Die Nähe von Einfachheit und Chaos – Zum Wesen linearer und nicht-linearer Dynamiken

Für Teichbesitzer ist es ein Albtraum: Das Wasser wird von einer Woche auf die andere trübe und undurchsichtig, an der Oberfläche bildet sich ein grüner Algenteppich, es stinkt furchtbar und die Fische schwimmen bauchaufwärts. Und dabei war doch vor kurzem noch alles okay mit dem Gewässer. Was ist passiert?  Der Teich ist umgekippt. Unter ‚Umkippen‘ versteht man einen schlagartig auftretenden Sauerstoffmangel in einem Gewässer. Als Konsequenz stirbt alles vom Sauerstoff abhängige Leben darin. Dieser Sauerstoffmangel kann entstehen, wenn der Abbau abgestorbener Algen- und Wasserpflanzen mehr Sauerstoff verbraucht, als die lebenden produzieren können. Überspitzt gesagt: Eine letzte abgestorbene Alge lässt die Sauerstoffkonzentration unter einen kritischen Wert sinken (was auch durch äussere Einflüsse wie Wetterbedingungen – Stürme, starker Regen –  ausgelöst werden kann), und Fische und weitere Lebewesen, die auf Sauerstoff angewiesen sind, sterben. Weil deren Körper nun auch unter Sauerstoffverbrauch zersetzt werden, sinkt der Sauerstoffgehalt nur noch weiter. Ein unumkehrbarer Sterbeprozess setzt ein.

Die Plötzlichkeit dieses Prozess verwirrt viele Menschen. Denn sie denken bei ökologischen Systemen zunächst an die gleichen stetig und berechenbar ablaufenden Prozesse, die sie aus ihrem Alltag gewohnt sind. Input (geringe Änderung der Menge abgestorbener Pflanzen) und Output (Gesamtzustand des Teichs) stehen hier im gleichen Verhältnis zueinander. Die Fachsprache nennt diese Art von Prozessen ‚linear‘. Tatsächlich suggerieren die verhältnismässig einfachen (und linearen) Grundgleichungen der Physik (Newtons Grundgleichung der Mechanik, die Maxwell-Gleichungen in der Elektrodynamik, Schrödingers und Diracs Gleichungen in der Quantenmechanik bzw. Quantenfeldtheorie), dass sich die Vorgänge der Natur im Allgemeinen gut berechnen und vorhersagen lassen. So glaubten die Physiker auch lange, dass Unkompliziertheit die Regel sei und die Natur im Grunde recht einfach zu beschreiben und vorherzusagen sei. Vielleicht nicht zuletzt darauf basierte das in den Naturwissenschaften lange Zeit vorherrschende reduktionistische, zuweilen gar mechanistische Denken.

Dabei erkannten bereits die Mathematiker des 18. Jahrhunderts, dass wenn man das Zweikörperproblem der Gravitation (Sonne und ein einzelner Planet, wie dies Keplers Gesetze beschreiben) auf lediglich drei Körper erweitert, die resultierenden mathematischen Gleichungen sehr schwierig werden (und Keplers Gesetze nicht mehr exakt zutreffen). Und bereits das den Menschen des 17. Jahrhunderts seit vielen Jahrhunderten bekannte Würfelspiel zeigt, dass einfache mechanische Prozesse nicht vorhersagbar sein, da die Anfangsbedingungen der Würfel und ihr Aufprall auf Boden und Wand nicht ausreichend genau bekannt sind – und sein können. Unterdessen lässt sich diese Erkenntnisse verallgemeinern: Viele Phänomene in der Natur entsprechen nicht den einfachen Paradefällen der theoretischen Physik. Mit ihren vielen Freiheitsgraden (unabhängigen und daher ‚frei wählbaren‘ Bewegungsmöglichkeiten eines Systems) sind sie derartig komplex, dass sie alles andere als leicht lösbar und vorhersagbar sind. Entgegen dem Glauben aus dem 18. Jahrhundert lässt sich die Natur – und erst recht der Mensch – kaum mittels des Paradigmas einer überschaubaren und beschreibbaren oder gar einfach kontrollierbaren ‚Maschine‘ heraus beschreiben.

So kann das oben erwähnte System von drei Massen (‚Dreikörperproblem‘) bereits ein sehr merkwürdiges Verhalten aufweisen, bei welchem schon minimal kleine Änderungen seiner Anfangsbedingungen zu grossen Unterschieden in seinen Bewegungsabläufen führen. In den 1970er- und 1980er-Jahren entdeckten die Physiker und ihre Mathematiker-Kollegen zahlreiche physikalische Systeme und Modelle, die solche kuriosen Signaturen aufwiesen und sich dabei durch sehr irregulären Bewegungen auszeichneten. Unterstützt durch anschauliche computergenerierte Darstellungen fanden diese Strukturen vor 30 Jahren sogar grosse Aufmerksamkeit in Medien und Öffentlichkeit. Das ‚Apfelmännchen‘, welches diese Form der Dynamik repräsentierte, brachte es dabei zu einiger Berühmtheit.

