Positive Rückkopplung
In der ElektronikBearbeiten
Regenerative Schaltungen wurden 1914 zur Verstärkung und zum Empfang sehr schwacher Radiosignale erfunden und patentiert. Eine sorgfältig gesteuerte positive Rückkopplung um einen einzelnen Transistorverstärker kann dessen Verstärkung um das 1.000-fache oder mehr erhöhen. So kann ein Signal in einer Stufe, die normalerweise nur eine Verstärkung von 20 bis 50 hätte, 20.000 oder sogar 100.000 Mal verstärkt werden. Das Problem bei regenerativen Verstärkern, die mit diesen sehr hohen Verstärkungen arbeiten, ist, dass sie leicht instabil werden und anfangen zu schwingen. Um einen guten Empfang zu gewährleisten, muss der Funker bereit sein, die Stärke der Rückkopplung ständig zu verändern. Moderne Funkempfänger verwenden das Superheterodyn-Design mit viel mehr Verstärkungsstufen, aber viel stabilerem Betrieb und ohne positive Rückkopplung.
Die Oszillation, die in einem regenerativen Funkkreis ausbrechen kann, wird in elektronischen Oszillatoren verwendet. Durch den Einsatz abgestimmter Schaltkreise oder eines piezoelektrischen Kristalls (meist Quarz) bleibt das durch die Mitkopplung verstärkte Signal linear und sinusförmig. Es gibt mehrere Entwürfe für solche harmonischen Oszillatoren, darunter der Armstrong-Oszillator, der Hartley-Oszillator, der Colpitts-Oszillator und der Wien-Brücken-Oszillator. Sie alle verwenden eine positive Rückkopplung, um Schwingungen zu erzeugen.
Viele elektronische Schaltungen, insbesondere Verstärker, enthalten eine negative Rückkopplung. Dadurch wird die Verstärkung verringert, aber die Linearität, die Eingangsimpedanz, die Ausgangsimpedanz und die Bandbreite verbessert und alle diese Parameter, einschließlich der Regelverstärkung, stabilisiert. Diese Parameter hängen auch weniger von den Details des Verstärkungsgeräts selbst ab, sondern vielmehr von den Rückkopplungskomponenten, die weniger wahrscheinlich von Fertigungstoleranzen, Alter und Temperatur abhängen. Der Unterschied zwischen positiver und negativer Rückkopplung bei Wechselstromsignalen liegt in der Phase: Wenn das Signal phasenverschoben zurückgeführt wird, ist die Rückkopplung negativ, wenn es phasengleich ist, ist die Rückkopplung positiv. Ein Problem für Verstärkerentwickler, die negative Rückkopplung verwenden, besteht darin, dass einige Komponenten der Schaltung eine Phasenverschiebung in den Rückkopplungspfad einführen. Wenn es eine Frequenz gibt (in der Regel eine hohe Frequenz), bei der die Phasenverschiebung 180° erreicht, muss der Entwickler sicherstellen, dass die Verstärkung des Verstärkers bei dieser Frequenz sehr niedrig ist (in der Regel durch Tiefpassfilterung). Wenn die Schleifenverstärkung (das Produkt aus der Verstärkung des Verstärkers und dem Ausmaß der positiven Rückkopplung) bei einer beliebigen Frequenz größer als eins ist, dann schwingt der Verstärker bei dieser Frequenz (Barkhausen-Stabilitätskriterium). Solche Schwingungen werden manchmal als parasitäre Schwingungen bezeichnet. Ein Verstärker, der unter einer Reihe von Bedingungen stabil ist, kann unter anderen Bedingungen in parasitäre Schwingungen geraten. Dies kann durch Änderungen der Temperatur, der Versorgungsspannung, der Einstellung der Bedienelemente an der Frontplatte oder sogar durch die Nähe einer Person oder eines anderen leitenden Gegenstandes verursacht werden.
