Willkommen in diesem Buch. Damit Sie gleich Bescheid wissen: Der Buchtitel ist metaphorisch gemeint. Sie lesen hier kein Waldbuch, obwohl Sie auch über den Wald etwas erfahren werden. Es waren noch andere Titel im Rennen, »Besser komplex als gar nicht einfach«, »Forschen wie ein Pilz«, »K«, »KomplexitätKomplexität«, etliche mehr. Am Ende haben wir uns für einen entschieden. »Wir«, weil bei dieser Entscheidung viele Menschen mit unterschiedlichen Perspektiven involviert waren. Familie, Freunde, der Verlag, Kolleginnen und Kollegen, meine Lektorin, mein Agent. Ein ganzes Netzwerk aus Personen hat hier kollektiv, kooperativ, koordiniert und kritisch agiert, mal ist die Entscheidung in die eine, mal in die andere Richtung gekippt. Schreiben musste ich das Buch allerdings selbst.

Wer das Inhaltsverzeichnis noch vor Augen hat, wird erkannt haben, dass ich in den vorletzten Satz die zentralen Kapitelthemen eingeflochten habe – komplexe Netzwerke, Koordination, Kritikalität, Kipppunkte, kollektives Verhalten, Kooperation –, alles Konzepte, die dabei helfen, unsere komplexe Welt besser zu verstehen. In einem Satz zusammengefasst: Im großen Ganzen geht es darum, die Ähnlichkeiten zwischen komplexen Phänomenen in der Natur einerseits und komplexen gesellschaftlichen Prozessen andererseits zu erkennen, Verbindungen zu knüpfen und aus diesen Verbindungen etwas zu lernen.

Das klingt etwas allgemein und abstrakt. Deshalb ein Beispiel: Am 15. September 2008 meldete die US-amerikanische Investmentbank Lehman BrothersLehman Brothers Konkurs an. Der Kollaps eines der größten und traditionsreichsten Bankhäuser der Geschichte war der Höhepunkt der weltweiten FinanzkriseFinanzkrise, die etwa ein Jahr zuvor begonnen hatte, zu einem Aktienwertverlust von circa 4000 Milliarden US-Dollar führte und eine Schockwelle in der Weltwirtschaft auslöste. Lehman BrothersLehman Brothers hinterließ Schulden von 200 Milliarden Dollar und musste binnen kürzester Zeit etwa 25000 Mitarbeiter entlassen. Bis dahin hatten Investmentbanken wie Lehman Brothers das Label »too big to fail«. Weil das schiere Gewicht des Unternehmens im weltweiten Finanzmarkt so groß war, ging man davon aus, dass staatliche Interventionen immer dafür sorgen würden, dass ein solches Unternehmen nicht bankrottgeht, weil die Folgen desaströs wären. Bis heute wird unter Fachleuten noch kontrovers diskutiert, welche Mechanismen und Faktoren eigentlich diese Krise ausgelöst haben, wieso sie niemand hatte kommen sehen und weshalb selbst die prominentesten Ökonomen der Welt, wie der Wirtschaftswissenschaftler Alan GreenspanGreenspan, Alan (bis 2006 Chef der amerikanischen Notenbank), öffentlich erklärten, dass die gängigen Theorien, Annahmen und Methoden der Wirtschaftswissenschaft die Realität nur mangelhaft abbilden. Diese Ahnung lag schon länger in der Luft, denn bereits 2006, also zwei Jahre vor der weltweiten FinanzkriseFinanzkrise, hatte die US-Notenbank zusammen mit den wichtigsten amerikanischen Wissenschaftsakademien eine Tagung organisiert, bei der Wissenschaftlerinnen und Experten aus MathematikMathematik, Physik, ÖkologieÖkologie und ÖkonomieÖkonomie zusammentrafen, um neu über die Thematik »Systemrisiko« in Märkten nachzudenken und besser verstehen zu lernen, unter welchen Bedingungen diese destabilisiert werden oder binnen kurzer Zeit kollabieren können. Einen wesentlichen Beitrag bei dieser Tagung lieferten Ideen, Einsichten und theoretische Modelle aus der Ökologie. Seit Mitte der 1970er-Jahre steht in der ökologischen Wissenschaft die Frage im Fokus, welche Eigenschaften ökologische NetzwerkeNetzwerkeökologisch so stabil machen. Ihre Stabilität ist ja gewissermaßen durch ihre Existenz über viele Hundertmillionen Jahre erwiesen. ÖkosystemÖkosysteme sind hoch dynamische, stark vernetzte, heterogene Systeme, die sich schnell an veränderte Bedingungen anpassen können, also adaptiv sind, und trotz oft stark disruptiver Einflüsse in ein GleichgewichtGleichgewicht zurückfinden können. Bei der Tagung wurden viele Erkenntnisse aus der ÖkologieÖkologie in den ökonomischen Kontext übersetzt und somit Verbindungen zwischen den oberflächlich völlig verschiedenen Bereichen – ÖkonomieÖkonomie und Ökologie – geknüpft. In einem kurzen Artikel mit dem Titel »The ecology of bankers«[1] – Die Ökologie der Banker – haben die renommierten Theoretiker Simon LevinLevin, Simon und Robert MayMay, Robert (1936–2020) etwas später viele dieser Verbindungen diskutiert.

