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chaostheorie

Die große Ordnung.
 

Eigentlich ist vielen Menschen die Bedeutung des Begriffes Chaos nicht bewusst, da er stark in die Umgangssprache integriert ist. Chaos ist eine allesumfassende Ordnung im Universum, die jedoch derart unübersichtlich ist, dass wir Menschen die im Chaos bestehende Ordnung mit der derzeitigen Technik nicht überblicken können. Ich möchte hier versuchen die Inhalte der Chaostherie so laienhaft wie möglich zu erklären - auch auf die Gefahr hin, dass mich manche Wissenschaftler mit Verachtung strafen werden, weil einiges vielleicht verzerrt dargestellt wird.

Quantenmechanik

Bekanntlich besteht das Universum aus Energien, von welchen sich manche als Materie manifestieren. Hiervon werden wohl die meisten von ihnen in der Schule gelernt haben: positiv geladener Atomkern - bestehend aus Protonen und Neutronen - und negativ geladene Hülle - bestehend aus Elektronen. Davon abgesehen mag es beispielsweise noch die weniger bekannte Antimaterie geben: negativ geladener Atomkern mit positiv geladener Hülle. Antimaterie ist demnach sozusagen das chemische Gegenteil von Materie.
Doch welche Teilchen wir auch immer betrachten mögen, in der Regel haben sie alle eines gemeinsam: sie bewegen sich auf vorausberechenbaren Bahnen. Ebenso sind ihre Reaktionen auf ihre Umgebung berechenbar. Die Teilchen im Universum sind also wie die Zahnräder einer unüberschaubaren, großen Maschine. Wie ein Uhrwerk arbeitet das Universum bereits Jahrmillionen vor sich hin, stetig und unaufhaltsam.

Übersicht des Ganzen

Sie werden mir sicherlich zustimmen, wenn ich behaupte, dass die Bewegungen eines Uhrwerkes in der Regel feststehen und daher in ihrer Gesamtheit exakt voraussehbar sind. Genauso verhält es sich mit dem Universum. Jemand der den momentanen Ort, die Bewegungsrichtung und die Geschwindigkeit jedes Teilchens im Universum kennt, der kann alle Ereignisse im Universum voraussagen. Freilich wird ein Mensch mit solchen Fähigkeiten kaum zu finden sein, aber rein prinzipiell wäre damit das Universum vorhersagbar.

Übersicht des Kleinen

So groß und mächtig das Universum auch scheinen mag, Vieles steckt im Detail. Es sind die ganz kleinen Dinge, die Großes bewirken können.

Die Kugel und der Fall
Stellen sie sich eine Kugel vor, die senkrecht auf eine exakt waagrechte Unterlage fällt. Warum bleibt die Kugel nicht exakt dort liegen, wo sie eigentlich müsste, nämlich auf ihrem Aufprallpunkt? Weil in der Praxis viele Kleinigkeiten ein Ganzes ergeben. Vielleicht haben wir ein kleines Staubkorn auf der Unterlage übersehen, das die Kugel abgelenkt hat. Vielleicht war da ein minimal kleiner Windhauch. Nun gut. Was wird jetzt passieren, wenn wir unser Experiment wiederholen? Genau das selbe? Nein! Die Kugel wird diesmal in eine andere Richtung davonrollen. Vielleicht diesmal wegen der kleinen Delle, die die Kugel bei ihrem letzten Aufprall erlitten hat.

 

Der Schmetterling und der Wirbelsturm
Vielleicht ist ihnen dieser gleichnishafte Satz bekannt: der Flügelschlag eines Schmetterlings im Amazonas-Urwald kann einen Orkan in Europa auslösen. Der Schmetterling alleine ist natürlich nicht ausreichend um einen Wirbelsturm zu erzeugen, wir könnten uns sonst kaum noch vor Naturkatastrofen retten. Aber stellen sie sich eine Wettersituation vor, bei der gerade alles auf der Kippe steht: es fehlt nur noch der berühmte letzte Tropfen, der das Fass zum überlaufen bringt. Nun ist aber der Flügelschlag des Schmetterlings ausreichend, um den Sturm auszulösen.

Was ich mit dem ersten Beispiel sagen will: wenn man genügend Information zur Ausgangssituation hat, kann man den weiteren Verlauf vorhersagen. Wenn wir also jedes Staubkorn, jede Luftbewegung und die exakte Form von Kugel und Unterlage berücksichtigen, dann können wir die Richtung berechnen, in welche die Kugel davonrollt. Anders herum heißt das aber auch: wenn wir alle minimalen Störungen beseitigen und danach die Kugel fallen lassen, so wird sie exakt auf ihrem Aufschlagpunkt liegen bleiben.