Verstärker können sanft schwingen, was ohne Oszilloskop nur schwer zu erkennen ist, oder die Schwingungen können so stark sein, dass nur ein stark verzerrtes oder gar kein Signal durchkommt oder dass Schäden auftreten. Niederfrequente parasitäre Oszillationen werden wegen der Ähnlichkeit mit dem Geräusch eines Auspuffs mit niedriger Drehzahl als „Motorboating“ bezeichnet.
Viele gängige digitale elektronische Schaltungen verwenden eine positive Rückkopplung. Während normale einfache boolesche Logikgatter in der Regel einfach auf Verstärkung setzen, um digitale Signalspannungen von Zwischenwerten auf die Werte zu bringen, die boolesche „0“ und „1“ darstellen sollen, verwenden viele komplexere Gatter eine Rückkopplung. Wenn eine Eingangsspannung auf analoge Weise variieren soll, aber scharfe Schwellenwerte für die spätere digitale Verarbeitung erforderlich sind, verwendet die Schmitt-Trigger-Schaltung eine positive Rückkopplung, um sicherzustellen, dass der Ausgang geschickt und schnell von einem logischen Zustand in den anderen gezwungen wird, wenn die Eingangsspannung leicht über den Schwellenwert steigt. Eine der Folgen der positiven Rückkopplung beim Schmitt-Trigger ist, dass die positive Rückkopplung den Ausgang im selben Zustand hält, wenn die Eingangsspannung wieder leicht über denselben Schwellenwert sinkt. Dieser Effekt wird als Hysterese bezeichnet: Die Eingangsspannung muss über einen anderen, niedrigeren Schwellenwert fallen, um den Ausgang zu „entriegeln“ und ihn auf seinen ursprünglichen digitalen Wert zurückzusetzen. Durch Verringerung des Umfangs der positiven Rückkopplung kann die Hysterese-Breite verringert, aber nicht vollständig beseitigt werden. Der Schmitt-Trigger ist bis zu einem gewissen Grad eine Verriegelungsschaltung.
Ein elektronisches Flip-Flop, auch „Latch“ oder „bistabiler Multivibrator“ genannt, ist eine Schaltung, die aufgrund einer hohen positiven Rückkopplung nicht in einem ausgeglichenen oder Zwischenzustand stabil ist. Eine solche bistabile Schaltung ist die Grundlage für ein Bit eines elektronischen Speichers. Das Flip-Flop verwendet ein Paar von Verstärkern, Transistoren oder logischen Gattern, die so miteinander verbunden sind, dass die positive Rückkopplung den Zustand der Schaltung in einem von zwei unsymmetrischen stabilen Zuständen hält, nachdem das Eingangssignal entfernt wurde, bis ein geeignetes alternatives Signal angelegt wird, um den Zustand zu ändern. Computer-Direktzugriffsspeicher (RAM) können auf diese Weise hergestellt werden, mit einem Verriegelungsschaltkreis für jedes Bit des Speichers.
Thermal Runaway tritt in elektronischen Systemen auf, weil ein Teil eines Schaltkreises mehr Strom durchlässt, wenn er heißer wird, und dann, je heißer er wird, desto mehr Strom durchlässt, was ihn weiter erhitzt und so noch mehr Strom durchlässt. Die Auswirkungen sind in der Regel katastrophal für das betreffende Gerät. Wenn Geräte nahe an ihrer maximalen Belastbarkeit betrieben werden müssen und ein thermisches Durchgehen unter bestimmten Bedingungen möglich oder wahrscheinlich ist, können Verbesserungen in der Regel durch sorgfältiges Design erreicht werden.
Audio- und Videosysteme können positive Rückkopplungen aufweisen. Nimmt ein Mikrofon die verstärkte Tonausgabe von Lautsprechern im gleichen Schaltkreis auf, so sind heulende und kreischende Geräusche von Audio-Rückkopplungen (bis zur maximalen Leistung des Verstärkers) zu hören, da zufällige Geräusche durch positive Rückkopplung wieder verstärkt und durch die Eigenschaften des Audiosystems und des Raums gefiltert werden.
