Big Bang 7, Schulbuch

Chaotische Systeme 37 RG 7.2 G 7.2 Kompetenzbereich Theorienentwicklung 97 Zusammenfassung Jede Ursache hat auch eine Wirkung. Das nennt man Kausali- tät. Im Alltag führen meistens ähnliche Situationen zu ähnli- chen Ergebnissen. In chaotischen Systemen führen aber ähn- liche Situationen zu völlig anderen Ergebnissen. Daher sind zumindest langfristige Vorhersagen so gut wie unmöglich. Zeitreisen Der Gedanke an Zeitreisen ist unglaublich faszinierend! Wo würdest du hinreisen? Es wundert daher nicht, dass Zeitrei- sen ein hochbeliebtes Science-Fiction-Thema sind. Unter ge- wissen Umständen scheinen sie zumindest mal theoretisch möglich zu sein, allerdings weiß kein Mensch, wie man das praktisch anstellen soll. Deshalb sind Zeitmaschinen in Fil- men immer eine Mischung aus mysteriös und pseudowis- senschaftlich (Abb. 37.6). Nehmen wir an, du reist in die Vergangenheit und verhin- derst, dass sich deine Eltern kennen lernen ( F3 ). In einer brutalen Variante bringst du deinen Großvater zur Strecke, bevor er deinen Vater zeugt. Das nennt man die Großvater- paradoxie . Warum spricht man aber von einer Paradoxie? Wenn du deinen Großvater umbringst, würdest du gar nicht geboren werden und könntest somit auch nicht in die Ver- gangenheit reisen und deinen Großvater umbringen. Da- durch würdest du aber doch geboren werden, könntest in der Zeit zurückreisen und deinen Großvater umbringen und so weiter und so fort! Kurz gesagt: Wenn du deinen Groß- vater umbringst, kannst du ihn nicht umbringen. Du siehst also: Zeitreisen in die Vergangenheit führen zu paradoxen Konflikten mit der Kausalität . Welche rein spekulativen Auswege gibt es? Eine Möglich- keit wäre, dass du nur dann zurückreisen kannst, wenn du schon in der Vergangenheit dort gewesen bist. Du könntest dann nichts verändern, weil alles ja schon so passiert ist . Es könnte auch möglich sein, dass du mit dem Zurückreisen in eine alternative Geschichte in einem Paralleluniversum gerätst (siehe Viele-Welten-Interpretation, Kap. 36.1, S. 87). Oder, ganz unromantisch: Die Naturgesetze verbieten Reisen in die Vergangenheit! i Abb. 37.6: In der Serie „Dr. Who“ reist dieser mit TARDIS, einer Raum- Zeit-Maschine in Form einer ausgedienten Polizei-Zelle. Wie sie funktioniert? Niemand weiß das – nicht mal Dr. Who! Z 37.2 Der Schmetterlingseffekt Die Geburt der Chaosforschung Meteorologen sind immer wieder Zielscheibe von Spott, denn das Wetter will oft nicht so, wie vorhergesagt. Die Kritik ist nicht fair, denn die Atmosphäre bildet ein chao- tisches System, und auch mit Supergigamegacomputern kann das Wetter nur ein paar Tage seriös vorhergesagt werden. Chaotische Phänomene sind eigentlich schon seit langem bekannt, etwa das Dreikörperproblem (Kap. 37.4, S. 99) oder Turbulenzen (Kap. 37.3, S. 98). Lange Zeit dachten die Physiker aber, dass es sich dabei bloß um einige exotische Spezialfälle handelt. Die Geburtsstunde einer eigenen Forschungsrichtung, der Chaosforschung, lag in den 1960ern, als der Meteorologe E DWARD L ORENZ die chaotische Natur des Wetters entdeckte. Abb. 37.8: Entwicklung einer Variablen in der Simulation von L ORENZ , deren Startwerte minimal anders waren: Ab dem roten Pfeil er- gab sich trotzdem eine sehr starke Abweichung. Dabei war diese Entdeckung reiner Zufall. Lorenz hatte auf einem der ersten Großrechner eine einfache Wettersimula- tion erschaffen. Als er den Computer eines Tages eine Se- quenz noch einmal durchrechnen ließ, ergab sich aber nach einer Zeit ein völlig anderes Ergebnis (Abb. 37.8). Was war passiert? Beim ersten Mal hatte Lorenz ein Ergebnis mit 6 Kommastellen aus einer vorangegangenen Rechnung direkt aus dem Computer übernommen, und zwar die Zahl 0,506127. Die Entdeckung, dass sich wesentlich mehr Systeme chaotisch verhalten als gedacht, fiel in die Anfangs- zeit der Computer. Warum war das kein Zufall? Manchmal wird bei der Wetterprognose eine Niederschlags- wahrscheinlichkeit angegeben (Abb. 37.7). Warum macht man das? L Du hast vielleicht schon einmal etwas vom Begriff „Schmetterlingseffekt“ (Butterfly- Effekt) gehört. Weißt du, was damit gemeint ist? F4 S1 F5 S1 Abb. 37.7: Regenvorhersage mit 65% Wahrscheinlichkeit F6 W1 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv