissenschaftliche Relevanz des Modells 418
Literatur 419
8 Resümee 420
9 Anhang – Wissenschaftliche Modelle der Information 424
9.1Ure nach Carl Friedrich von Weizsäcker 425
9.2Unified Theory of Information nach Wolfgang Hofkirchner 427
9.3Meme nach Richard Dawkins 428
9.4Ontologie der Information nach Mark Burgin 429
9.5Konstruktortheorie der Information nach David Deutsch und Chiara Marletto 432
9.6Biologische Information und Teleosemantik 434
Literatur 436
Stichwortverzeichnis 438