Audio und Live-MusikBearbeiten
Audio-Rückkopplung (auch akustische Rückkopplung, einfach Rückkopplung oder Larsen-Effekt genannt) ist eine spezielle Art der positiven Rückkopplung, die auftritt, wenn zwischen einem Audioeingang (z. B. einem Mikrofon oder einem Gitarrentonabnehmer) und einem Audioausgang (z. B. einem laut verstärkten Lautsprecher) eine Schallschleife besteht. In diesem Beispiel wird ein vom Mikrofon empfangenes Signal verstärkt und über den Lautsprecher ausgegeben. Der Ton aus dem Lautsprecher kann dann wieder vom Mikrofon empfangen, weiter verstärkt und dann wieder über den Lautsprecher ausgegeben werden. Die Frequenz des resultierenden Schalls wird durch die Resonanzfrequenzen von Mikrofon, Verstärker und Lautsprecher, die Akustik des Raums, die Richtcharakteristik von Mikrofon und Lautsprecher und den Abstand zwischen ihnen bestimmt. Bei kleinen Beschallungsanlagen ist das Geräusch leicht als lautes Quietschen oder Kreischen zu erkennen.
Rückkopplungen werden fast immer als unerwünscht angesehen, wenn sie mit dem Mikrofon eines Sängers oder Redners bei einer Veranstaltung mit einer Beschallungsanlage oder einem PA-System auftreten. Tontechniker verwenden verschiedene elektronische Geräte wie Equalizer und seit den 1990er Jahren auch automatische Rückkopplungserkennungsgeräte, um diese unerwünschten Quietsch- oder Kreischgeräusche zu verhindern, die den Genuss der Veranstaltung für das Publikum beeinträchtigen. Andererseits haben E-Gitarristen in Rockbands seit den 1960er Jahren mit lauten Gitarrenverstärkern und Verzerrungseffekten absichtlich Rückkopplungen erzeugt, um einen erwünschten musikalischen Effekt zu erzielen. „I Feel Fine“ von den Beatles ist eines der frühesten Beispiele für die Verwendung von Rückkopplungen als Aufnahmeeffekt in der Popmusik. Es beginnt mit einer einzelnen, perkussiven Rückkopplung, die durch das Zupfen der A-Saite von Lennons Gitarre erzeugt wird. Künstler wie die Kinks und die Who hatten die Rückkopplung bereits live eingesetzt, aber Lennon war stolz darauf, dass die Beatles vielleicht die erste Gruppe waren, die sie absichtlich auf Vinyl aufnahm. In einem seiner letzten Interviews sagte er: „Ich fordere jeden auf, eine Platte zu finden – es sei denn, es handelt sich um eine alte Bluesplatte aus dem Jahr 1922 -, die Rückkopplung auf diese Weise einsetzt.“
Die Prinzipien der Audio-Rückkopplung wurden erstmals vom dänischen Wissenschaftler Søren Absalon Larsen entdeckt. Mikrofone sind nicht die einzigen Schallwandler, die diesem Effekt unterliegen. Tonabnehmer von Plattenspielern können das Gleiche tun, normalerweise im niedrigen Frequenzbereich unter etwa 100 Hz, was sich als leises Rumpeln äußert. Jimi Hendrix war ein Pionier in der absichtlichen Verwendung von Gitarrenrückkopplungen in seinen Gitarrensolos, um einzigartige Klangeffekte zu erzeugen. Er trug dazu bei, die kontrollierte und musikalische Verwendung von Audio-Rückkopplungen beim E-Gitarrenspiel zu entwickeln, und später war Brian May ein berühmter Verfechter dieser Technik.
VideoEdit
Wenn eine Videokamera auf einen Bildschirm gerichtet ist, der das eigene Signal der Kamera anzeigt, können durch positive Rückkopplung wiederkehrende Muster auf dem Bildschirm entstehen. Dieser Video-Rückkopplungseffekt wurde in den Eröffnungssequenzen der ersten zehn Staffeln der Fernsehsendung Doctor Who verwendet.
