Montag, März 18, 2019

Autonome Weltumrundung ohne Energie

Ein Flug um die Welt

Historisch gab es schon viele Weltumrundungen, angefangen bei Magellan, dessen Schiffe  (1519-1522) die Welt umrundet haben, er selbst hat die Umrundung leider nicht überlebt. Ein unbekannter indonesischer Übersetzer, der in Lissabon eingeschifft wurde, war aber der erste, der tatsächlich die Welt umrundet hat.
Nach dem Roman "In 80 Tagen um die Welt", vielen erstaunlichen Einhand Segeltörns um die Welt und inzwischen buchbare Weltumrundungen in wenigen Urlaubstagen suche ich eine neue Herausforderung, wie wäre es mit einem Segelflugzeug, das die Welt umrundet?

Kann man autonom die Welt umrunden

Erstmals hat der russische Satellit Sputnik 1957 die Erde umkreist, auf einer Bahn im Weltall, das ist sicherlich schwierig, aber keine Weltreise in dem Sinn wie ich sie hier beschreiben will. Es geht um eine Reise, die von einem Startpunkt auf der Erdoberfläche beginnt, aber die Atmosphäre nicht verlässt. 

An meiner Hochschule in Furtwangen gab es dazu schon einmal ein kühnes Projekt "Relationship", ein Segelschiff, das in der Nordsee startet und selbstständig um die Welt segeln sollte, bis es an den heimischen Ufern wieder anlandet. Leider durfte das Schiff nur bis Lissabon fahren weil das Seerecht eine Weltumrundung eines autonomen Schiffs nicht erlaubt. Sehr zum Ärger der Studenten und Professoren an der Hochschule Furtwangen, die ein so großartiges Teamprojekt nicht zum Ende bringen durften.

Ein Segelflugzeug

Wie wäre es aber mit einem Flugzeug, besser einem Segelflugzeug?
Segelflugzeuge brauchen fast keine Energie zum fliegen.

Ein Segelflugzeug kann mit wenig Energie unglaublich weite Strecken zurücklegen, da es die Kraft des Windes und der Thermik nutzt. Die wenige Energie, die zum Steuern notwendig ist, können Batterien in Zusammenarbeit mit einigen Solarzellen liefern. 
Ein bemanntes Flugzeug, das nur Solarzellen für den Antrieb nutzt, hat die Welt schon umrundet, Solar Impulse 2, gestartet in Abu Dhabi, kam es nach einem Jahr, es gab eine lange Unterbrechung in Japan, wieder zum Startpunkt zurück.

Wie weit kann man Segeln

Normale Segelflugzeuge sind zunächst einfach durch den Piloten begrenzt, der ja nach einiger Zeit Schlaf benötigt und Tageslicht für die Steuerung nutzt. Der Streckenrekord für einen Dreiecksflug wurde von Ohlmann 2003 aufgestellt und liegt bei über 3008 km! Eine Strecke, die fast 10% einer Weltumrundung sind.
Ein ferngesteuertes Segelflugzeug könnte weit kommen.
Doch wo liegt das Limit, wenn der Flug nicht durch die fliegerischen Gewohnheiten limitiert ist sondern ein automatisches Segelflugzeug auf eine Weltreise geht?
Das erste Problem dürfte die Nacht auch deshalb sein, weil Segelflug stark von der Thermik abhängt, in der Nacht gibt es keine Aufheizung des Bodens und damit kaum "Thermikschläuche". Dabei besteht allerdings die Möglichkeit, dass zumindest über warmen Gewässern eine ausreichende Thermik existiert, damit zumindest die Nacht überbrückt werden kann.

Eine Alternative stellt der Wind über Gebirgen dar, der verschiedenen Wellen in den Luftmassen verursacht und damit sehr hilfreich sein kann, nicht zuletzt einige Segelrekorde wurden an den Anden geflogen, die hervorragende Leewellen erzeugen. Ein unbemanntes Segelflugzeug könnte dabei auch wesentlich größere Höhen ohne großen Aufwand nutzen.
Zudem gibt es Großwetterlagen die ebenfalls ausreichend Auftriebschancen bieten.
Eine neue interessante Beobachtung ist, dass Albatrosse den Scherwind an der Meeresoberfläche nutzen um fast unbegrenzt zu segeln.

Fliegen wie ein Albatros im Scherwind. (Quelle: Spiegel)


Bei ausreichender Kenntnis der globalen Windsituation ist es also verlockend, ein ferngesteuertes Flugzeug auf eine Reise um die Welt zu senden.

Wann startet der erste Versuch

Was mich abhttps://heindl.blogspot.com/2011/11/wir-werden-alle-fliegen.htmler an dieser Stelle verwundert, dass ich von einem derartigen Unterfangen noch nie gehört habe, das mag an meiner Ignoranz liegen oder an Problemen die ich nicht verstehe.
Zuletzt besteht einfach die Möglichkeit, dass es einfach noch niemand gewagt hat eine derartige Weltreise zu versuchen.

