Schmetterlingseffekt

flow1979

Hallo,

der Orkan fängt bei uns gerade an zu toben, da bin ich auf die Frage gestoßen, ob hier im Forum der "Schmetterlingseffekt" schon einmal thematisiert wurde ???

Ich weiß,das Thema ist kompliziert und selbst Physiker streiten sich darüber inwieweit der Flügelschlag eines Schmetterlings bei bestimmten Wetterbedingungen an einem weit entfernten Ort einen Orkan,Hurrican oder Tornado auslösen kann.

Hat sich jemand schon einmal mit diesem Phänomen,oder allgemein mit der Chaostheorie befasst ?

Hier ist die Definition aus dem Brockhaus :

Schmetterlingseffekt,

Physik: in der Chaostheorie der Umstand, dass eine kleine Ursache eine große Wirkung haben kann. Bei Untersuchungen zur Wettervorhersage und der Simulation verschiedener Wetterszenarien in den 1960er-Jahren erkannte der amerikanische Meteorolge Edward N. Lorenz, dass sich bei nichtlinearen Systemen winzige Differenzen in den Anfangsbedingungen gravierend verstärken können, sodass das System schließlich »chaotisch« reagiert. Beispielsweise kann der Flügelschlag eines Schmetterlings an einem Ort der Welt an einem anderen Ort zu einem Orkan führen. Diese (später als Schmetterlingseffekt bezeichnete Entdeckung) zeigt, dass die Unsicherheit in den Systemanfangsbedingungen (die Anfangswertsensibilität) dazu führt, dass deterministische Vorgänge über längere Zeiträume hinweg prinzipiell nicht vorhersehbar sind.

(c) Bibliographisches Institut & F. A. Brockhaus AG, 2001

Kommentar :

(man muss aber dazu sagen, niemand kann Beweisen, dass es den Schmetterlingseffekt wirklich gibt, aber man kennt die "chaotischen und unberechenbaren" Luftzirkulationen, welche von einem Schmetterlingsflügel ausgehen.)
Alles Humbug ? Nein, ich denke daran sieht man, dass wir noch längst nicht alles Erforscht und Entdeckt haben auf diesem Planeten !!!

flow1979

Hier sieht man mal Grafiken von einem " Mini-Tornado " ,der bei dem hochfrequenten Flügelschlag eines Schwärmers , z.B. Agrius convolvuli entsteht.
Man kann sich vorstellen, was passiert wenn sich diese Luftwirbel bei bestimmten Wetterbedingungen ungestört aufschaukeln .

Dies ist jedoch ein Beispiel für relativ einfache Turbulenzen an einem Schmetterlingsflügel.

Unberechenbare ,chaotische Luftströmungen sind für die Forschung interessanter und hier liegt noch vieles im Dunkeln.

Oberflächenstruktur:

[Blockierte Grafik: http://kunde7.juli.bimetal.de/bilder/schmetterlingsfluegel.gif]

Ausschlaggebend für chaotische Turbulenzen sind die Oberflächenbeschaffenheit der Flügel, die Schuppenstruktur und (wie mir ein schlauer Mensch berichtet hat) besonders die Struktur der Flügelränder !

Komplizierte Flügelrandstruktur = komplizierte Luftwirbel, die dann nicht vorhersehbar sind.

[Blockierte Grafik: http://kunde7.juli.bimetal.de/bilder/schmetterlingseffekt.gif]

fladda

Hallo Florian,

die Idee, die Du da hast ist nicht neu, aber durchaus diskussionswürdig. Zu meiner Zeit kämpfte ich mit der Ansicht, dass UVP's mit nur qualitativen Ergebnissen vollkommen ausreichend wären, quantitative Untersuchungen hielt man damals für vollkommen überflüssig. Schon meine erste Veröffentlichung bezüglich eines Fundes von S. grabroniformis zeigte mir, dass es eben doch nicht ganz so ist.
Vieles , und das ist meine Überzeugung, hängt heute von dem Flügelschlag eines einzelnen Schmetterings oder eines anderen Wesens ab.
Berechenbar wird das aber genauso wenig, wie die Entwicklung einer Population einer Schmetterlingsart an ihrem Standort. In meiner Diplomarbeit habe ich versucht die Entwicklung einer Population in eine mathematische Formel zu zwängen mit mehr oder weniger guten Erfolg.
Die Chaostheorie und damit der Schmetterlingseffekt ist ein wirklich interessantes Thema, dass aber die meisten von uns nicht verstehen wollen oder möchten.

Ich bin überzeugt, dass es den "Schmetterlingseffekt" gibt.

Viele Grüße Franz

flow1979

Hallo Franz,

wie ich deinem Beitrag entnehmen kann, ist dir die Chaostheorie bei deinen Untersuchungen auch bereits begegnet, speziell die Unverhersagbarkeit bei vagen Anfangsbedingungen.