SchalterBearbeiten
Bei elektrischen Schaltern, einschließlich Thermostaten auf Bimetallbasis, weist der Schalter in der Regel eine Hysterese im Schaltvorgang auf. In diesen Fällen wird die Hysterese mechanisch durch eine positive Rückkopplung innerhalb eines Kipppunktmechanismus erreicht. Die positive Rückkopplung minimiert die Dauer der Lichtbogenbildung während des Schaltvorgangs und hält die Kontakte in einem offenen oder geschlossenen Zustand.
In der BiologieBearbeiten
In der Physiologie
Eine Reihe von Beispielen für positive Rückkopplungssysteme finden sich in der Physiologie.
- Ein Beispiel ist das Einsetzen von Kontraktionen bei der Geburt, bekannt als Ferguson-Reflex. Wenn eine Wehe eintritt, löst das Hormon Oxytocin einen Nervenreiz aus, der den Hypothalamus anregt, mehr Oxytocin zu produzieren, was die Gebärmutterkontraktionen verstärkt. Dies führt dazu, dass die Kontraktionen in Amplitude und Frequenz zunehmen.(S. 924-925)
- Ein weiteres Beispiel ist der Prozess der Blutgerinnung. Der Kreislauf wird in Gang gesetzt, wenn verletztes Gewebe Signalstoffe freisetzt, die die Blutplättchen aktivieren. Ein aktiviertes Blutplättchen setzt Chemikalien frei, die weitere Blutplättchen aktivieren, was zu einer schnellen Kaskade und der Bildung eines Blutgerinnsels führt.(S. 392-394)
- Auch bei der Laktation gibt es eine positive Rückkopplung, denn wenn das Baby an der Brustwarze saugt, erfolgt eine Nervenreaktion im Rückenmark und im Hypothalamus des Gehirns, der dann die Hypophyse anregt, mehr Prolaktin zu produzieren, um mehr Milch zu erzeugen.(S. 926)
- Ein Anstieg des Östrogenspiegels in der Follikelphase des Menstruationszyklus löst den Eisprung aus.(S. 907)
- Ein weiteres Beispiel ist die Erzeugung von Nervensignalen, bei der die Membran einer Nervenfaser einen leichten Austritt von Natriumionen durch Natriumkanäle verursacht, was zu einer Änderung des Membranpotentials führt, was wiederum eine weitere Öffnung von Kanälen bewirkt und so weiter (Hodgkin-Zyklus). So führt ein geringfügiges anfängliches Leck zu einer Explosion von Natriumleckagen, die das Nervenaktionspotential erzeugen.(p59)
- Bei der Erregungs-Kontraktions-Kopplung des Herzens wird ein Anstieg der intrazellulären Kalziumionen im Herzmuskel durch Ryanodinrezeptoren in der Membran des sarkoplasmatischen Retikulums festgestellt, die Kalzium in einer positiven physiologischen Rückkopplung in das Zytosol transportieren.
In den meisten Fällen enden solche Rückkopplungsschleifen mit der Freisetzung von Gegensignalen, die die Schleife unterdrücken oder unterbrechen. Bei der Geburt hören die Wehen auf, wenn das Baby aus dem Körper der Mutter heraus ist. Chemikalien lösen das Blutgerinnsel auf. Die Stillzeit endet, wenn das Baby nicht mehr gestillt wird.
In der Genregulation
Die positive Rückkopplung ist ein gut untersuchtes Phänomen in der Genregulation, wo sie am häufigsten mit Bistabilität in Verbindung gebracht wird. Eine positive Rückkopplung tritt auf, wenn ein Gen sich selbst direkt oder indirekt über eine doppelte negative Rückkopplungsschleife aktiviert. Gentechniker haben einfache positive Rückkopplungsnetzwerke in Bakterien konstruiert und getestet, um das Konzept der Bistabilität zu demonstrieren. Ein klassisches Beispiel für eine positive Rückkopplung ist das lac-Operon in E. coli. Positive Rückkopplung spielt eine wesentliche Rolle bei der zellulären Differenzierung, Entwicklung und Krebsentstehung, und daher kann positive Rückkopplung bei der Genregulierung bedeutende physiologische Folgen haben. Zufällige Bewegungen in der Molekulardynamik in Verbindung mit positiver Rückkopplung können interessante Effekte auslösen, wie z. B. die Bildung von Populationen phänotypisch unterschiedlicher Zellen aus derselben Mutterzelle. Dies geschieht, weil Rauschen durch positive Rückkopplung verstärkt werden kann. Positive Rückkopplung kann auch bei anderen Formen der Zellsignalisierung auftreten, etwa bei der Enzymkinetik oder bei Stoffwechselwegen.