Wir bezeichnen die Eigenschaft solcher Systeme heute als ‚chaotisch‘. Eine ihrer wichtigen Eigenschaften ist, dass sie ‚nichtlinear‘ sind (technisch bedeutet dies, dass die Variablen der Bewegung in den zugrundeliegenden (Differential-)Gleichungen in höheren Potenzen als eins, der lineare Fall, vorkommen). Anders als in der Umgangssprache charakterisiert der Begriff ‚Chaos‘ in der Physik nicht einen gegenwärtig unordentlichen Zustand eines Systems, sondern eine Eigenschaft der Dynamik seines zeitlichen Verhaltens: Obwohl die zugrunde liegenden Gesetze das Verhalten eines chaotischen Systems im Grunde eindeutig festlegen, ist es dennoch irregulär und unvorhersehbar. Die Physiker sprechen deshalb auch von ‚deterministischem Chaos‘.

Ein solcher Zusammenhang zwischen ‚Determinismus‘ und ‚Chaos‘ mag auf den ersten Blick widersprüchlich erscheinen. Umgangssprachlich wird der Begriff ‚deterministisch‘ zumeist als ‚kausal bestimmt‘ verstanden. Unterscheidet man jedoch zwei verschiedene Arten kausaler Determination, so lässt sich dieser Widerspruch auflösen: Kausale Verknüpfungen können linear oder nicht-linear sein. Lineare Verknüpfungen bedeuten nicht nur ‚gleiche Ursachen, gleiche Wirkungen‘, sondern zudem ‚ähnliche Ursachen, ähnliche Wirkungen‘, was das System über längere Zeiten hinweg gut vorhersagbar macht. Im Fall nicht-linearer Verknüpfungen gilt dies nicht mehr: Hier haben ähnliche, sehr ähnliche, ja sogar fast ununterscheidbare Ursachen sehr verschiedene Wirkungen. Es gilt zwar immer noch ‚exakt gleiche Ursachen, exakt gleiche Wirkungen‘, aber nicht mehr ‚ähnliche Ursachen, ähnliche Wirkungen‘. Bereits kleine Abweichungen von der Exaktheit können große Unterscheide im zeitlichen Ablauf des Systems hervorrufen. Da Anfangsbedingungen in der Realität niemals ganz exakt festgelegt oder festgestellt werden können, ist die Entwicklung eines solchen Systems nicht mehr bestimmbar.

In (deterministisch) chaotischen Prozessen kann es an bestimmten kritischen Schwellenwerten, sogenannten ‚Kipp-Punkten‘, vorkommen, dass sich das gesamte System bei einer nur minimalen Änderung bestimmter seiner Variablen dramatisch ändert (‚kippt‘), während es sich jenseits dieser Kipp-Punkte völlig ‚normal‘ verhält. Das ist, was in einem Teich passieren kann: Er kippt in einen vollständig anderen (in diesem Fall toten) Zustand. Die philosophische Grundannahme von Leibniz – und mit ihm im Grunde eines sehr großen Teils der gesamten abendländischen Naturphilosophie seit Aristoteles, dass „die Natur keine Sprünge macht“ („natura non facit saltus[1]), ist somit falsch. So besitzt beispielsweise unser globales Klima zahlreiche dieser Kipp-Punkte, von denen wir heute wissen.

Diese Einsicht birgt politische Sprengkraft: Denn viele Menschen, unter ihnen auch leider auch zahlreiche Politiker, erkennen nicht, dass sich die Eigenschaften des Klimas auf unserem Planeten mit seinen zahlreichen nicht-linearen Rückkopplungen völlig anders darstellen als die gewohnten linearen Trends, nach denen sich politische und gesellschaftliche Entwicklungen in ihren Augen doch normalerweise richten sollten. So beschreiben Sozialwissenschaftler (insbesondere in den Finanzwissenschaften) mit dem Begriff „schwarzer Schwan“ – ursprünglich eine Metapher der Philosophen John Stuart Mill und Karl Popper[2] – seit einigen Jahren mögliche, jedoch sehr unwahrscheinliche, dramatische und oft verheerende Ereignisse. Während die Physiker (und noch vor ihnen die Biologen) die Charakteristiken der komplexen und unvorhersehbaren Dynamik nicht-linearer Systeme erkannt haben, bedienen sich ihre Kollegen von den Sozialwissenschaften (und unter ihnen insbesondere die Wirtschaftswissenschaftler) nur allzu oft immer noch bis zur Nachlässigkeit vereinfachter Modelle, anstatt den komplexeren Ursprüngen beispielsweise von „schwarzen Schwänen“ nachzugehen. Aufsichtsgremien schenken nach wie vor den Beteuerungen und lumpigen mathematischen Modellen der Finanzindustrie oder den wiederkehrenden Sicherheits-Beschwörungen der Atomlobby Glauben. Dabei verdeutlichen Ereignissen wie 2008 auf den Kapitalmärkten und im März 2011 an der japanischen Küste von Fukushima, und in viel grösserem Massstab die Entwicklung des globalen Klimas unter dem Treibhauseffekt: Wir tanzen auf einem Vulkan. Entsprechend müssen klare Informationen und verantwortliches Handeln eingefordert werden. Im Gegensatz zu gutem politischem Willen fehlt es an mathematischen Modellen und wissenschaftlichen Einsichten dazu nicht. Nichtlineare Prozesse haben in den Naturwissenschaften längst die ihnen gebührliche Aufmerksamkeit gefunden.

