Veröffentliche Beiträge in “Vortrag”

Heute entdeckte ich endlich mal wieder einen Flyer für einen Vortrag am Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme (MPIPKS) mit dem Thema "Vorhersage von extremen Naturereignissen und Umgang mit dem Risiko". Dazu wird Dr. Michael Lehning, ein Schweizer Lawinenforscher referieren. Ich stelle dieses Mal nicht wieder wilde Spekulationen darüber an, was mich erwarten könnte, sondern lass mich einfach überraschen. Ich war zwar bei der Komplexität des Themas im letzten Vortrag überwältigt, aber die Themen, die ich mir erhofft hatte, wurden nur teilweise oder garnicht angeschnitten.

Nachdem ich heute schon meine Meinung über den Aufbau und die Gliederung des Vortrags "Kollektive Dynamik der Schwärme von Lebewesen aus der Sicht der Physik" am Max-Planck-Institut für die Physik komplexer Systeme äußerte, werfe ich jetzt noch mal einen Blick auf den Inhalt des Vortrages.

Beginnen möchte ich mit dem Ende des Vortrages, wo ich mich nochmal an einen der mitforschenden Professoren wandte und mir die Motivation dieser Untersuchungen erklären ließ und in diesem Moment wurde mir klar, was das Ziel des Vortrags war. Die Professoren, die sich mit der Thematik "Constructive role of noise in complex systems (CRNCS)" befassten, waren ausschließlich theoretische Physiker, die aus dem Teilgebiet der Selbstorganisation kommen. Der Vortrag war also, wie der Prof. Ebeling schon ausführte, nur die populärwissenschaftliche Ausführung bzw. Übertragung auf Lebewesen von Forschungen, die mit "unintelligenten" Dingen durchgeführt werden.

Somit wurden auch keine von den Punkten angesprochen, auf die ich Antwort erhofft hatte, aber dafür traten teils bekannte und viele neue Erkenntnisse zu Tage. Die Forschungsergebnisse stammen aus den unterschiedlichsten Bereichen (Biologie, Chemie, Medizin) und haben allesamt auf eine physikalische Erklärung gewartet. Und wie theoretische Physiker nun mal so sind, haben sie erstmal alles vereinfacht und sind zu folgendem Modell gelangt:

Hier werden sämtliche Teilchen auf ein Depot von Energie reduziert. Dieses bekommt von außen hochwertige Energie zugeführt und kann diese umsetzen, z.B. in Bewegung. Zusätzlich werden dem System stochastische Stöße versetzt, also bei Molekülen zum Beispiel die Kollision mit Ionen. Beim Umsetzen in Bewegung kennen die Teilchen dann drei Modi (Der Professor nannte es: drei Moden):

• Rotationsmodus (die Teilchen beginnen zu rotieren)
• Translationsmodus (die Gruppe von Teilchen bewegt sich)
• Amöbenmodus (die Form der Gruppe ändert sich)

Anhand von Computersimulation und Experimenten konnte nachgewiesen werden, dass beim Abbremsen eines Systems dieses automatisch von der Translation wieder in die Rotation übergeht. Natürlich haben sich die Physiker intensiv mit der Rotation auseinandergesetzt. Damit die Selbstorganisation solchen Systemen einsetzt muss eine bestimmte Menge Energie zugeführt werden. Denken wir einfach an einen Wassertopf, den wir auf eine Herdplatte stellen und dann erhitzen. Zuerst bilden sich am Boden des Topfes kleine Blasen von Wasserdampf, die Wärme höherwertige Energie vom Boden des Topfes an das darüberliegende Wasser abgeben. Und da haben wir schon das Prinzip der Rotation, die in den Wasserdampfblasen stattfindet. Wird die Menge Energie weiter erhöht, löst sich die Wasserdampfblase vom Boden, im allgemeinen sagt man: Das Wasser kocht. Hält man aber die Energie in dem Moment konstant, wo die Wasserdampfblase am Boden des Topfes Energie austauscht, dann entsteht ein interessantes Muster. Das wären dann die sogenannten Benardzellen.

Und natürlich wurde auch versucht das Verhalten der einzelnen Teilchen zu simulieren, indem man das Teilchen als Punkt simulierte und ihm eine Richtung zuordnete. So wie ich es verstanden hab, konnte man mit Hilfe einer Größe, die negative Reibung, Einfluss auf die Teilchen nehmen. In Abhängigkeit dieser Größe konnte die Richtung, ein Richtungswechsel und völlig chaotische Bewegungen erreicht werden. Im Anschluss an den Vortrag wurde in der Diskussion erklärt, dass man sich zur Zeit in der Phase befindet, wo die Übergänge bei Richtungswechsel, die einer chaotischen Bewegung entsprechen, näher untersucht werden.