In der Evolutionsbiologie
Positive Rückkopplungsschleifen wurden verwendet, um Aspekte der Veränderungsdynamik in der biologischen Evolution zu beschreiben. Zum Beispiel, beginnend auf der Makroebene, hat Alfred J. Lotka (1945) vertrat die Auffassung, dass die Evolution der Arten im Wesentlichen eine Frage der Selektion ist, die Energieflüsse zurückführt, um immer mehr Energie für die Nutzung durch lebende Systeme zu gewinnen. Auf menschlicher Ebene schlug Richard D. Alexander (1989) vor, dass der soziale Wettbewerb zwischen und innerhalb menschlicher Gruppen auf die Selektion der Intelligenz zurückwirkt und so ständig mehr und besser entwickelte menschliche Intelligenz hervorbringt. Crespi (2004) erörterte mehrere andere Beispiele für positive Rückkopplungsschleifen in der Evolution. Die Analogie des evolutionären Wettrüstens liefert weitere Beispiele für positive Rückkopplungen in biologischen Systemen.
Es hat sich gezeigt, dass die Veränderungen der biologischen Vielfalt im Phanerozoikum viel besser mit dem hyperbolischen Modell (das in der Demografie und Makrosoziologie weit verbreitet ist) korrelieren als mit exponentiellen und logistischen Modellen (die traditionell in der Populationsbiologie verwendet werden und auch auf die fossile biologische Vielfalt angewandt werden). Die letztgenannten Modelle implizieren, dass Veränderungen in der Vielfalt durch eine positive Rückkopplung erster Ordnung (mehr Vorfahren, mehr Nachkommen) und/oder eine negative Rückkopplung aufgrund von Ressourcenbeschränkung gesteuert werden. Das hyperbolische Modell impliziert eine positive Rückkopplung zweiter Ordnung. Das hyperbolische Muster des Weltbevölkerungswachstums ist nachweislich (siehe unten) auf eine positive Rückkopplung zweiter Ordnung zwischen der Bevölkerungsgröße und der Rate des technologischen Wachstums zurückzuführen. Der hyperbolische Charakter des Wachstums der biologischen Vielfalt kann in ähnlicher Weise durch eine positive Rückkopplung zwischen der Vielfalt und der Komplexität der Gemeinschaftsstruktur erklärt werden. Es wurde vermutet, dass die Ähnlichkeit zwischen den Kurven der biologischen Vielfalt und der menschlichen Bevölkerung wahrscheinlich daher rührt, dass beide aus der Interferenz des hyperbolischen Trends (der durch die positive Rückkopplung entsteht) mit zyklischen und stochastischen Dynamiken herrühren.
ImmunsystemBearbeiten
Ein Zytokinsturm oder eine Hyperzytokinämie ist eine potenziell tödliche Immunreaktion, die aus einer positiven Rückkopplungsschleife zwischen Zytokinen und Immunzellen besteht und bei der die Werte verschiedener Zytokine stark erhöht sind. Bei einer normalen Immunfunktion können positive Rückkopplungsschleifen genutzt werden, um die Wirkung von B-Lymphozyten zu verstärken. Wenn eine B-Zelle ihre Antikörper an ein Antigen bindet und aktiviert wird, beginnt sie, Antikörper freizusetzen und ein Komplementprotein namens C3 abzusondern. Sowohl C3 als auch die Antikörper einer B-Zelle können sich an einen Krankheitserreger binden, und wenn eine B-Zelle ihre Antikörper mit C3 an einen Krankheitserreger bindet, beschleunigt dies die Sekretion von mehr Antikörpern und mehr C3 durch die B-Zelle, wodurch eine positive Rückkopplungsschleife entsteht.