[1] Diese Grundannahme, die auch bereits beim Vorsokratiker Heraklit auftritt („Panta Rhei“ – „Alles fließt“), stammt in dieser Form vom Naturforscher Carl von Linné und begründet den biologischen und geologischen Gradualismus. Allerdings gab es um das Thema der Kontinuität des Naturgeschehens in der Geistesgeschichte immer wieder heftige Diskussionen.

[2] Die zuletzt allerdings auf den Satiriker Juvenal zurückgeht, der eine treue Ehefrau „rara avis in terris, nigroque simillima cygno” nennt (ein seltener Vogel in allen Ländern, am ähnlichsten einem schwarzen Schwan“).

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Jahrgang 1969 habe ich in den 1990er Jahren Physik und Philosophie an der Universität Bonn und der École Polytechnique in Paris studiert, bevor ich am Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme in Dresden im Bereich theoretischer Physik promoviert und dort auch im Rahmen von Post-Doc-Studien weiter auf dem Gebiet der nichtlinearen Dynamik geforscht habe. Vorher hatte ich auch auf dem Gebiet der Quantenfeldtheorien und Teilchenphysik gearbeitet. Unterdessen lebe ich seit nahezu 20 Jahren in der Schweiz. Seit zahlreichen Jahren beschäftigte ich mich mit Grenzfragen der modernen (sowie historischen) Wissenschaften. In meinen Büchern, Blogs und Artikeln konzentriere ich mich auf die Themen Naturwissenschaft, Philosophie und Spiritualität, insbesondere auf die Geschichte der Naturwissenschaft, ihrem Verhältnis zu spirituellen Traditionen und ihrem Einfluss auf die moderne Gesellschaft. In der Vergangenheit habe ich zudem zu Investment-Themen (Alternative Investments) geschrieben. Meine beiden Bücher „Naturwissenschaft: Eine Biographie“ und „Wissenschaft und Spiritualität“ erschienen im Springer Spektrum Verlag 2015 und 2016. Meinen Blog führe ich seit 2014 auch unter www.larsjaeger.ch.

31 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Es ist still geworden um die Chaostheorie. Und wie ich es überblicke, hat sie sich seit den 80er Jahren nicht viel weiter entwickelt.
    Welche sprunghaften Veränderungen sich ergeben werden, wenn die globale Erderwärmung an Fahrt aufgenommen haben wird, das kann niemand voraussehen.
    Die kommenden Generationen werden uns wegen unserer Ignoranz einmal verfluchen.

    • Hallo Bote 17
      Ihre Aussage”Die kommenden Generationen werden uns verfluchen” möchte ich doch stark relativieren. Hören Sie sich doch einmal in Ihrem Freundeskreis um, wie viele gerade jüngere Menschen (kommende Generation?) inzwischen permanent mit dem Flugzeug unterwegs sind. Dies nicht etwa geschäftlich, sondern weil es offenbar “in” ist, in möglichst vielen Landern der Erde bereits in jungen Jahren gewesen zu sein. Auch andere Ressourcen werden gerade von jungen und gebildeten Menschen in weit stärkerem Maße mit großer Selbstverständlichkeit verbraucht als es noch in meiner Genaration (65+) meist üblich war.

  2. Nicht-Linearität mit Tipp-Punkten und NP-Komplexität ist gerade in für den Menschen wichtigen Bereichen der Normalfall. Dazu gehört die Ökonomie mit ihren Crashes, dazu gehören Krieg&Frieden&(Revolution/Stagnation/AugusteischeFriedensphasen), dazu gehören auch Erdbeben&Vulkanismus, Klimawandel und vieles mehr.
    Interessanterweise arbeiten auch die hintereinandergeschalteten künstlichen neuronalen Netzwerke, die jüngst zu Erfolgen im Gebiet des Deep Learning führnten, nicht-linear.
    Das Überschreiten von Tipp-Punkten in solchen nicht-linearen, hochdynamischen Systemen kann in Katastrophen münden. Katastrophale Ereignisse sind in der Menschheits-, aber auch in der Erdgeschichte nicht allzu selten gesät. Besonders gefährlich werden solche kaum vorhersehbaren Katastrophen, wenn sie nicht nur Einzelsysteme, sondern das Gesamtsystem betreffen. Aus diesem Grund ist eine globale Kultur und Zivilisation nicht ohne ihre Risiken. Das hat schon die Finanz- und Immobilienkrise 2007/2008 gezeigt, die ihren Ursprung und ihren Anlass in den USA hatte, aber Europa wesentlich härter traf als die USA. Katastrophen, die die ganze Menschheit treffen sprechen sehr für die Idee, der Mensch solle eine multiplanetare Spezies von weitgehend autonom existierenden Zivilisation werden, denn dann sind die Folgen eines Rückfalls in finstere, mittelalterliche Zeiten wenigstens auf einen Planeten begrenzt.

    • @ Herr Holzherr :

      Katastrophen, die die ganze Menschheit treffen sprechen sehr für die Idee, der Mensch solle eine multiplanetare Spezies von weitgehend autonom existierenden Zivilisation werden, denn dann sind die Folgen eines Rückfalls in finstere, mittelalterliche Zeiten wenigstens auf einen Planeten begrenzt.

