Frage von sgfd8, 115

Wie nennt man mit Fachbegriff die Theorie in der Physik, dass nichts perfekt ist?

Hey, in einer dokumentation von stephen hawking über die entstehung des universums habe ich gehört, dass die masse in unserem universum nur verklumpen konnte, weil sie nicht perfekt verteilt war.. dort wurden als beispiel kugeln in einem großen saal verteilt, bei denen 7 stück oder so leicht versetzt waren, sodass die gravitation nicht komplett gleich war... meine frage ist, wie man die theorie der "unperfektheit" nennt, also, dass jedes objekt, sei es eine bowlingkugel, eine schraube oder ein chip für den computer, nicht fehlerfrei ist sondern sich durch minimale fehler/ unregelmäßigkeiten unterscheidet... ich hoffe, dass jetzt gerade die beiden theorien (also mit den gegenständen und dem universum) miteinander zusammenhängen. finde das sehr interessant, aber habe nichts im internet darüber gefunden , mit den fachbegriffen, die mir dazu in den sinn kamen, danke für antworten

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von Hamburger02, Community-Experte für Physik, 90

Mit solchen Fragen beschäftigt sich die Chaostheorie/Theorie Komplexer Systeme im Allgemeinen und die Theorie Dissipativer Strukturen im Besonderen.

Kommentar von sgfd8 ,

Danke! jetzt wundere ich mich nicht mehr, dass ich das nicht gefunden habe. gibt es dazu auch bestimmte modelle und konkrete theorien oder ist das schlichtweg oberflächliche eine annahme/behauptung, die nicht weiter ausgeführt ist? 

Kommentar von Hamburger02 ,

Die Theorie Disspativer Strukturen weist mathematisch und experimentell nach, dass der Zufall nötig ist, um die Zeitsymetrie zu brechen. Nur durch das Brechen der Zeitsymetrie kann Neues im Sinne einer höheren Ordnungsstruktur emergieren. Für diese Theorie gab es 1977 den Nobelpreis.

Ilya Prigogine erweiterte in seiner Theorie auch gleich mal die Quantenmechanik, die Relativitästheorie sowie die Thermodynamik um den Zeitpfeil/den Zufall, in dem er zu einer probabilistischen (auf Wahrscheinlichkeiten basierend) Beschreibung überging .

Basierend auf dieser Theorie hat die Wissenschaft ganz neue Impulse erhalten und diese Theorie durchdringt im Moment fast den gesamten Wissenschaftsbetrieb. Beim Bildungsbürgertum kommt das allerdings jetzt erst so gaaaanz langsam an.

Den Inhalt und die Bedeutung der Theorie Disspativer Strukturen kannst du hier nachlesen:
http://www.schlaefendorf.de/literatur/prigogine/

Kommentar von sgfd8 ,

Das muss ich jetzt erstmal sacken lassen :D ich hab mir deinen Link schon angeschaut, werde ihn morgen noch einmal in Ruhe nachlesen. Es ist echt interessant und für mich als Physik-Laie nur schwer nachzuvollziehen, dass der Zufall eine feste Größe ist. Eigentlich könnte man doch vermuten, dass anstelle von Zufall Faktoren mitspielen, von denen wir noch nicht wissen, wie wir sie berechnen. Das ist jetzt alles etwas an den Haaren herbeigezogen, doch wir kennen nur 1/7 der Masse des Universums, der Rest ist unbekannt. Vielleicht hängt die Wahl des Zufallsereignisses von der Massenverbreitung der dunklen Materie oder so ab :D also nur so als Gedankengang. Danke trotzdem für die Mühe, hoffentlich entlohnt der Stern dies . Und weiter so ;)!

Kommentar von Hamburger02 ,

Danke fürn Stern.

Kommentar von weckmannu ,

Nach den 'Faktoren, die wir nicht...' hat schon Einstein bis zum Lebensende unter dem Namen 'verborgene Variablen' vergeblich gesucht. Inzwischen ist durch Bell nachgewiesen, dass es sie nicht gibt in der Quantentheorie. Der Zufall ist also nicht 'an den Haaren herbeigezogen', sondern wird mit Wahrscheinlichkeitsfunktionen beschrieben. Die Theorie der dunklen Materie im Kosmos hat damit nichts zu tun.

Kommentar von sgfd8 ,

Die Wissenschaftler werden schon Ahnung davon haben, aber es fällt mir als 'sterblicher' ziemlich schwer das zu akzeptieren. :) 

Kommentar von Hamburger02 ,

Darin unterscheidest du dich nicht von den Wissenschaftlern. Standardspruch: "Da staunt der Fachmann und der Laie wundert sich."

Unser Mechanikprofessor meinte bei der Vorführung der Kreiselgesetze z.B.: "Ich kann die Kreiselgesetze rauf und runter und von vorne nach hinten rechnen. Dennoch staune ich  jedesmal, dass das auch in der Praxis funktioniert."

Kommentar von sgfd8 ,

Ich war ja kurz davor Physik zu studieren... aber wenn ich mir sowas dann anschaue, dann finde ich es gut, mich dagegen entschieden zu haben... glaubst du denn daran, dass es Zufälle gibt, die nichts beeinflusst? Für mich wäre das der Punkt, ab dem er Kosmos unlogisch wäre....

Kommentar von Hamburger02 ,

Werde die Woche nochmal was dazu schreiben.