Um solche Art von Brücken zwischen vermeintlich unverwandten Gebieten oder Phänomenen geht es in diesem Buch. Beide, Simon LevinLevin, Simon und Robert May,May, Robert gehören bzw. gehörten zu den profiliertesten und einflussreichsten Wissenschaftlern, die Parallelen zwischen biologischen und gesellschaftlichen Phänomenen untersucht und eine ganze Generation von Komplexitätswissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern inspiriert haben. Der eine war ursprünglich Mathematiker, der andere theoretischer Physiker, doch ihre wichtigsten Arbeiten haben sie in der ÖkologieÖkologie, EpidemiologieEpidemiologie, den Sozial- und Wirtschaftswissenschaften publiziert.

Wenn ich nach meiner Ausbildung oder nach meinem Beruf gefragt werde, lautet die Antwort mittlerweile: »Ich komme aus der theoretischen Physiktheoretische Physik.« Die Erwiderung »Ich bin Physiker« habe ich mir abgewöhnt. Warum? Das ist ganz einfach. Bei jeder Aussage kommt es ja nicht nur darauf an, dass richtig ist, was man sagt, sondern dass richtig ist, was gehört wird. Es müssen die richtigen Bilder in den Köpfen der Empfänger entstehen. Das ist bei der Antwort »Ich bin Physiker« nicht immer der Fall, weil ich mich nicht mit den typischen Themen der PhysikPhysik befasse. Auf die Folgefrage, was denn mein Spezialgebiet sei, antworte ich meist »KomplexitätstheorieKomplexitätstheorie«, »KomplexitätKomplexität«, »KomplexitätswissenschaftKomplexitätswissenschaft« oder einfach nur »Komplexe Systeme«. Dann hören die Gespräche entweder auf, oder jemand will es genau wissen, dann verschenke ich dieses Buch.

Ursprünglich habe ich tatsächlich theoretische Physiktheoretische Physik und MathematikMathematik studiert, aber heute ist meine Einstellung zur theoretischen Physik wie die zu dem Dorf bei Braunschweig, aus dem ich stamme. Ich empfinde emotionale Nähe, manchmal Heimweh, komme zu selten, aber regelmäßig zu Besuch, kenne mich noch aus und habe die Fertigkeiten, die ich dort aufwachsend erlernt habe, nach wie vor parat. Genau wie mein Dorf physisch, habe ich inhaltlich die traditionelle PhysikPhysik recht früh verlassen. Schon bald habe ich mich neben rein physikalischen Phänomenen besonders für solche aus anderen Disziplinen interessiert. In meiner Diplomarbeit ging es um die Atmung bei Säugetieren, wie sie gesteuert wird und so. Daraus entstand dann Anfang der 1990er-Jahre mein Interesse an neuronalen Netzen, als diese zwar schon lernen konnten, aber noch nicht »Künstliche Intelligenz« hießen, weil die Computer viel zu langsam waren. Bevor ich als ausgebildeter Physiker einen Lehrstuhl in der BiologieBiologie übernahm, war ich Professor für Angewandte Mathematik in den USA. Alles etwas durcheinander.