      Die Diversität zu promovieren scheint Ihrem Kommentatorenfreund richtig, der freundliche hiesige Herr Dr. Grüter beispielsweise denkt genau in diese Richtung.
      Allerdings muss sich hier nichts vorgemacht werden, die auch negative Wirkung des hier gemeinten Primaten auf den hier gemeinten Planeten betreffend.
      Dieser kann sich nicht selbst auslöschen.
      Die von Ihnen womöglich genannten K-Fälle sind nur Episoden des menschlichen Seins und -Hand auf’s Herz!- sollte die Durchschnittstemperatur auf diesem Planeten von zurzeit 288 K auf vielleicht 298 K steigen, wäre dies letztlich und die zeitgenössische Kultur beachtend : nebensächlich.

      Das “Armageddon” hat Stephen Petranek bei den sogenannten TED-Talks recht hübsch, wie einige finden, bearbeitet :
      -> https://www.ted.com/talks/stephen_petranek_counts_down_to_armageddon?language=de

      MFG
      Dr. Webbaer

      • Falsch, was sie schreiben (Zitat):Dieser [der Mensch] kann sich nicht selbst auslöschen. Das kann er sehr wohl und umso mehr und umso besser je grösser seine technischen Fähigkeiten werden. Viel wahrscheinlicher als eine Selbstauslöschung ist aber eine Katapultierung zurück in vorzivilisatorische Zeiten. Das befürchten doch sogar sie selbst, wenn sie immer wieder vor dem Islamismsus warnen. Ein Rückfall in eine vortechnische Ära aber mit einem Zivilsationseinbruch, der hunderte von Jahren anhält, ähnlich den finsteren Zeiten, die nach Zerfall des römischen Reichs anbrachen, ein solcher Rückfall wäre aus der Sicht der meisten jetzt Lebenden eine riesige Katastrophe.
        Mehrer TED-Talks des britischen Astronomen Sir Martin Rees laufen unter Titeln wie Can we prevent the end of the world? oder Ist dies unser letztes Jahrhundert? und Martin Rees hält es für weniger als 50% wahrscheinlich, dass unsere Zivilisation dieses Jahrhundert übersteht und das nicht etwa wegen dem Klimawandel, sondern beispielsweise wegen neuen atomaren odern biologischen Kriegen, wegen terroristischen Anschlägen auf die Menschheit oder weil irgend ein Labor-Nerd das ultimative Virus auf die Menschheit loslässt.

        • @ Herr Holzherr :

          Falsch, was sie schreiben (Zitat):Dieser [der Mensch] kann sich nicht selbst auslöschen.

          Wie denn genau?

          Sie sind ganz anscheinend hier irgendwelchen Moden aufgesessen, Stephen Hawking und so; korrekt bleibt die langfristig negative Perspektive, die es, wie an anderer Stelle beschrieben, zu bearbeiten gilt.
          Zeitnah geht abär nichts im intonierten Sinne.

          Selbstverständlich bearbeitet Dr. W den sogenannten Islamismus, der auch schlicht Islam genannt werden könnte, in diesem Zusammenhang nur subordiniert.

          MFG
          Dr. Webbaer

          • (Zitat)Wie denn genau? kann sich der Mensch selbst auslöschen. Ein weltweiter Atomkrieg oder ein Virus, welches zu unfertilem Nachwuchs führt könnte die Menschheit eventuell auslöschen. Es gibt aber eine ganze Liste vonGlobalen Katastrophen Doch viel wahrscheinlicher als eine Auslöschung der Menschheit ist wohl ein Einbruch der technischen Zivilisation. Das aber wäre ebenfalls verheerend.

  3. Pingback:Chaotische Systeme und „maneuver automaton“ | trollheaven

  4. Wir bezeichnen die Eigenschaft solcher Systeme heute als ‚chaotisch‘. Eine ihrer wichtigen Eigenschaften ist, dass sie ‚nichtlinear‘ sind (technisch bedeutet dies, dass die Variablen der Bewegung in den zugrundeliegenden (Differential-)Gleichungen in höheren Potenzen als eins, der lineare Fall, vorkommen).

    Diese Definition war hier bisher unbekannt, ansonsten war das zuvor Geschriebene bekannt.

    So besitzt beispielsweise unser globales Klima zahlreiche dieser Kipp-Punkte, von denen wir heute wissen.

    Dr. Webbaer kennt einige sogenannte Kipp-Punkte aus dem Hause PIK, allerdings stehen -metaphorisch gesprochen- diese dem Überlaufen einer Badewanne nahe, wenn bspw. der Antarktis unterstellt wird bei bestimmter Erhöhung der terrestrischen Oberflächentemperatur sozusagen zu kippen und weitere positive Feedbacks i.p. Erwärmung des terrestrischen Klimas auszulösen, weil bestimmte Eis-Blockaden dann wegbrechen würden.


    Das Anonym zu sogenannten Kipp-Punkten, also positive Feedbacks meinend, sind in der Klimatologie die sogenannten Klima-Senken, also negative Feedbacks meinend. (Dr. W geht nicht davon aus, dass dies bspw. beim Institut für Klima-Folgen-Forschung besonders bearbeitet werden, qua Auftrag womöglich nicht.)