Fazit: Ich habe für diesen Beitrag mich noch ein bißchen im Netz umgesehen und diverse Seiten besucht, u.a. auch welche die sich auf Werke des Prof. Ebeling bezogen. Dort gewann ich den Eindruck, dass es sich um ein sehr weites und komplexes Thema handelt, dass man als Ganzes nicht innerhalb eines Vortrag von einer Stunde abwickeln kann. Dennoch hätte ich mir erhofft, dass statt der Animationen und Simulationen doch mehr Fakten präsentiert werden könnten.

Nächsten Dienstag (18.07.2006) findet im Max-Planck-Institut für Physik komplexer System (kurz: MPIPKS) um 19 Uhr wieder mal ein öffentlicher Vortrag zum Thema "Kollektive Dynamik der Schwärme von Lebewesen aus der Sicht der Physik".

Leider habe ich auf der Webseite des MPI keinerlei Hinweise gefunden, welcher Inhalt in diesem Vortrag näher behandelt wird. Ich hoffe, ein bißchen was über die Modellierung von Schwärmen in Abhängigkeit von folgenden Größen zu erfahren:

• mit/ohne Schwarmführer
• Medium
• Größe der Gruppe
• Größe des Territoriums
• Zweck der Schwarmbildung
• Aufgaben innerhalb des Schwarms

Letztendlich nehme ich mal an, dass die Modellierung hier noch den einfachsten Teil übernimmt, denn den Schwarm-Bildschirmschoner gibt es ja auch schon seit Jahren für Linux. Nur das bestimmen der Parameter und deren Feinabstimmung, um die Prozesse in der Natur nachvollziehen zu können, dürfte wesentlich komplexer ausfallen.

Es ist der Lauf der Dinge. Aus interstellarem Staub bilden sich Sterne, die Sterne gehen dahin und hinterlassen ihre Überreste im All. Vielleicht ist noch genug übrig, um einen neuen Stern zu bilden, vielleicht mit Planeten. Und das geht unbarmherzig schon seit Milliarden von Jahren so.

Und wenn wir in einer klaren Nacht zum Himmel aufschauen, sehen wir abertausende von diesen Sternen strahlen. Und dann fragen wir uns: Woraus besteht das Zeug überhaupt? Und schon sind wir bei Molekülen, Atomen und Elementarteilchen angelangt. Verstehen wir die Elementarteilchen, weil wir die Himmelkörper beobachten? Können wir das Universum verstehen, wenn wir Atome in Teilchenbeschleuniger fusionieren und spalten?

Vielleicht erfahre ich bei dem Vortrag ja mehr?

Vor einiger Zeit kündigte ich einen Vortrag an, den ich heute besucht habe. Dabei ging es um komplexe Netzwerke, Synchronisierung, Kopplung und Chaos in der Ökologie. Also traf sich eine Menge Chaosinteressierter im MPI.

Der Vortrag wurde von Prof. Blasius der Uni Potsdam gehalten und gestaltete sich im Verlauf immer schwieriger. Begonnen hat es bei dem "simplen" Beispiel der Modellierung der Hase-Luchs-Beziehung in Kanada. Dort wurde festgestellt, dass im Laufe der letzten 100 Jahre über Kanada gesamt mit der selben Frequenz eine vermehrte Anzahl von Hasen und Luchsen anzutreffen war, sogenannte Peaks. Diese kamen konstant aller 10 Jahre, nur mit chaotischer Amplitude. Mittels eines Modells gelang es Prof. Blasius 1999 die Abläufe nachzuvollziehen. Das Warum? konnte er jedoch erst 2005 aufklären. Dabei erläuterte er nur so viel, dass es "alles andere als trivial" sei.

Fortgesetzt wurde das Ganze anhand von Maserepidemien in Großbritannien. Dort wurden immer die Zahl der kranken Kinder festgehalten, da Masern meldepflichtig waren. Das Modell für die Beschreibung dieses Problems sah vor, dass große Städte einen großen Einfluss auf alle umliegenden Städte haben, kleine jedoch kaum auf größere. Sogenannte hierarchische Netzwerke entstanden. Der Unterschied zur Hase-Luchs-Beziehung war bei den Masern jedoch, dass es keine regelmäßigen Peaks gab, sondern stellenweise Ausbrüche um das 1000fache niedriger waren. Dies ließ sich nur durch eins beschreiben: die Anzahl der gesunden Kinder. Sind nicht genügend gesunde Kinder vorhanden, kann auch keine Epidemie ausbrechen. Auch hier bestätigte das Modell die Messreihen.

Zum Abschluss ging er noch auf aktuelle Forschungen ein, wie sie z.B. SARS oder aktuell die Vogelgrippe betreffen. Kurz wurde auch das "Where's George"-Projekt erwähnt, über das ich letztens bereits berichtete.