Frage von grubenhirn, 115

Falls es nicht möglich sein sollte, dass gesamte Universum zu simulieren, kann man dann wenigstens die gesamte Geschichte der Erde simulieren?

Oder muss man immer alles berechnen, da alles mit allem zusammenhängt?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von Franz1957, Community-Experte für Physik, 57

Es ist noch nicht einmal möglich, die Abläufe auf einem Billardtisch für länger als ein paar Sekunden zu simulieren. Um vorauszuberechnen was eine Kugel nach 9 Zusammenstößen tun wird, müßte man die Gravitationskräfte mit berücksichtigen, die von den Personen ausgehen, die um den Billardtisch herumstehen.

Versucht man nur, die Bewegungen von Molekülen in einem Gasbehälter vorauszuberechnen, dann müßte man, um nach 56 Zusammenstößen eines Teilchens noch richtige Aussagen zu bekommen, sogar die Schwerkraft berücksichtigen, die von einem einzelnen Elektron am Rande des bekannten Universums ausgeht, in zehn Milliarden Lichtjahren Entfernung.

Dies hat jedenfalls Michael Berry (Universität Bristol) berechnet, aufbauend auf Gedanken von Henri Poincaré. Ich habe das aus diesem kurzen Artikel entnommen: http://xefer.com//2007/06/unpredictable

Kommentar von grubenhirn ,

Ich hatte es befürchtet. Danke für die Antwort.

Antwort
von TeeTier, 40

Natürlich ist das möglich, da eine Simulation ja nur eine Annäherung darstellt, ohne einen Anspruch auf Vollständigkeit. Ohnehin werden - wenn überhaupt - nur Bruchteile einiger weniger bekannter und augesuchter Vorgänge betrachtet.

Also wenn du die Bewegung aller Galaxien des bekannten Universums in Form von Vektoren simulieren willst, schaffst du das sogar schon auf einem halbwegs leistungsfähigen Heimcomputer.

Willst du hingegen wirklich die Brückenbindungen, Bewegungen, etc. einzelner Wassermoleküle in einem Kubikmillimeter unter Normaldruck simulieren, werden höchstwahrscheinlich nicht mal alle Supercomputer der Welt ausreichen.

Du kannst die Realität nicht 1:1 simulieren. Man muss sich immer auf ein sehr stark reduziertes Modell einigen! Und je nachdem wie stark man reduziert, ist deine Frage entweder mit Ja, oder auch mit Nein zu beantworten! ;)

PS: Überlege dir einfach, welche Genauigkeit du dir für deine Simulation wünschst! Wo ist die Untergrenze? Galaxien? Sonnensysteme? Sterne? Kometen? Moleküle? Atome? Elektronen? Quarks? Strings?

Die "Auflösung" ist entscheidend! :)

Kommentar von grubenhirn ,

Es müsste so genau sein, dass alle Lebewesen, die auf der Erde gelebt haben, darin vorkommen.

Kommentar von TeeTier ,

Auch dabei kommt es wieder auf die "Auflösung" an. :)

Werden alle Lebewesen nur mit einer ID dargestellt, um Verwandschaften aufzuzeigen, oder sollen ebenfalls Bewegungen, oder gar Teile des Stoffwechsels simuliert werden?

In ersterem Falle sollte ein kleinerer Supercomputer ausreichen (vorausgesetzt wir reden nur von sehr großen Mehrzellern), der letzte Fall dürfte selbst mit den leistungsfähigsten Systemen sehr schwierig bis unmöglich werden.

Und ab wann ist ein Lebewesen beachtenswert? Einzeller? Auch Bakterien, Viren, Hefen? Alle jemals gelebten Bakterien zu simulieren wird unmöglich sein, Gazellen, Delphine oder Karpfen hingegen nicht.

Allein in deinem Mund leben so viele Mikroorganismen, dass es sogar schon für eine einfache Simulation in Form von ID und Orientierung in Form von Vektoren dafür einen sehr sehr leistungsstarken Rechner benötigt. Und dabei reden wir nur von einer Momentaufnahme.

In deinem Mund leben etwa 10^10 Bakterien, also benötigen wir mindestens ceil(log2(10^10)) 33 Bit um eine einzige ID von denen zu speichern. Der Einfachheit halber runden wir jetzt mal frech auf 32 Bit, also genau 4 Byte. Kommt noch ein Lagevektor hinzu, und beschränken wir uns dabei auf Floats (die für diese Aufgabe eigentlich eine viel viel zu kleine Genauigkeit besitzen), landen wir mindestens bei 7 mal 32 Bit, also 28 Byte.

4 Byte pro ID plus 28 Byte für den Vektor ergeben 32 Byte pro Bakterium, wobei ein Rechner bei 10^10 Bakterien in deinem Mund also knapp 300 Gigabyte RAM benötigen würde. Und damit hätten wir noch nicht mal die Möglichkeit, etwas Sinnvolles zu berechnen, da ein einzelner Vektor eben nicht reicht, und die Ergebnisse ja auch irgendwo abgelegt werden müssen.

Ganz zu schweigen von der benötigten Rechenleistung und der arg einschränkenden Bus-Geschwindigkeit.

So, das waren die Bakterien in deinem Mund als Momentaufnahme. Alle jemals gelebten Bakterien der Welt auch nur grob zu simulieren, halte ich für unmöglich. :)

Beachte bitte auch, dass es sich bei einer Simulation um eine "Simulation" handelt. Wenn du Lebewesen simulieren willst, werden diese in der Praxis keinerlei Übereinstimmungen mit tatsächlichen gelebten Individuen haben.