    Bei diesem Fazit – ‘Wir tanzen auf einem Vulkan. Entsprechend müssen klare Informationen und verantwortliches Handeln eingefordert werden. Im Gegensatz zu gutem politischem Willen fehlt es an mathematischen Modellen und wissenschaftlichen Einsichten dazu nicht. Nichtlineare Prozesse haben in den Naturwissenschaften längst die ihnen gebührliche Aufmerksamkeit gefunden.’ – sieht zumindest der Schreiber dieser Zeilen Einseitigkeit.

    Die sogenannte Klimasensitivität, das atmosphärische CO2 meinend, liegt bei + 1,2 K , der Schreiber dieser Zeilen sieht hier die Notwendigkeit ergänzendes mögliches Feedback bestmöglich zu theoretisieren, sich der dbzgl. Spekulation bewusst seiend.


    Insgesamt, Dr. W hatte mit Großsystemen im wirtschaftlichen Bereich zu hantieren, mit sozusagen nicht-linearen, sozusagen chaotischen, ist es schon so, erfahrungsgemäß, dass diese Systeme auf Störungen oft gutmütig oder verlangsamend reagieren.

    Auch dieser Planet wäre nicht habitabel, würde er in der Vergangenheit auf Störungen nicht deeskalierend, sondern eskalierend reagiert haben.
    Zu beachten bleibt, dass Leben auf diesem Planeten seit ca. drei Milliarden Jahren zu existieren scheint.
    Dies scheint Dr. Webbaer eine wichtige Beobachtung und ein wichtiges Argument, das gegen die Bevorzugung von positivem Feedback (“Kipp-Punkte”) und für die Bevorzugung von negativem Feedback (“Klima-Senken”) spricht.

    MFG
    Dr. Webbaer

    • das System Erde ist nicht selbsterhaltend im Sinne der Gaia-Hypothese wie sie andeuten, sondern eher im Gegenteil gibt es immer wieder katastrophale Änderungen im Erdklima wie etwa snowball earth. Allerdings haben solche Katastrophen bis jetzt noch nicht zur Auslöschung allen Lebens geführt, allerdings wohl einfach darum nicht, weil Leben extrem zäh ist – mindestens wenn mann alle Einzeller und Extremophilen miteinbezieht.
      Sie schreiben noch (Zitat):Das Anonym zu sogenannten Kipp-Punkten, also positive Feedbacks meinend, sind in der Klimatologie die sogenannten Klima-Senken, also negative Feedbacks meinend.
      Doch Kipp-Punkte haben nur wenig mit positiven Feedbacks zu tun, sondern einfach damit, dass durch das Überschreiten eines Kipp-Punkts ein neuer oft metastabiler Zustand erreicht wird wo ganz andere Gesetze gelten. Beispiele dafür gibt es zuhauf: Von der Migräne oder dem epileptischen Anfall bis hin zur wieder grün werdenden Sahara, weil sich das westafrikanische Monsumsystem infolge Erderwärmung geändert hat.

      • @ Herr Holzherr :

        Doch Kipp-Punkte haben nur wenig mit positiven Feedbacks zu tun, sondern einfach damit, dass durch das Überschreiten eines Kipp-Punkts ein neuer oft metastabiler Zustand erreicht wird wo ganz andere Gesetze gelten.

        Negativ. – Aus Sicht der bundesdeutschen PIK-Kräfte sind derartige Kipp-Punkte immer das Feedback, die terrestrische Erwärmung der Oberflächentemperatur bleibt gemeint, positiv unterstützend, die zugrunde liegende und sozusagen technische Klimasensitivität in der Höhe + 1,2 K bleibt gemeint.

        Ansonsten wäre, zumindest vom PIK, von sogenannten Klimasenken gesprochen worden.


        Insgesamt, diesen kleinen Exkurs darf sich Dr. Webbaer an dieser Stelle womöglich gönnen, hat die Klimaproblematik auch gewisse gesellschaftliche Konsequenzen, oder andersherum formuliert: die Gesellschaft oder Teile derselben setzt auf diesem Topos auf und wird politisch, vgl. bspw. mit diesem bundesdeutschen expertokratischen Machwerk :
        -> http://www.wbgu.de/hauptgutachten/hg-2011-transformation/

        Wobei es, wenn es politisch wird, oft auch lyrisch (sic, das Fachwort) wird; Dr. W begutachtet Stellungnahmen zum anthropogenen Klimawandel gerne auch aus literarischer Sicht, vgl. mit dem dankenswerterweise bereit gestellten WebLog-Artikel diesbezüglich:
        -> ‘Wir tanzen auf einem Vulkan.’

        …und auch beim bundesdeutschen PIK sind begnadete Lyriker festzustellen, der Liebling des Schreibers dieser Zeilen bleibt Anders Levermann:
        -> http://www.faz.net/aktuell/feuilleton/debatten/klimawandel-unsere-systeme-sind-erschreckend-verwundbar-1625744-p2.html?printPagedArticle=true#pageIndex_2 (‘Das Klimasystem bebt.’ und anderes)

        MFG
        Dr. Webbaer (der natürlich im Abgang Derartiges -Gaia-Hypothese- zurückzuweisen hat, gemeint war nur, dass persistente sozusagen nicht-lineare Großsysteme aus seiner Sicht, seinen Erfahrungsschatz meinend eher balancieren, als eskalieren, wobei diese Beobachtung als intrinsisch veranschlagt worden ist)