Das zweite Beispiel beweist uns: selbst die unbedeutendsten Kleinigkeiten im Universum können große Wirkung haben. Wäre der Schmetterling nur zwei Sekunden länger auf der Blüte sitzen geblieben, so hätte es den Wirbelsturm nicht gegeben. Warum aber ist er überhaupt weggeflogen? Vielleicht wurde er von einem vorbeigehenden Menschen aufgescheucht. Warum ging der Mensch just in diesem Augenblick vorbei? Vielleicht hatte er ausnahmsweise früher Dienstschluss... Dieses Gedankenspiel ließe sich nun unendlich lange fortsetzen. Doch eines wird daraus ersichtlich: auch die Verkettung von Ereignissen spielt eine wichtige Rolle.

Zufall

In der Chaostheorie gibt es keinen Zufall. Oder doch? Jede Reaktion ist die Antwort auf ein vorausgegangenes Ereignis. Seit der Entstehung des Universums gibt es kontinuierliche Kettenreaktionen. Diese sind natürlich sehr komplex, aber theoretisch wären sie berechenbar. Aus diesem Grund steht unser aller Zukunft bereits unwiderruflich fest, ob wir es nun wahrhaben wollen, oder nicht. Allerdings ist die Wirkung einer Ursache nicht immer sofort sichtbar. Aufgrund der Dynamik der Abläufe kann es Millionen von Jahren dauern, bis die Auswirkung einer Ursache eintritt. Die Existenz von absolutem Zufall kann aber lediglich philosophisch diskutiert werden, wie sie im letzten Absatz lesen werden.

Chaos in der Praxis

Es ist jedoch keinesfalls so, dass die Chaosforschung ausschließlich theoretische Bedeutung hat. Ein praktisches Beispiel ist etwa der Versuch das Wetter vorherzusagen - das Wetter hängt von sehr vielen Faktoren ab. Oder die Prognosenerstellung vor einem Wahlkampf - die Reaktionen des menschlichen Verstandes, besonders in der Gruppe, sind chaotisch. Die Ergebnisse hängen auch bei diesen beiden Beispielen meist von der Anzahl der Eingangsparameter ab: je besser die technischen Mittel, umso genauer wird die Wettervorhersage, und umso weiter kann der Vorhersagezeitraum in der Zukunft liegen. Ebenso: je detailreicher die Meinungsumfrage durchgeführt wird, umso wahrscheinlicher und genauer wird die daraus erstellte Prognose eintreffen. Auch Biologen leben im Chaos: das sensible Gleichgewicht in der Natur ist chaotisch. Wie wirkt sich eine Verringerung der Population einer Art auf andere Arten aus? Gibt es eine Logik in der Anordnung von Blütenblättern? Auch die Medizin hat einige ihrer Erfolge der Chaosforschung zu verdanken: durch eine Sammlung von Daten mehrerer EEGe können etwa Ausbrüche von Epilepsiepatienten besser vorhergesagt werden.

Universaltheorie?

Um die anfängliche Einleitung abzuschließen: der Begriff Chaos bezieht sich also nicht auf die heillose Unordnung im Universum - welche eigentlich eine perfekte Ordnung ist - sondern vielmehr auf die mit unseren Mitteln nicht voraussagbare Dynamik. Viele Dinge passen zwar in die Chaosforschung, doch das oben Erwähnte ist keine alles-erklärende Universaltheorie. Es ist zum Beispiel aufgrund der heisenbergschen Unschärferelation praktisch unmöglich Ort und Bewegung eines Teilchens exakt zu bestimmen, da es ja ständig in Bewegung ist. Nach genügend langer Beobachtungszeit kann man das Verhalten eines Teilchens zwar schätzen, aber eben nicht exakt bestimmen. Letzteres gelänge nur, wenn man den Anfangszustand des Universums kennen würde - sprich: wenn man das Universum von Anfang an beobachtet hätte. Einstweilen können sie also ihre Existenz ruhig noch außerhalb eines Schutzbunkers ausleben. Und eine Lotterie wird auch für sie weiterhin ein Glücksspiel bleiben.

 
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However, never daunted, I will cope with adversity in my traditional
manner ... sulking and nausea.
                -- Tom K. Ryan
Fortune #1201 / 3545
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