Nach den neuronalen Netzwerken habe ich mich mit SakkadenSakkaden beschäftigt. Das sind unsere schnellen, ruckartigen Augenbewegungen, wenn wir ein Bild anschauen oder lesen, weil wir ja nur im Zentrum unseres Gesichtsfelds wirklich scharf sehen (Sie können das überprüfen, indem Sie dieses Buch eine Handbreit nach links oder rechts bewegen, während Sie Ihren Blick fest weiter geradeaus richten und versuchen weiterzulesen). Besser gesagt, sehen wir eigentlich fast immer alles unscharf, nur merken wir es nicht. »It’s all in your head« sagt man im Englischen – Das passiert alles in deinem Kopf. Unser Hirn gaukelt uns ein scharfes Gesamtbild vor. Das ist ein Gedanke, den wir später im Buch noch einmal aufgreifen werden. Wenn man experimentell untersucht, wie Menschen zum Beispiel ein Bild betrachten, und mit Linien nachzeichnet, wie sich diese SakkadenSakkaden über das Werk bewegen, entsteht ein scheinbar zufälliges Krickelkrakel. Aber in diesem Krickelkrakel sind Strukturen versteckt, statistische universelle Regelmäßigkeiten. Sogenannte PotenzgesetzePotenzgesetze. Ich werde darauf zurückkommen. Unsere Augen scannen ein Bild weder ordentlich von oben links nach unten rechts (wie beim Lesen), noch springt unser Fokus total erratisch umher. Typischerweise machen unsere Augen sehr viele kleine SakkadenSakkaden und selten größere Sprünge. Diese Muster tauchen auch an ganz anderen Stellen in der Natur auf. Wenn man zum Beispiel die Strecken nachverfolgt, die Albatrosse auf Futtersuche bei ihren kilometerlangen Flügen über den Ozean zurücklegen, oder die Wanderungen der brasilianischen Klammeraffen durch den Urwald aufzeichnet, findet man BewegungsmusterBewegungsmuster, die sich von dem Krickelkrakel der Augenbewegungsmuster oberflächlich kaum unterscheiden.

Diese kleine Geschichte erklärt in zweierlei Hinsicht, wieso dieses Buch überhaupt entstanden ist und wovon es handelt. Zum einen geht es ums Sehen, um neue Perspektiven und darum, dass in Ihrem Kopf die richtigen Bilder entstehen. So wie wir mit unseren SakkadenSakkaden eine betrachtete Szene in unseren Köpfen zusammenbauen, indem wir hintereinander einige ElementeElemente genauer fokussieren (kleine Sakkaden), sie verbinden und in ein Ganzes einflechten (große Sakkaden), soll das Buch Sie durch sehr unterschiedliche Themen und Konzepte lenken und Verbindungen aufzeigen, die Sie vielleicht nicht erwartet hätten. Ich werde in den einzelnen Kapiteln von verschiedenen Phänomenen berichten: Kooperation, Kritikalität, Kipppunkten, komplexen Netzwerken, kollektivem Verhalten und Koordination. Wenn alles gut geht, sollte sich in Ihrem Kopf dann automatisch das Bild »Natur und Gesellschaft aus der Sicht der KomplexitätswissenschaftKomplexitätswissenschaft« ergeben, und Sie werden erkennen, wie diese Themen zusammenhängen. Es ist nicht nur der Anfangsbuchstabe »K«, der sie verknüpft.

Zum Zweiten ist es Anliegen dieses Buches, dass Sie sich von den offengelegten Verbindungen und Gemeinsamkeiten zwischen oberflächlich sehr verschiedenen Natur- und Gesellschaftsphänomenen verzaubern lassen und sie ergründen wollen. Vielleicht geht es Ihnen wie mir. Findet man eine Verbindung, eine Beziehung zwischen ganz verschiedenen Dingen, hat die Erkenntnis etwas Magisches, vor allem, wenn diese Verknüpfungen ein bisschen versteckt sind. Wie kann es sein, dass die Bewegung unserer Augen Ähnlichkeiten mit der Bewegung der Albatrosse und der Klammeraffen hat? Und wie kommt man den Zusammenhängen auf die Spur? Wo ist die Verbindung? Welche Schlüsse können wir daraus ziehen?