        • Tipping Point ist ein allgemeiner Begriff für eine Umwälzung wenn ein kritischer Punkt erreicht wird. Er ist nicht auf den Klimawandel beschränkt, wird dort aber häufig verwendet. Im Klimasystem können durch die Erderwärmung Kipp-Punkte überschritten werden, Kipp-Punkte ab denen sich das Klima einer Region dramatisch ändert und beispielsweise Ozeanströmungen umgelenkt oder stark abgeschwächt werden. Wie dramatisch das für die Menschheit als Ganzes werden wird ist aber schwierig zu sagen.
          Sie schreiben noch:
          Ansonsten wäre, zumindest vom PIK, von sogenannten Klimasenken gesprochen worden Sie meinen wohl CO2-Senken, nicht Klimasenken. CO2-Senken, sind Gebiete oder Systeme, die atmosphärisches CO2 aufnehmen. Das hat mit Kipp-Punkten nun gar nichts zu tun. Wie gesagt, Kipp-Punkt ist ein allgemeinerer Begriff und hat mit positive Rückkoppelung nur indirekt etwas zu tun. Positive Rückkoppelung – also Selstverstärkung einer Entwicklung – kann tatsächlich dazu führen, dass ein Kipppunkt überschritten wird. Doch oft sind positive Rückkoppelungen nur in einem bestimmten Bereich wirksam und werden dann durch etwas anders ausgebremst. Beispiel: Ein Erderwärmung verstärkt die bereits vorhandene Erwärmung über Abschmelzen von Gletschern und Polkappen und Freisetzen von weiteren Treibhausgasen aus dem aufschmelzenden Permafrost. Doch das bedeutet nicht, dass die Erwärmung sich über alle Grenzen verstärkt, denn es gilt ebenfalls, dass eine höhere Erdoberflächentemperatur auch zu verstärkter Abstrahlung von Wärme ins Weltall führt und zwar steigt die Wärmeabstrahlung mit der vierten Potenz der Oberflächentemperatur.

        • Sehr geehrter Herr Webbaer (das Dr. vor Ihrem wahrscheinlich als hochintellektuelles Synonym aufzufassenden Namen dürfen dem akademischen Titel nach Gleichrangige ja normalerweise unter beiderseitiger Anerkennung ihrer jeweiligen Titel unterschlagen…)

          Ich lese gern die Leserbeiträge nach den Blog-Artikeln, da man oft aus den unterschiedlichen Sichtweisen der fleißigen Schreiberlinge mehr lernt als aus dem Artikel selbst und dabei, nach aufmerksamem Lesen, besser seine eigene Meinung bilden kann. Ihre Beiträge dagegen wirken einerseits ziemlich ermüdend auf den Geist ihrer ihnen anhaftender Unverständlichkeit wegen, andererseits wieder ermunternd, wenn man sich vorstellt (und dabei in sich, der offensichtlichen einsamen Armseligkeit des Zwanges, der Gemeinschaft hier deren eigene Unzulänglichkeit wie einen Spiegel vor die Nase halten zu müssen, gewahr, hineinlächelt), wie gut und selbstgefällig Sie sich nach dem Abfassen hochverschachtelter Schachtelsätze, gespickt mit Abkürzungen und Einbringungen eigener Ansichten und momentaner sarkastischer Bezugnahmen auf andere Kommentatoren unter Nutzung der dritten Person, fühlen müssen.

          Wenn Sie sich und Ihren Hyperintellekt doch nur nicht so vulgär feiern würden und sich anstatt auf Nervtötung auf Konstruktivität konzentrieren könnten, wäre dem Informationsgehalt und Unterhaltungswert so einiger Blog-Diskussionen geholfen. Und – irgendwie – habe ich das Gefühl, ich spreche hier auch einigen anderen Diskussionsteilnehmern ein bisschen aus dem Herzen…

          Danke für Ihre Aufmerksamkeit.

  5. Martin Holzherr,
    ………..Wärmeabstrahlung,
    Die Grundannahme für die Klimaerwärmung ist der Rückgang der Wärmeabstrahlung wegen der Treibhausgase.

    Dr. Webbaer,
    Ihr Optimismus in Ehren, aber immerhin verlassen die Bewohner der Pazifik Inseln ihre Heimat, weil ihnen das Wasser in die Hütten läuft.
    Die Bewohner in Nahost verlassen ihre Heimat nicht nur wegen des Bürgerkrieges, sondern auch wegen der jahrelang anhaltenden Dürre dort.
    genauso ergeht es den Bewohnern von Süd-Sudan und Äthiopien.
    Das kann man doch nicht ignorieren.

    • Richtig:Die Grundannahme für die Klimaerwärmung ist der Rückgang der Wärmeabstrahlung wegen der Treibhausgase. Weiter gilt: Der Rückgang der Wärmeabstrahlung durch Treibhausgase wird durch eine höhere Oberflächentemperatur der Erde kompensiert, denn bei einer höheren Oberflächentemperatur wird letztlich mehr Wärme in den Weltraum abgestrahlt.

      Letztlich muss die Wärmebilanz der Erde ausgeglichen sein, es muss also gleich viel abgestrahlt werden wie eingestrahlt wird. Wenn die Einstrahlung zunimmt (z.B. durch Treibhausgase), dann muss auch die Abstrahlung zunehmen. Das geschieht auch, nämlich über eine höhere Eroberflächentemperatur, die die Abstrahlung stark erhöht.

