Vogelschwärme führen komplexe Manöver aus über uns am Himmel, Fische vollbringen Ähnliches in den Tiefen der See. Im asiatischen Dschungel zeigen Leuchtkäfer Lichtvorführungen, in denen Tausende von Käfern in perfekter, synchroner Harmonie strahlen. Diese und ähnliche Vorgänge haben dazu geführt, dass Mathematiker und Physiker sich mit Kollegen der Biologie zusammengefunden haben, um die dem Schwarmverhalten zugrunde liegende Struktur zu erforschen. Tatsächlich ist diese Struktur universell und ähnlich der, die man in der Physik vieler wechselwirkender Teilchen findet. Das Entstehen und die Struktur eines Vogelschwarms entsprechen in vieler Hinsicht der Magnetisierung von Eisen, bei der ganz plötzlich die Spins der meisten Atome in die gleiche Richtung weisen. Die Synchronisierung der Leuchtkäferstrahlung wiederum beruht auf Mechanismen, die der Lichtemission eines Lasers ähneln.

Dieses Buch beschreibt die verschiedenen Formen des Schwarmverhaltens von Tiergemeinschaften und stellt diesen dann die entsprechenden Strukturen in Physik und Informatik gegenüber. Doch keine Angst: es wird nur einfache Mathematik benötigt, und auch die angeführte Physik und Biologie bewegt sich auf allgemeinverständlichem Niveau. Erleben Sie mit, wie aus einfachen Gesetzmäßigkeiten die komplexesten Phänomene entstehen können - ohne dass es einer zentralen Kontrollinstanz bedarf.

Helmut Satz ist emeritierter Professor für Physik und Autor zahlreicher Sach- und Fachbücher. Er war langjähriger Direktor des Bielefelder Zentrums für interdisziplinäre Forschung, das die Auswirkungen physikalischen Erkenntnisse auf Biologie, Gesellschaft und Wirtschaft untersucht.

Vorwort ix

1 Einleitung 1

2 DieachtePlage 7

3 Das Entstehen von willkürlicher Verbindung 13

4 DieStarevonRom17

5 Das Entstehen von Ordnung 23

6 Die Gesetze des Schwarms 29

7 Kollektiv, kritisch, komplex 37

8 Wer fängt an? 47

9 DasLeuchtenimUrwald 51

10 Die hörbare Stille 55

11 Gekoppelte Pendel 59

12 Laserstrahlung 63

13 Die Bestimmung der Wege 67

14 Formationsflug und Flugformationen 73

15 Die Aerodynamik der Vögel 81

16 Vogelzug und Zugvögel 87

17 Wege unter Wasser 97

18 Der Ameisenstaat 101

19 Verwandtschaftsbestimmung 107

20 Von Blumen und Bienen 113

21 Verständigung und Sprache 117

22 Epilog 123

Anhang A Komplexität und das Entstehen von Chaos 127

Anhang B Orientierung und Navigation 133

Literatur 137

Personenverzeichnis 139

Sachverzeichnis 141