Als ich damals Augenbewegungen untersuchte, wollte ich einfach wissen, wie wir die Welt um uns herum wahrnehmen und im Kopf zusammensetzen. Als mir bewusst wurde, dass die BewegungsmusterBewegungsmuster unserer Augen den Flugwegen der Albatrosse ähneln und hier offenbar ein fundamentales Gesetz versteckt liegt, kam ich auf die Idee, die Bewegungsmuster von Menschen zu messen. Das war 2004, und damals gab es noch keine Smartphones mit GPS-Funktion. Zusammen mit meinen damaligen Kollegen Lars HufnagelHufnagel, Lars und Theo GeiselGeisel, Theo habe ich stattdessen die Bewegung von mehr als einer Million Geldscheinen in den USA untersucht, die Teil des damals populären Internetspiels »Where’s George?« (www.wheresgeorge.com) waren. Und siehe da, auch in den Bewegungsprofilen von Menschen zeigten sich ganz ähnliche MusterMuster, universelle Gesetzmäßigkeiten. So kam es, dass ich mich verstärkt mit menschlicher MobilitätMobilität, menschliche und der globalen Ausbreitung von EpidemienEpidemien über das FlugverkehrsnetzFlugverkehrsnetz beschäftigt habe. Die Modellierung der Ausbreitung von InfektionskrankheitenInfektionskrankheiten ist momentan immer noch ein wichtiger Aspekt meiner wissenschaftlichen Arbeit und durch die Ausbreitung der Covid-19COVID-19-PandemiePandemie zwangsläufig in den Fokus der Öffentlichkeit gerückt. Womit ich mich in fünf Jahren beschäftigen werde, weiß ich jetzt noch nicht.

Viele meiner Kolleginnen und Kollegen, die sich als KomplexitätswissenschaftKomplexitätswissenschaftler bezeichnen, haben ähnlich erratische Wege durch die wissenschaftlichen Disziplinen hinter sich, einige von ihnen werden Sie in diesem Buch noch kennenlernen. Diese Wege sind nicht untypisch und gleich im nächsten Kapitel werden Sie erfahren, warum.

Der Gedanke zu diesem Buch hat schon lange in mir geköchelt. Am Institut für BiologieBiologie der Humboldt Universität halte ich seit fünf Jahren regelmäßig eine gut besuchte Vorlesung über »Komplexe Systeme in der Biologie«. Die Studierenden kommen typischerweise aus der BiologieBiologie, aber auch aus vielen anderen Disziplinen. Mein Eindruck ist jedes Jahr, dass die Suche nach Gemeinsamkeiten zwischen den verschiedensten Phänomenen und der integrative Ansatz der KomplexitätstheorieKomplexitätstheorie viele fasziniert.

Die Veranstaltung war für mich als Hochschullehrer zunächst eine große Herausforderung, da zum tieferen Verständnis der Zusammenhänge eine solide Ausbildung in MathematikMathematik und PhysikPhysik hilfreich ist, ich diese aber nicht voraussetzen konnte. Also habe ich mir überlegt, wie man die Inhalte auch ohne Mathematik vermitteln könnte. Für die Vorlesung habe ich dann die »Complexity Explorables« konzipiert (www.complexity-explorables.org), eine Sammlung interaktiver webbasierter ComputersimulationComputersimulationen, die verschiedene komplexe Systeme aus ÖkologieÖkologie, BiologieBiologie, den Sozialwissenschaften, ÖkonomieÖkonomie, EpidemiologieEpidemiologie, PhysikPhysik, den NeurowissenschaftenNeurowissenschaften und anderen Gebieten erklärt. Wenn man nicht auf MathematikMathematik zurückgreifen kann, hilft es, Systeme zu »erleben« und mit ihnen zu spielen, dabei können interaktive Computersimulationen sehr hilfreich sein. In diesem Zusammenhang reifte der Gedanke eines Buchs, das den Komplexitätsansatz einem breiten Publikum zugänglich macht.