  6. Martin Holzherr,
    ……Einstrahlung = Abstrahlung,
    dieses Gesetz gilt, aber die Sonneneinstrahlung wird umgeformt in langwellige Wärmestrahlung, die wieder von der Atmosphäre reflektiert wird. Darum die Erwärmung. Das ist kein selbstregulierendes System mehr. Das schaukelt sich auf. Deswegen ist die Venus viel wärmer, als sie es sein sollte.

    • Zitat:Das ist kein selbstregulierendes System mehr. Das schaukelt sich auf. Falsch. Die Erde ist nicht in Gefahr zur zweiten Venus zu werden – jedenfalls jetzt noch nicht, erst in 500 Millionen Jahren oder noch mehr, wenn die Sonneneinstrahlung stark zugenommen hat, weil die Sonne sich langsam zum roten Riesen aufbläht.
      Sogar mit Erderwärmung durch zunehmende Treibhausgase bleibt die Erde in einem sicheren Bereich deutlich unterhalb der Temperatur wo Wasser zu sieden beginnt, denn mit zunehmender Erdoberflächentemperatur steigt zwar auch der Treibhauseffekt etwas (über mehr Wasser in der Atmosphäre beispielsweise) aber auch die Abstrahlung nimmt stark zu – mit der vierten Potenz der absoluten Oberflächentemperatur nämlich.

  7. Wenn das Meer warm genug wird, dann beginnt sich das Methanhydrat auf dem Meeresgrund zu zersetzen, was einen deutlichen Kipp-Punkt darstellt.
    Methan ist als Treibhausgas rund 25 mal wirksamer als Kohlendioxid, und es wird in rund 15 Jahren in der Atmosphäre zu Kohlendioxid umgewandelt.
    Die Methanhydratlager enthalten rund doppelt so viel Kohlenstoff wie alle anderen fossilen Brennstofflagerstätten zusammen.

  8. Martin Holzherr,
    …….Siedepunkt des Wassers,
    das ist doch tröstlich, zumal der Siedpunkt auf über 100 grad C steigen wird, wegen dem erhöhten Gasdruck.
    10 Grad reichen aus, um den Äquatorgürtel unbewohnbar zu machen.
    Was mit den Weltmeeren passiert, Herr Bednarik hat es gerade angesprochen, das Methanhydrat wird schmelzen.
    Sicher wird die tundra vom Anstieg der Temperatur profitieren. Aber es wird riesige Veränderungen geben.
    Wir werden nicht profitieren, weil die Vegetationsperiode nicht nur von der temperatur abhängt, sondern von der Sonneneinstrahldauer.

    • Die Erderwärmung ändert potenziell alle Erdklimata, von der Arktis bis zu den Tropen. Wir steigen kurz aus der gegenwärtigen Eiszeit in eine Heissphase auf, eine Heissphase wie sie es letztmals vor mehr als 33 Millionen Jahren gab.
      Eine finale Katastrophe ist das nicht, einen Klima-Runaway hin zu einem Venusklima wird es nicht geben. Die Methanhydratreserven werden wohl nur zum kleineren Teil freigesetzt. Es stimmt aber, dass sich die Erwärmung über mehrere Mechanismen selbst verstärkt und dass sie auch aus diesen Gründen sehr lange anhalten kann -sehr lange nach menschlichen Masstäben nicht nach geologischen.
      Für die Menschheit können solche massive Klimaveränderungen, die mit starken Meeresspiegelanstiegen und Veränderungen in den Weltozenanen einhergehen, gefährlich werden, vor allem weil die Menschheit bei einer Population von bald schon 10 Milliarden und einem weltweiten Wirtschaftswachstum um 3% pro Jahr, die natürlichen Ressourcen sehr stark beansprucht und auf Engpässe nicht vorbereitet ist.

    • Dass selbst viele KlimaBesorgte auf die “richtige” Art der Dekarbonisierung drängen, anstatt jede Form zu begrüssen, verstehe ich nicht. In Deutschland und Europa insgesamt dominiert beispielsweise das Ideal der dezentralen Lösung des Klimaproblems wozu jeder Ort ohne Importe oder Exporte klimaneutral werden soll.
      Doch mit heutigen technischen Mitteln lässt sich das gar nicht realisieren. Und ein paar Jahrzehnte zuzuwarten bis die Technik so weit ist, ist angesichts der Langzeitfolgen eines Zuwartens grundfalsch.

  9. Nicht-Lineare Dynamiken und daraus resultierendes deterministisches Chaos sind dafür verantwortlich, dass viele für die Politik und Gesellschaft wichtigen “Wissenschaften” keine zuverlässigen Prognosen machen können. Finanz- und Immobilienkrisen, aber auch schon Rezessionen sind nicht vorhersebar, ebensowenig lässt sich zuverlässig sagen wie sich ein politischer Konflikt weiterentwickelt oder wie lange ein Krieg andauert.
    Wobei detailliertere Informationen und ein besseres Wissen über die Dynamik durchaus zu besseren Prognosen führen können, denn die Nicht-Linearität bedeutet nicht etwa fehlende Gesetzmässigkeit und das zu beobachtende Chaos ist ein deterministisches Chaos und steht nicht für völlige Regellosigkeit.
    Neurdings versuchen mehrere Hochschulen und Forschungsprogramme mehr Licht in solche dynamische Prozesse zu bringen. Beispielweise will das Financial Crisis Observatory Finanz- und Aktienmarkblasen erkennen, ihre superkritische Phase identifizieren und den Zeitpunkt des Erreichens von Kipp-Punkten prognostizieren.

