Chaos & Ordnung - IAAC

Keine zwei Körner fallen aber ganz gleich. Warum fallen sie alle verschieden?
Sie haben verschiedene Größe, Form und Gewicht. Es hängt auch vom Startzeitpunkt ab.
Viele Körner bilden ein makroskopisches Muster, von außen sehen wir ein kollektives Verhalten. Es handelt
sich um ein geschlossenes System vieler einzelner Teilchen, das unter speziellen physikalischen Bedingungen
steht – äußeren und inneren.
Wie läßt sich eigentlich der Prozeß beeinflussen?
Wir können von außen die inneren Bedingungen ändern (Drehen).
Von da an geht die Entwicklung jedoch von selbst weiter, physikalischen Gesetzen folgend. Solche Prozesse
bezeichnet man als „selbstorganisierte“ Prozesse.
Betrachten wir das Ganze genauer. Wir haben 2 Arten von Sand, zu Beginn liegen beide unten. Was geschieht,
wenn wir den Behälter umdrehen?
Es beginnt der Fall. Er beginnt oben; ein Korn fällt als erstes.
Beobachten wir die nächste Phase.
Es bilden sich Wirbel, Umwälzungen. Sie kommen vom Wasser.
Danach, etwa in der Mitte, erkennen wir eine völlige Vermischung beider Arten von Sand. Wie können sie
am Ende wieder getrennt sein?
Die größeren Körner sind schwerer. Nein, sie haben größeren Wasserwiderstand, weil sie eine größere Oberfläche
haben.
Auch wenn wir das Ganze oft machen, sehen wir: Die Selbstorganisation hat immer die gleichen Phasen,
ähnliche Abläufe: Ein Korn beginnt – zufällig!, es bilden sich Wirbel, die Sandarten mischen sich vollständig.
Danach kommte eine interessante Phase: Die einzelnen Teilchen fallen praktisch frei, unbeeinflußt voneinander,
um sich zuletzt wieder zu trennen. Wir können den Prozeß allgemein beschreiben, aber nicht im Detail,
nicht für einzelne Körner ...
Wenn wir immer die selben Formen haben, das ist aber mehr Ordnung als Chaos?
Ist die völlige Vermischung in der Mitte auch Chaos oder Ordnung? Es sieht nach Ordnung aus, weil wir
eine gleichmäßige Verteilung haben, aber: es handelt sich um ein dynamisches System, alles ist in ständiger
Bewegung.
Stellen wir uns vor, diese Anordnung wäre riesengroß und wir als Beobachter sehen nur einen kleinen Teil
davon, immer den gleichen. Ist unser Blickfenster oben, sehen wir Wirbel oder Teile davon. In der Mitte
gleichmäßig vermischten Sand. Unten schwarzen Sand, der sich auf weißen schichtet. Abhängig von unserem
Standpunkt und Blickwinkel beurteilen wir das selbe System ganz anders, weil wir nur einen kleinen
Teil davon wahrnehmen.
So ist auch unsere Situation im Kosmos: Wir schauen ins Universum, aber unser Fenster ist klein, nicht nur
bezüglich des Ortes, sondern auch in der Zeit. Unser Blick auf die Welt hängt von Ort und Zeit ab. Im
beobachteten selbstorganisierten System konnten wir deutlich einzelne Phasen wahrnehmen, aber nur, weil
wir genug Distanz und Zeit hatten, den ganzen Ablauf zu verfolgen. Hätten wir nur in einen kleinen Ausschnitt
kurz hingeschaut, unser Bild wäre ein ganz anderes gewesen!
Gibt es noch andere Einflüsse?
Wie oft es gedreht wird; der Wasserdruck?; die Temperatur ...
Das stimmt, der Prozeß hängt auch von diesen Größen ab. Aber was ist mit der Länge des Behälters? Was,
wenn er etwa nur halb so lang wäre?
Wir würden unten gemischten Sand erhalten, nicht getrennten.
Und wenn man andere Sandkörner benutzte, etwa feineren Sand?
Dann könnte er sich doch wieder trennen.
Es hängt also vom Verhältnis der Größe der Körner zur Größe des Behälters ab. Bei großen Körnern in einem
großen Behälter erhalten wir das gleiche Resultat wie mit kleinen Körnern in einem kleinen Behälter.
Nur mit einer einzigen Größe können wir den Prozeß nicht beschreiben.
Was ist nun mit der klassischen Dynamik? Ihr habt alle in der Schule die Grundlagen der Physik gelernt,
Newton, Mechanik. Welche Konzepte oder Größen benutzt man dort zur Beschreibung von Bewegungen?
Gravitation; Geschwindigkeit; Richtung; Reibungswiderstand, Schwerpunkt ...
Versucht einmal das Verhalten dieses Systems mit diesen Größen zu beschreiben: Gravitation, Geschwindigkeit,
Beschleunigung, ...
Es ist nicht möglich.
Es gibt Systeme, die wir nicht mit der klassischen Physik beschreiben können. Aber vielleicht können wir
doch Größen finden oder ihnen abgewandelte Bedeutungen geben, um Erklärungen zu finden. Wie sieht es
mit der Geschwindigkeit aus? Was können wir beobachten?
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