Kommentar von sgfd8 ,

Okay, danke sehr :)

Kommentar von Hamburger02 ,

Also nochmal kurz zur Rolle des Zufalles:

Wir müssen die Physik in 3 Bereiche unterteilen, weil da unterschiedliche Prinzipien wirken.

1. Das System befindet sich in der Nähe des Thermodynamischen Gleichgewichtes:
Hier gelten die klassischen Regeln der Physik, die man auch im Unterricht lernt. Diese Regeln sind deterministisch, d.h., aus einem bestimmten Anfangszustand kann man mit Hilfe der Naturgesetze einen Endzustand eindeutig berechnen. In diesem Bereich spielt der Zufall praktisch keine Rolle.

2. Das System befindet sich extrem weit vom Thermodynamischen Gleichgewicht entfernt:
Hier regiert das reine Chaos und man kann gar nichts berechnen. Man könnte auch sagen, es dominiert ausschließlich der Zufall.

3. Das System befindet sich weit weg, aber nicht zu weit weg vom Thermodynamischen Gleichgewicht:
Man kann sich diesen Systemzustand als dünne Grenzfläche zwischen den den Zuständen 1 und 2 vorstellen. In dieser Grenzschicht spielt sich das Werden von Neuem sowie alles ab, was mit Leben zu tun hat. In dieser Grenzschicht tritt eine Mischform auf, das deterministische Chaos.
Versuche das, an einem einfachen Beispiel darzustellen, das noch nichts mit Leben zu tun hat, den Bénard-Zellen (siehe wiki). Hier ist aber das grundlegende Prinzip deutlich zu erkennen.

Deterministisch, also vorhersagbar ist, dass ab einer bestimmten Wärmezufuhr mit Sicherheit Bénard-Zellen entstehen.
Es gibt aber zwei Richtungen, in die sich jede einzelne Bénard-Zelle entwickeln kann. Die allererste sich entwickelnde Zelle gibt die Drehrichtung aller anderer Zellen vor. In welche Richtung die allererste drehen wird, hängt aber vom Zufall ab. Hier spielt der sogenannte Schmetterlingseffekt eine Rolle. Eine beliebig kleine Änderung der Anfangsbedingungen kann ein völlig anderes Ergebnis zur Folge haben. Bei "beliebig" klein müssen wir also in der Zelle gucken, wo die "kleinste" Anfangsbedingung auftritt und das ist auf der Quantenebene der Fall. In dem Moment, wo sich die erste Zelle für eine Drehrichtung "entscheiden muss" kommt es auf Quantenfluktuationen (zufälliges Verhalten der Quanten) an, ob die Zelle links- oder rechtsrum dreht. Berechenbar ist das nicht.
Ilya Prigogine hat nun in seiner Theorie gezeigt, dass diese Zufälle innerhalb einer deterministischen Entwicklung genau die notwendige Ursache dafür sind, dass sich höhere Ordnungsstrukturen entwickeln können, wie z.B. das Leben oder das Bewusstsein.  Diese "Verzweigungspunkte", an denen entschieden wird, welche von mehreren Richtungen ein System bei seiner Entwicklung einschlägt, nennen sich Bifurkationen. Bei der Bifurkation herrscht sozusagen reines Chaos (Prinzip der maximalen Entropieproduktion), aber nachdem sich das System für eine Entwicklungsrichtung entschieden hat, strebt es auf der neuen Ebene dem Zustand maximaler Ordnung  (Prinzip der minimalern Entropieproduktion) zu. 

Die Beschäftigung mit dem deterministischen Chaos bzw. den Dissipativen Strukturen ist extrem spannend und ist das zur Zeit aufregendste Forschungsgebiet innerhalb der  Physik, Biologie, Human- und Sozialwissenschaften.

Antwort
von weckmannu, 27

1.)Die Ursachen für die Unperfektheiten bei Gegenständen unserer näheren Umgebung sind nicht die selben wie für die Entstehung des Alls. Die Tatsache, daß es in der Natur ca. 92 verschiedene Elemente gibt, und diese in allen festen Stoffen gleichzeitig in mehr oder weniger hoher Konzentration vorkommen, reicht zur Erklärung aus unabhängig von der Ursache ihrer Entstehung. Nahezu perfekte Kristalle, z.b. Einkristalle für die Halbleitertechnik, kann man erst herstellen, seit man nach 1945 raffinierte Reinigungsverfahren entwickelt hat, wodurch man 'Verunreinigungen' von < als 1:1Billion erreicht hat. Das ist die Basis für die Mikroelektronik. Normale Gegenstände bestehen nicht aus reinen Einkristallen, sondern aus Stoffgemischen, die deshalb viele Fehlstellen bzw. Gemenge unterschiedlicher Kristalle enthalten.

2.) Das Auftreten von Turbulenzen in praktisch allen bewegten Abläufen, wie Wolkenbildung, Strömung im Bach, Wetter, usw. ist mathematisch nur unvollständig zu beschreiben. Regelmäßigkeiten im scheinbaren Chaos beschreibt die CHAOSTHEORIE.

3.) In der Physik der kleinen Dinge wird die Begrenztheit der Messgenauigkeit 'Heisenbergs Unschärferelation' genannt.

4.) Von den Vorrednern wurde auf neue Theorien von Prigogine verwiesen, die Wahrscheinlichkeit in die Quantentheorie als Alternative zur Kopenhagener Deutung einbringen.

Antwort
von AtomosDerWahre, 44

Chaostheorie

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