Ich denke, jedem, der sich noch nicht mit diesem Thema befasst hat, ist wirklich etwas entgangen !

Ich verfolge manchmal Diskussionen zur Chaostheorie in diversen Foren. Man muss beachten, dass der Begriff "Schmetterlingseffekt" zwar klar definiert ist, jedoch inzwischen mehrdeutig geworden ist.

Den Schmetterlingseffekt als Metapher für den Schneeballeffekt / Dominoeffekt zu sehen, hat zwar in die Umgangssprache Einzug gehalten, jedoch bringt einem das der in der Chaostheorie nicht wirklich weiter.
Genauso wenig sollte man den Schmetterlingseffekt nicht einzig und alleine als "Zahlenwolke in Schmetterlingsform" ansehen . Die Chaostheorie selbst sollte uns ja schon erkennen lassen, dass mathematische Formeln uns der Sache nicht näher bringen. Da bin ich ganz deiner Meinung !

Vielleicht ist der Schlüssel zum Chaos ja in der Kernaussage der Chaostheorie zu finden, also der Frage, inwieweit es möglich ist, dass ein Schmetterling einen Orkan auslösen kann.

Hier entstanden inzwischen neue Fragestellungen :

wenn ein Schmetterling einen Sturm auslösen kann, kann er ihn dann auch verhindern ?

welches sind die Anfansbedingungen (in diesem fall tatsächlich auf das Wetter bezogen) welche dazu führen dass der Unwahrscheinlichste Fall plötzlich zu einem "Absturz" des Systems führt und der unwahrscheinlichste Fall wahrscheinlich wird ???

Lieber Gruß,

Flo

Bostjan Dvorak

Hallo Florian, hallo Franz,

ein spannendes Thema, danke dafür!
Ein Schmetterlingsflügelschlag kann gewiß eine Menge auslösen - und tut das sicher auch; aber das gilt für alle anderen Dinge natürlich ebenso. "Auslösen" oder "Verhindern" ist dabei wohl eine Deutungsfrage es gilt natürlich beides; ein Zustand wirkt sich immer auf einen folgenden Zustand aus - eigentlich auf alle folgenden Zustände.
Mit dem Begriff "Chaos" habe ich dabei eher Probleme; wie unterscheiden sich "chaotische" Zustände von den "normalen"? Mögen auch manche Vorgänge unübersichtlich erscheinen, aus der Tatsache, daß wir die Kette aus Ursachen und Folgen (oder ähnlichen Verknüpfungen) nicht detailliert verfolgen können, ergibt sich noch nicht, daß es eine solche nicht gibt...
Es gibt immer eine bestimmte Menge von Möglichkeiten, aus der jeweils die nächste passiert - kein Detail ist dabei zu vernachlässigen, auch nicht der Lufthauch, der beim Flügelschlag eines Schmetterlings entsteht...

Andrew

Ich finde, Bostjan hat es treffend dargelegt:
Das "Chaos" ist vielleicht nur in der Wahrnehmung des Menschen ein solches. Die Kette (eigentlich ein Netz) von Ursachen, Auslösern und Vorgängen ("Zustände" klingt zu statisch;-) ) ist einfach zu kompliziert, um von uns endgültig verstanden zu werden - zumal wir selber Teil davon sind.
Daher ist die "Chaostheorie" womöglich Ausdruck der heimlichen Ahnung, dass wir mit unseren Wissenschaften zwar tolle und wichtige Instrumente entwickelt haben, um gewisse Phänomene bis zu einem bestimmten Punkt in einer uns verständlichen Form in eine Systematik einzuordnen. Dennoch können wir niemals jedes kleine und zunächst irrelevant erscheinende Detail im unglaublich komplexen Netz von Ursachen und Wirkungen, das die Natur bzw. das Sein an sich ausmacht, glaubwürdig in ein umfassendes wissenschaftliches Schema einordnen. Oder...?
Das ist absolut nicht als ablehnende Haltung gegenüber den Wissenschaften zu verstehen oder so, sondern lediglich als eine Art Eingeständnis, dass wir trotz unserer modernen Wissenschaften "nur" ein kleiner Teil sind in dem für uns manchmal chaotisch erscheinenden "Wirkungsnetz" des Seins und der vielleicht doch nicht bestimmbaren Menge von Möglichkeiten - mit dem Unterschied, dass wir uns zumindest einbilden, wir seien die Einzigen, die wissen wollen, "wozu das alles gut sein soll"...
Wer sagt eigentlich, dass sich ein Schmetterling nicht genau das Gleiche fragt, am Ende gar vor Verzweiflung absichtlich Orkane auslöst

flow1979

Sebstverständlich ist Chaos eine menschliche Empfindung, nicht mehr und nicht weniger ! Wir überschätzen uns maßlos, wenn wir denken, dass wir das Wetter oder andere deterministische Vorgänge vorhersagen und berechnen können.
Schon Lorenz merkte bei seinen meteorologischen Berechnungen, dass sich die Natur nicht in mathematischen Formeln ausdrücken lässt.
Wolken sind keine Kugeln, Berge keine Kegel und der Umfang von Italien unbekannt.

