Techniklexikon

offene Systeme

Biophysik, thermodynamische Systeme, welche nicht isoliert sind, d.h. einen Austausch von Stoff und/oder Energie mit der Umgebung besitzen. Wenn die inneren Parameter des offenen Systems unter den Bedingungen des Austausches konstant bleiben, spricht man vom Fliessgleichgewicht (oder dynamischen Gleichgewicht) des Systems mit seiner Umgebung. Unter gewissen Umständen ist es möglich, dass sich in offenen Systemen, denen von aussen ständig freie Energie und Stoff zugeführt wird, stationäre Nichtgleichgewichtszustände mit hohem Ordnungsgrad ausbilden können (Negentropie). Das Verhalten solcher Systeme wird durch nichtlineare Gleichungen beschrieben, welche mehrere stationäre Lösungen haben können. Durch Untersuchung der Stabilität lassen sich physikalisch relevante Lösungen finden, die stabil gegen Fluktuationen sind. Instabile Zustände zeigen ein Aufschaukeln von Fluktuationen, das System ist bestrebt, in einen benachbarten stabilen Zustand (mit möglicherweise verringerter Symmetrie oder höherer Ordnung) überzugehen (Prigogine-Glansdorff-Theorem). Dieser Übergang zu stabilen stationären Zuständen wird physikalische Evolution genannt. Die Anwendung dieser Prinzipien auf biomakromolekulare und zelluläre Systeme führt zu Selektion und Selbstorganisation (Biophysik, Lotka-Volterra-Modell, Populationsdynamik).