Lassen wir in einem Raum ein offenes Parfümfläschen stehen, so breitet sich der Duft nach einiger Zeit gleichmässig im ganzen Raum aus. Die spontane Rückkehr der im Raum verteilten Parfümteilchen ins Fläschen ist jedoch noch nie beobachtet worden.

Alle Vorgänge in der Natur laufen offensichtlich nur in einer Richtung ab. Diese Richtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem abgeschlossenen und sich selbst überlassenen System die Entropie zunimmt. Nach diesem grundlegenden Naturgesetz wird das Chaos letztlich die Ordnung in unserem Universum besiegen.

Unsere Welt besteht jedoch aus geordneten Strukturen. Sie erstrecken sich von den riesigen Spiralgalaxien in den unermesslichen Weiten des Weltraums bis in die für uns unsichtbare Welt der Atome und Moleküle. Jedes Lebewesen, vom einfachsten Einzeller bis hin zum Menschen, bietet uns eine unerschöpfliche Quelle für das Studium geordneter Strukturen. Notwendigerweise müssen also neben dem obenerwähnten Gesetz auch noch Naturgesetze existieren, welche die fortwährende Entstehung von Ordnung aus dem Chaos (Selbstorganisation) beschreiben und erklären.

Andromeda Galaxie
Radiolarie
Goldoberfläche in atomarer Auflösung

Die Selbstorganisation in chemischen Systemen scheint mindestens an drei notwendige Bedingungen geknüpft zu sein:

1. Der Aufbau und die Erhaltung der Ordnung in einem chemischen System erfordert eine ständige Zufuhr hochwertiger (hier chemischer) Energie, welche dabei zur Wärme degradiert wird. Die lokale (örtlich begrenzte) Selbstorganisation ist also nur auf Kosten eines Anstieges der Unordnung (Entropie) in der Umgebung möglich.
2. Das chemische System muss sich fern von einem Gleichgewichtszustand befinden. Beispiel: Der hohe Ordnungsgrad eines menschlichen Körpers ist nur dank dem ständigen Materie- und Energieaustausch mit der Umgebung möglich. Solcher Austausch verhindert aber die Einstellung eines Gleichgewichtes. Bleibt dieser Austausch aus (z.B. keine Nahrungsaufnahme, kein Atmen, etc.), so kann sich ein Gleichgewichtszustand einstellen, dabei wird das Leben und die Erhaltung der Ordnung jedoch aus offensichtlichen Gründen nicht mehr möglich.
3. In dem chemischen System muss eine Art Rückkoppelung (Feedback) existieren, d.h. ein Stoff in der Reaktionsfolge muss seine eigene Bildungsgeschwindigkeit beeinflussen können. Anders ausgedrückt: Die Geschwindigkeit mit der ein Stoff gebildet wird, nimmt mit seiner eigenen Konzentration zu (oder ab). Diese Erscheinung wird in der Chemie als Autokatalyse bezeichnet.

 

Erklärung der Musterbildung

Die Ausbildung der Muster kann aufgrund der Dynamik der Lösung und der Erscheinung in drei Gruppen unterteilen:

Bei den beiden letzteren Gruppen ist zu bemerken, dass die Art der chemischen Reaktion für die Musterbildung von sekundärer Bedeutung ist. Sie dient lediglich der Konzentrationserhöhung an der Oberfläche.