ZelltodBearbeiten
Apoptose ist ein durch Caspasen vermittelter Prozess des Zelltods, dessen Ziel die Beseitigung langlebiger oder beschädigter Zellen ist. Ein Scheitern dieses Prozesses wurde bei prominenten Erkrankungen wie Krebs oder der Parkinson-Krankheit vermutet. Der Kern des apoptotischen Prozesses ist die Autoaktivierung von Caspasen, die durch eine positive Rückkopplungsschleife modelliert werden kann. Diese positive Rückkopplung führt zu einer Autoaktivierung der Effektor-Caspase durch Zwischen-Caspasen. Isoliert vom Rest des apoptotischen Weges zeigt diese positive Rückkopplung nur einen einzigen stabilen Zustand, unabhängig von der Anzahl der Zwischenaktivierungsschritte der Effektor-Caspase. Wenn dieser Kernprozess durch Inhibitoren und Enhancer der Caspase-Wirkungen ergänzt wird, ist dieser Prozess bistabil und modelliert so den Lebend- und Sterbezustand einer Zelle.
In der Psychologie
Winner (1996) beschrieb begabte Kinder als von positiven Rückkopplungsschleifen angetrieben, die dazu führen, dass sie ihren eigenen Lernkurs festlegen, dass dies ihre Zufriedenheit zurückbringt, wodurch sie ihre Lernziele noch höher setzen und so weiter. Winner bezeichnete diese positive Rückkopplungsschleife als „Wut zu meistern“. Vandervert (2009a, 2009b) schlug vor, dass das Wunderkind durch eine positive Rückkopplungsschleife zwischen dem Output des Denkens/der Leistung im Arbeitsgedächtnis erklärt werden kann, der dann dem Kleinhirn zugeführt wird, wo er gestrafft wird, und dann wieder dem Arbeitsgedächtnis zugeführt wird, wodurch der quantitative und qualitative Output des Arbeitsgedächtnisses stetig gesteigert wird. Vandervert vertrat auch die Ansicht, dass diese positive Rückkopplungsschleife zwischen Arbeitsgedächtnis und Kleinhirn für die Entwicklung der Sprache im Arbeitsgedächtnis verantwortlich ist.
In der WirtschaftBearbeiten
Märkte mit sozialem EinflussBearbeiten
Produktempfehlungen und Informationen über frühere Käufe haben nachweislich einen erheblichen Einfluss auf die Kaufentscheidungen der Verbraucher, sei es bei Musik, Filmen, Büchern, Technologie oder anderen Produkten. Soziale Beeinflussung führt oft zu einem Reich-werde-reicher-Phänomen (Matthäus-Effekt), bei dem beliebte Produkte tendenziell noch beliebter werden.
MarktdynamikBearbeiten
Nach der von George Soros vertretenen Theorie der Reflexivität werden Preisveränderungen durch einen positiven Rückkopplungsprozess angetrieben, bei dem die Erwartungen der Anleger durch Preisbewegungen beeinflusst werden, so dass ihr Verhalten die Bewegung in diese Richtung verstärkt, bis sie unhaltbar wird, woraufhin die Rückkopplung die Preise in die andere Richtung treibt.
Systemisches RisikoBearbeiten
Das systemische Risiko ist das Risiko, das eine Verstärkung oder Hebelwirkung oder ein positiver Rückkopplungsprozess für ein System darstellt. Dieser ist in der Regel nicht bekannt, und unter bestimmten Bedingungen kann sich dieser Prozess exponentiell verstärken und schnell zu destruktivem oder chaotischem Verhalten führen. Ein Schneeballsystem ist ein gutes Beispiel für ein System mit positiver Rückkopplung: Gelder von neuen Anlegern werden verwendet, um ungewöhnlich hohe Renditen auszuzahlen, die wiederum neue Anleger anziehen, was zu einem schnellen Wachstum bis hin zum Zusammenbruch führt. W. Brian Arthur hat sich ebenfalls mit positiven Rückkopplungen in der Wirtschaft beschäftigt und darüber geschrieben (z. B. W. Brian Arthur, 1990). Hyman Minsky stellte die Theorie auf, dass bestimmte Praktiken der Kreditexpansion eine Marktwirtschaft zu einem „abweichungsverstärkenden System“ machen könnten, das plötzlich zusammenbrechen könnte, was manchmal als „Minsky-Moment“ bezeichnet wird.
