"Sie haben vorher eigentlich völlig unabhängige Teilchen, die plötzlich anfangen alle das Gleiche zu tun. Ein verwandtes Phänomen ist die Supraleitung. Sie kühlen ein Metall unter eine gewisse Temperatur, und plötzlich verliert das Metall seine Reibung. Sie können Strom widerstandslos leiten, auch weil jetzt alle Elektronen in diesem System wie eine einzige Welle schwingen, sich gepaart haben, sich kollektiv zusammen ordnen", so der Quantenphysiker Immanuel Bloch

Die mikroskopischen Gesetze sind bekannt, beim Übertragen auf das makroskopische Verhalten entstehen jedoch Skalierungsprobleme. Bereits die Wechselwirkung von drei Teilchen untereinander lässt sich nicht mehr exakt berechnen. Man spricht von nicht-linearer Dynamik, denn die Zahl der Möglichkeiten wächst exponentiell mit der Zahl der Teilchen. "Wenn Sie ein System mit bespielsweise 300 Teilchen haben wollen, was immer noch ein sehr kleines System ist, würden Sie einen Rechner mit einer Kapazität brauchen, die größer ist als die Anzahl der Protonen, die wir im Universum haben", so Immanuel Bloch.

Um die Skalierungsprobleme beim Rechnen mit unendlich vielen Teilchen zu überwinden, haben die Physiker eine völlig neue Technologie entwickelt: den Quantensimulator. Mit Laserstrahlen werden künstliche Kristalle gebaut, die in die Atome eines anderen Elements eingelagert werdem. So entsteht das Modell eines Festkörpers. Jetzt kann man die Atome unter unterschiedlichen Parametern beobachten. Während ein realer Festköper von einem Kubikzentimeter aus zehn hoch 25 Teilchen besteht, genügt den Forschern schon eine Systemgröße von bis zu 100.000 Atomen.

Das Phänomen der Emergenz lässt sich auch bei Schwärmen im Tierreich beobachten. Durch die perfekte Synchronisation von Bewegung bildet der Schwarm eine Einheit, die mehr ist als eine große Ansammlung von Individuen.

Um das Verhalten von Schwärmen besser zu verstehen, haben Forscher einen Robofish konstruiert. So möchte man herausfinden, wie ein einzelner Fisch die Entscheidung seiner Artgenossen beeinflussen kann. In einem Experiment folgen zwei Stichlinge dem magnetisch gesteuerten Robofish und meiden die Futterquelle in unmittelbarer Nähe. Aus der Entschlossenheit seiner Bewegung folgern sie offenbar, dass er über besondere Informationen verfügen muss. Ein größerer Schwarm von zehn Fischen lässt sich dagegen nicht von der Futterquelle weglocken. Die schlechte Entscheidung eines Einzelnen wird von dem Schwarm negiert.

Es gibt kein Tier, das einen höheren Überblick hätte. Die gemeinsame Bewegung ist ein Produkt von vielen Einzelentscheidungen, die man als Schwarmintelligenz bezeichnet. Die Schwarmmitglieder orientieren sich sehr stark an den Individuen in ihrer Nachbarschaft. Sobald fünf bis zehn Prozent der Tiere ein bestimmtes Verhalten praktizieren, wird dies von der Mehrheit imitiert. Solche Regeln lassen sich durchaus auf Menschenmassen übertragen. Auch hier finden sich Individuen in großer Anzahl zusammen und bilden ein gemeinsames Verhalten aus. Um Massenpaniken zu vermeiden, kann man gezielt informierte Helfer einsetzten, die die Bewegung steuern. Dabei genügt ein Helfer auf zwanzig Menschen.

Doch die Schwarmintelligenz von Menschen hat auch Grenzen. Wenn größere Schwärme von Menschen Schätzungen vornehmen, dann führt das nicht immer zu richtigeren Ergebnissen. Beim Menschen geht es um komplexere, kulturgeprägte Entscheidungen als um Futtersuche oder den Schutz vor Fressfeinden. In vielen Bereichen ist eben Expertenwissen erforderlich.