Du erhältst nur eine statistische Annäherung! :)

Kommentar von grubenhirn ,

Mir ist noch eine Möglichkeit in den Sinn gekommen, wie man das Energieproblem lösen könnte!

Von der Prämisse ausgehend, dass wir in einem Multiversum leben und das Schwarze Löcher Verbindungen zu anderen Universen sind, könnte man die Energie anderer unbrauchbarer, nicht für Lebewesen geeigneter Universen, anzapfen, damit hätte man genug Energie, um unserer Universum komplett zu simulieren - nicht wahr?

Antwort
von realsausi2, 51

Man könnte nicht eine Tausendstelsekunde wirklich simulieren.

Die hierfür erforderlichen Daten würde sämtliche Speicher- und Rechenkapazitäten der Welt überfordern.

Also kommt es bei einer Simulation immer auf Vereinfachung an. Man muss entscheiden, welche Daten man weglässt und welche man braucht, um zu einer hilfreichen Aussage zu kommen.

Je spezifischer die Frage definiert wird, auf die eine Simulation Auskunft geben soll, desto mehr Daten kann man ausschließen.

Jede Simulation wird aber eben gerade darum nur unter Vorbehalt wirklich Realität abbilden können.

Antwort
von kloogshizer, 59

Man stößt dabei auf ein logisches Problem. Die Berechnung würde nie terminieren, weil Maschine sich selbst auch simulieren müsste; das führt in einen infiniten Regress.

Kommentar von grubenhirn ,

Was, wenn man die Berechnung auf dem Mars durchführen würde?

Kommentar von kloogshizer ,

es müsste zumindest alles was an Informationen zur Erde gesendet wird mit simuliert werden. Also wenn irgend ein Satellit Fotos von anderen Planeten an die Erde schickt, muss das mitberechnet werden. Hmm... Je länger ich drüber nachdenke desto unlösbarer wird das... Astronomen hängen sich Bilder von fernen Galaxien über den Schreibtisch etc. Diese Blider wären ja auch nur korrekt, wenn zuvor die Galaxie korrekt berechnet wurde.

Kommentar von grubenhirn ,

Ja, vermutlich müsste man die elektromagnetische Wechselwirkung aus den Tiefen des Alls mitberechnen, damit kann man also gleich das ganze Universum simulieren, was wieder nicht geht.

Vielleicht aber näherungsweise? Muss ja nicht alles 100 % perfekt sein.

Kommentar von kloogshizer ,

Also dass das nicht funktioniert liegt auf so vielen Ebenen begründet. Nehmen wir den Zerfall eines radioaktiven Atoms. Ein Experimentaufbau, welcher aus einer Probe radioaktiven Materials und einem Detektor bestünde, könnte z.B. In Zeitintervallen die Anzahl von den eingetroffenen Teilchen auf dem Detektor anzeigen. Das wäre dann eine zufällige Zahl innerhalb einer Normalverteilung, die gemäß der Halbwertszeit des Materials langsam sinkt.

Dieses Experiment ist einfach zu realisieren, und wurde tausendfach gemacht. Es lässt sich überhaupt nicht simulieren. Die Zahlen sind tatsächlich zufällig. Diese quantenmechanischen Prozesse finden allerdings andauernd und immer statt. Allein deshalb ist es unmöglich auch ein noch so kleines System in seiner Gesamtheit zu simulieren.

Und ob die Menscheitsgeschichte jetzt von einer zufälligen Zahl auf einem Computerbildschirm in einem Hobbykeller abhängt... Das tut sie. Die Welt ist ein chaotisches System, und kleine Impulse können eine Große Wirkung auf das Gesamtsystem haben.

Kommentar von grubenhirn ,

Dass, der radioaktive Zerfall wirklich zufällig ist, kann man aber schon bezweifeln. Es ist ja nicht so, dass da ein Zufallsgenerator mitläuft.

Ist es nicht so, dass sich die Vibrationen manchmal so aufschaukeln, durch Resonanz, dass das ganze Ding auseinander fliegt?

Kommentar von kloogshizer ,

Quantenphysik ist mittlerweile um die 100 Jahre alt, eigentlich sind sich da alle Wissenschaftler einig. Im Gegensatz zum Zufallsgenerator sind diese Prozesse tatsächlich zufällig. Wenn du mehr darüber wissen willst, informier dich über das Doppelspalt-Experiment, da gibts z.B. YT-Videos die das erklären.

Dass die Quantenphysik fehlerhaft ist, ist unwahrscheinlich, die komplette Moderne Technik basiert darauf. Einstein wollte das auch nicht wahrhaben, und sagte irgendwann den Satz "Gott würfelt nicht". Jetzt, ettliche Jahrzehnte später muss man sagen, er hat sich geirrt.

Auch das meiner Meinung nach etwas unglücklich gewählte GEdankenexperiment Schrödingers Katze beschreibt diese Tatsache ganz gut

Antwort
von DieWelteinKind, 64

Du kannst das Universum nicht simulieren da es immer weiter wächst und sich sekündlich etwas verändert.

Um die ganze Erdgeschichte zu simulieren, also jedes kleine Detail müssten wir erst ALLES wissen!

Kommentar von grubenhirn ,

Was meinst du mit alles? Reicht die nahe Region der Erde aus?

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