Einfache Systeme, bei denen die Inputs klar von den Outputs getrennt sind, sind nicht anfällig für systemische Risiken. Dieses Risiko ist umso wahrscheinlicher, je komplexer das System ist, weil es schwieriger wird, alle möglichen Kombinationen von Variablen im System zu sehen oder zu analysieren, selbst unter sorgfältigen Stresstestbedingungen. Je effizienter ein komplexes System ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass es für systemische Risiken anfällig ist, da nur eine kleine Abweichung ausreicht, um das System zu stören. Daher verfügen gut konzipierte komplexe Systeme in der Regel über eingebaute Merkmale zur Vermeidung dieses Zustands, wie z. B. ein geringes Maß an Reibung, Widerstand, Trägheit oder Zeitverzögerung, um die Outputs von den Inputs innerhalb des Systems zu entkoppeln. Diese Faktoren sind zwar ineffizient, aber notwendig, um Instabilitäten zu vermeiden.
Der Flash Crash von 2010 wurde dem Hochfrequenzhandel (HFT) angelastet, obwohl umstritten ist, ob HFT wirklich das systemische Risiko erhöht.
BevölkerungswachstumBearbeiten
Landwirtschaft und menschliche Bevölkerung können als in einem positiven Rückkopplungsmodus befindlich betrachtet werden, was bedeutet, dass das eine das andere mit zunehmender Intensität antreibt. Es wird vermutet, dass dieses positive Rückkopplungssystem irgendwann mit einer Katastrophe enden wird, da die moderne Landwirtschaft das gesamte leicht verfügbare Phosphat verbraucht und auf hocheffiziente Monokulturen zurückgreift, die anfälliger für systemische Risiken sind.
Technologische Innovationen und die menschliche Bevölkerung können in ähnlicher Weise betrachtet werden, und dies wurde als Erklärung für das scheinbar hyperbolische Wachstum der menschlichen Bevölkerung in der Vergangenheit angeboten, anstatt eines einfacheren exponentiellen Wachstums.Es wird vorgeschlagen, dass sich die Wachstumsrate aufgrund einer positiven Rückkopplung zweiter Ordnung zwischen Bevölkerung und Technologie beschleunigt.(p133-160) Technologisches Wachstum erhöht die Tragfähigkeit von Land für Menschen, was zu einer wachsenden Bevölkerung führt, die wiederum weiteres technologisches Wachstum antreibt.(S. 146)
Vorurteile, soziale Institutionen und ArmutBearbeiten
Gunnar Myrdal beschrieb einen Teufelskreis von zunehmender Ungleichheit und Armut, der als „zirkuläre kumulative Verursachung“ bekannt ist.
In der MeteorologieBearbeiten
Dürre verstärkt sich durch positive Rückkopplung. Ausbleibender Regen verringert die Bodenfeuchtigkeit, was Pflanzen abtötet und/oder sie veranlasst, weniger Wasser durch Transpiration abzugeben. Beide Faktoren schränken die Evapotranspiration ein, d. h. den Prozess, bei dem der Atmosphäre Wasserdampf von der Oberfläche zugeführt wird, und fügen der Atmosphäre trockenen Staub hinzu, der Wasser absorbiert. Weniger Wasserdampf bedeutet sowohl niedrige Taupunkttemperaturen als auch eine effizientere Erwärmung während des Tages, was die Wahrscheinlichkeit verringert, dass die Feuchtigkeit in der Atmosphäre zur Wolkenbildung führt. Schließlich kann es ohne Wolken keinen Regen geben, und der Kreislauf ist geschlossen.