  10. Martin Holzherr,
    ……geologische Maßstäbe,
    na dann lassen wir es doch mal richtig heiß werden. So ein CO2 Szenario ist bei geologischen Maßstäben nur ein Interimsspiel.

    • Die anthropogene Erwärmung kann maximal die nächste Kaltzeit – zu erwarten in 50’000 Jahren – ausfallen lassen. Genau kann man das nicht sagen, weil die CO2-Verweilzeit mit grossen Unsicherheiten belastet ist.
      Im Prinzip ist jede Erwärmung über 1.5 Celsius unerwünscht – allein schon wegen dem zu erwartenden Meeresspiegelanstieg, der ja Probleme entlang allen Küsten (insgesamt mehrer zehntausend Kilometer Küste weltweit) machen wird. Ich könnte mir deshalb vorstellen, dass eine spätere, weiter entwickelte technische Zivilisation CO2 aktiv aus der Atmosphäre entfernen wird.

  11. Hehe, manche glauben immer noch dass der Mensch grundsätzlich erstmal gut ist.

    Sogar zB in der Finanzwelt (ok, maßlose Habgier/Größenwahn/Sucht ist eine Krankheit/Besessenheit, bzw Sucht kommt von suchen, gibt aber verschiedene Gründe warum es diesbezüglich nicht funktionieren kann!).

    Aber die wollen nur unser “Bestes”… (eine Finanzkrise ist nur eine Umverteilung, obwohl zB.. Stehlen und Begehren fremden Eigentums im, ok, zumindest ehemaligen, jüdischen Grundgesetz, den 10 Geboten, ja verboten sind).

    PS an die Klimaskeptiker: wenn kurzfristige Veränderungen (Erhöhung der atmosphärischen Temperatur durch den Treibhauseffekt) auf langfristige Prozesse wie das “globale Förderband” treffen kann es nur echtes (zB wieviele nichtlineare Parameter gibt es?) Chaos geben.

    Und auch der durch fossilen Sprit betriebene SUV-Süchtige (echten Spaß machen übrigens leichte! Fahrzeuge, und, ok, ABS ist noch ok) muß noch essen (mal gucken wie lange es auch hierzulande noch Ernten gibt, ist nicht nur die Frage ob es regnet, sondern auch wann und wie viel, alles Kurzform).

    Naja, hätte schon mal einen Vorschlag für ein lebensförderndes Programm…
    Einen 4-Punkteplan (kritik..lose Anhänger, ok, Frau M. ist ja Hohepriesterin und nicht Anhänger, der totalen Wachstums- und Globalisierungsreligion bitte weglesen):

    materiell bescheiden
    menschlich reich
    natürlich gesund
    Klasse statt Masse

    Ok, wird wohl leider erst nach dem “Aufschlagen” des schwarzen Schwans Jesus Christus auf dem Ölberg in Jerusalem eintreten.

    Besonders angesichts des heutigen postrationalen Zeitalters (Doppeldenk&Co, zB immer größere legitimierte Autos gegen den Klimawandel, Energiewende ohne Speicher etc etc etc etc )

  12. Noch mal eine fachliche Frage (hab leider vor Urzeiten nach 2 Semestern Physik abgebrochen…).

    Können Quantencomputer bei der Lösung von Differentialgleichungen helfen?

    Bisher ist die Menschheit ja noch durch viele bisher unlösbare Differentialgleichungen (ab und an wird ja mal eine Lösung gefunden, über die Lösung des schiefen Wurfs mit Luftwiderstand freut sich bestimmt das Militär besonders) quasi vor sich selber geschützt…

    (Maschinen die zB die Raumzeit beeinflussen, D hatte ja damals.. wohl die höchste fähige Physikerzahl, haben ja angeblich schon eine gewisse Tradition, zumindest diesbezügliche Effekte zumindest mir bisher unbekannt, war zumindest damals ja noch in der Erprobung -> einige Tote, kann aber bei zukünftigen Technologien nur noch schlimmer werden, “Zauberlehrling” und so…).

    • rap schrieb (2. Juni 2017 @ 12:57):
      > Können Quantencomputer bei der Lösung von Differentialgleichungen helfen?

      Nein.

      Sondern (bestenfalls) umgekehrt:

      Die zuverlässige, schrittweise (“linear“) nachvollziehbare Lösung bestimmter mathematischer Probleme (z.B. von bestimmten Differentialgleichungen),
      zusammen mit einer Übersetzung des betreffenden Problems in einen Algorithmus der auf (nicht-“linearen”) Quantenoperationen beruht,

      erlaubt zu beurteilen,
      ob der betreffende Algorithmus in einer gegebenen Quanten-Computer-BlackBox Rechnung für Rechnung richtig implementiert war und ungestört abgearbeitet wurde,
      oder in wie fern nicht.

  13. Pingback:Psiram » Psirama – Der Psiram-Wochenrückblick (KW22, 2017)

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