Jeder Physiker / Mathematiker wird bereits daran scheitern, die Blasenbildung kochenden Wassers in einem simplen Kochtopf zu berechnen und vorherzusagen !

Es ist ein riesiger Trugschluss, wenn wir denken, wir wären sehr weit gekommen, den Naturphänomenen dieses Planeten auf die Spur zu kommen. Wenn es schon beim Wasserkochen scheitert...

Aber um mal auf den Punkt zu kommen : Bisher ist es noch unmöglich, die Turbulenzen eines Schmetterlingsflügel vorherzusagen. Sehr wohl kann man diese Turbulenzen, welche sehr unterschiedlich aussehen können, in Windkanalexperimenten sichtbar machen.

Zur Berechnung müsste man alle Möglichen Variablen berücksichtigen, also Schuppenstruktur der Flügel, Randstrukturen, Größe, Schlagrichtung, Frequenz,etc.
Das alles geht dann sehr in die Richtung physikalische Chaostheorie, wo man versucht turbulente Strömungen in der Luft als Serie von Bifurkationen zu errechnen. Lew Landau (Nobelpreis 1962) formulierte mal :" Eine hohe Frequenz kann Chaos vortäuschen",( diese Formulierung überfordert mich aber gerade, sorry).
Paradoxerweise ergeben die Rechenmodelle für Luftwirbel, grafisch in einem 3D-Orbit dargestellt (wie zahlreiche andere Chaos-Berechnungen) die Form eines Schmetterlings.

Lieber Gruß,

Flo

flow1979

Ich hab einen guten Literaturtipp zum Thema :

Gerthsen Physik von H.Vogel , Springerverlag , 18.Aufl

Hier wird das Thema auf ca. 50 Seiten sehr gut verständlich dargestellt.
(hab ich sogar gerafft :fröhlich:)

das Buch ist für ca. 25 Euro gebraucht erhältlich, zB. Ebay

Nachtflocke

Na ja, wesentlichere Kräfte als der Schlag eines Schmetterlingsflügels (oder das Abfallen eines Blattes von einem Baum?) dürften wesentlichere Auswirkungen aufs Wetter haben. Ich denke hier an die Sonneneinstrahlung, Sonnennähe und -ferne, Achsneigung der Erde, die Größe von Wüsten, Wasser- und Waldflächen, das Heizen der Menschen mit Milliarden Herd- und Industriefeuern sowie Motoren) und die Corioliskraft, die wohl besonders für die Meeresströmungen verantwortlich ist.
Aber Chaos ist das eben nicht.
Es wäre ja berechenbar, lägen genügend Daten vor (und deren Verarbeitungskapazität).

Wichtig erscheint mir, dass die Chaostheorie auch das Gesetz der Serie beinhaltet, wonach sich bei Zufallsüberlassung ("Apfelmännchen") eben nicht alles gleichmäßig verteilt, sondern mit geringfügiger Häufigkeit öfter geschieht, was schon geschehen ist.

So gab es beim Urknall angeblich etwas mehr Materie als Antimaterie, weshalb sich nicht gleich wieder alles in Energie verflüchtigte. Mittlerweile weiß man, das auch andere Zufälle, die zum Erstehen des Lebens führten, völlig unwahrscheinlich waren, z.B. das Entstehen der Planeten. Man weiß aber neuerdings auch, dass hunderte Sonnen Planetensysteme aufweisen.
Auch ist bekannt, dass bestimmte Lottozahlen seit Ziehungsbeginn geringfügig häufiger gezogen werden als andere. Nach der Chaostheorie stellen die Ziehungen einen willkürlichen Ausschnitt aus einer theoretisch unendlichen Zahl von Ziehungen dar, sodass sich die Tendenz der häufiger gezogenen Zahlen mit hinreichender Wahrscheinlichkeit fortsetzen wird. Es gibt Systeme dafür, die geringfügig höhere Trefferquoten beinhalten als die Zufallsauswahl der sechs Zahlen oder gar das Setzen auf selten gezogene (schlechtere Ergebnisse).
Für mich sind diese unerklärlichen Regelmäßigkeiten der Chaostheorie, die letztendlich erst die Existenz von irgendetwas bis hin zum Leben begründen, ein Wirken und/oder Wesen der Großen Göttin.

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