In der KlimatologieBearbeiten
Klima-„Forcings“ können ein Klimasystem in Richtung Erwärmung oder Abkühlung treiben, z.B. bewirken erhöhte atmosphärische Konzentrationen von Treibhausgasen eine Erwärmung an der Oberfläche. Triebkräfte wirken von außen auf das Klimasystem ein, während Rückkopplungen interne Prozesse des Systems sind. Einige Rückkopplungsmechanismen wirken relativ isoliert vom Rest des Klimasystems, während andere eng miteinander gekoppelt sind. Anstöße, Rückkopplungen und die Dynamik des Klimasystems bestimmen, wie stark und wie schnell sich das Klima verändert. Die wichtigste positive Rückkopplung bei der globalen Erwärmung ist die Tendenz der Erwärmung, die Menge des Wasserdampfs in der Atmosphäre zu erhöhen, was wiederum zu einer weiteren Erwärmung führt. Die wichtigste negative Rückkopplung ergibt sich aus dem Stefan-Boltzmann-Gesetz: Die von der Erde in den Weltraum abgestrahlte Wärmemenge ist proportional zur vierten Potenz der Temperatur der Erdoberfläche und der Atmosphäre.
Weitere Beispiele für positive Rückkopplungen in der Klimatologie sind:
- Eine wärmere Atmosphäre lässt Eis schmelzen, was die Albedo verändert und die Atmosphäre weiter erwärmt.
- Methanhydrate können instabil sein, so dass ein sich erwärmender Ozean mehr Methan freisetzen könnte, das ebenfalls ein Treibhausgas ist.
- Torf, der in der Natur in Torfmooren vorkommt, enthält Kohlenstoff. Wenn Torf trocknet, zersetzt er sich und kann zusätzlich brennen. Torf setzt auch Distickstoffoxid frei.
- Die globale Erwärmung beeinflusst die Wolkenverteilung. Wolken in höheren Lagen verstärken den Treibhauseffekt, während niedrige Wolken vor allem das Sonnenlicht zurückwerfen, was sich entgegengesetzt auf die Temperatur auswirkt.
Im Vierten Sachstandsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) heißt es: „Die vom Menschen verursachte Erwärmung könnte zu einigen Auswirkungen führen, die je nach Geschwindigkeit und Ausmaß des Klimawandels abrupt oder unumkehrbar sind.“
In der SoziologieBearbeiten
Eine sich selbst erfüllende Prophezeiung ist eine positive soziale Rückkopplungsschleife zwischen Überzeugungen und Verhalten: Wenn genügend Menschen glauben, dass etwas wahr ist, kann ihr Verhalten es wahr machen, und Beobachtungen ihres Verhaltens können wiederum den Glauben verstärken. Ein klassisches Beispiel ist der Ansturm auf eine Bank.
Ein weiteres soziologisches Beispiel für eine positive Rückkopplung ist der Netzwerkeffekt. Wenn mehr Menschen dazu ermutigt werden, einem Netzwerk beizutreten, erhöht sich die Reichweite des Netzwerks, so dass es sich immer schneller ausbreitet. Ein virales Video ist ein Beispiel für den Netzwerkeffekt, bei dem Links zu einem beliebten Video geteilt und weiterverbreitet werden, wodurch sichergestellt wird, dass mehr Menschen das Video sehen und dann die Links erneut verbreiten. Dies ist die Grundlage für viele soziale Phänomene, einschließlich Schneeballsystemen und Kettenbriefen. In vielen Fällen ist die Populationsgröße der begrenzende Faktor für den Rückkopplungseffekt.
In der Chemie
Wenn eine chemische Reaktion zur Freisetzung von Wärme führt und die Reaktion selbst bei höheren Temperaturen schneller abläuft, dann ist die Wahrscheinlichkeit einer positiven Rückkopplung hoch. Wenn die erzeugte Wärme nicht schnell genug von den Reaktanten abgeführt wird, kann es zu einem thermischen Durchgehen kommen, das sehr schnell zu einer chemischen Explosion führt.
Im NaturschutzEdit
Viele Wildtiere werden wegen ihrer Teile gejagt, die sehr wertvoll sein können. Je näher die Zielarten dem Aussterben kommen, desto höher ist der Preis für ihre Teile. Dies ist ein Beispiel für eine positive Rückkopplung.