Quellen:

Sonntag, März 10, 2019

Das zweite Atlantis

Eine neue "Insel" im Atlantik

Über Atlantis wurde viel spekuliert, eine runde Insel im Atlantik auf der Wohlstand und Friede herrschte. Wenn es diese Insel nicht gibt, warum nicht eine neue Insel bauen?
In diesem Blog will ich ein phantastisches aber nicht unrealistisches Projekt beschreiben, wie eine "Insel" im Atlantik uns einige Sorgen nehmen könnte.

Wie baut man eine Insel?

Vor der Küste Dubais wurden durch Sandaufschüttungen mehrere neue Inseln geschaffen, aber das ist im Atlantik, der fünftausend Meter tief ist, nicht machbar. Wenn ich hier also von Insel spreche, dann beschreibe ich eine neuartige schwimmende Plattform, die künstlich hergestellt wird.
Diese Plattform soll groß sein, fangen wir mal mit einem Quadratkilometer an, bedenken aber, dass die Technik auch für 100 km² oder weit mehr Fläche geeignet sein soll. Das Meer ist ein Ort, dem man nicht leicht Raum abtrotzen kann, daher muss man versuchen, möglichst wenig mit den Wellen in Kontakt zu kommen und das aggressive, salzhaltige Wasser des Meeres möglichst zu meiden.
Daher wird das neue Island auf dem Atlantik schweben, durch eine Luftschicht gehalten.
Eine schwimmende Insel auf einem Luftpolster
Die Insel besteht daher aus einer großen Fläche festen Materials, um das eine Schürze aus widerstandsfähigem Gummi läuft. Zwischen dem Wasser und der Oberfläche befindet sich eine Luftschicht, die unter Druck steht und damit die Oberfläche um einige Meter (ca. 10 m) anhebt, so dass sie sicher über den Wellenbergen liegt. Die Schürze muss zudem so tief in das Wasser eintauchen, dass die Wellentäler keine Öffnung für die Luft im inneren der Konstruktion ermöglichen. Sicherheitshalber wären auch hier zehn Meter ein geeignetes Maß. Am unteren Rand ist die Schürze mit schweren Material, etwa verankerte Felsblöcke, beschwert. 

Die Baukosten

Der Inselboden muss aus einem seefestem, stabilen Material bestehen, damit man beim Betreten der Insel nicht einsinkt. Man bedenke, dass auf der Insel auf Dauer auch LKW Verkehr möglich sein soll. Dafür könnten verklebte Glasscheiben eine gute Wahl sein. Glas ist eines der billigsten Baumaterialien und sehr stabil.
Modernes Glas ist sehr Robust, wie dieser Biker auf Solarpanels demonstriert!
Ein Quadratmeter Flachglas kostet etwa 5$ und wenn man fünf Schichten verklebt, wie es bei Panzerglas üblich ist, kommt man auf einen Quadratmeterpreis von 25$. Für einen Grundstückpreis auf einer Insel die schön im Atlantik gelegen ist, kein schlechter Start.

Die Kosten der Schürze hängen nur linear vom Durchmesser der Insel ab und bei großen Inseln sollten die Kosten vertretbar sein. Trotzdem eine kurze Abschätzung, bei 20m Schürzenlänge (10 m unter Wasser, 10 m über Wasser) und 1 km² Inselfläche, beträgt die Schürzenfläche 70.000 m² was bei einem Preis von 20 $ pro Quadratmeter Schürzenmaterial den Preis der Oberfläche der Insel um weniger als 2$ erhöht.
Damit die Insel gut funktioniert, gibt es eine solar angetriebene Luftpumpe, die ähnlich wie bei einer Hüpfburg jederzeit Luft unter die Insel pumpt, jedenfalls genau so viel, dass die Insel immer perfekt im Wasser liegt.

Nutzen der Insel

Die Insel kann für die Solarstromerzeugung genutzt werden, wenn darauf großflächig Solar-Zellen montiert werden. Ein großer Vorteil ist, dass eine schwimmende Insel im Ozean außerhalb der Hoheitsgewässer von Staaten wesentlich weniger politische Probleme verursacht, wie der Bezug von Strom aus einem Drittland. Entscheidend ist, wer die Insel baut, oder genaugenommen unter welcher Flagge die Insel schwimmt. Der Stromtransport könnte mit Seekabel erfolgen oder bei Wasserstoffproduktion in Form von Gas. 
Weitere Ideen wären die Landwirtschaft, bei geeignetem Bodenbelag könnten hochwertige Kulturen für Obst und Gemüse angebaut werden. Insbesondere ist es möglich, die Insel so zu verschieben, dass jeweils das günstigste Klima herrscht, etwa Regen, milde aber nicht zu hohe Temperaturen usw. 
Zu guter letzt wäre die Insel auch für den Tourismus nutzbar, allerdings gäbe es keine direkten Sandstrände. Möglich wäre aber die Anlage von flachen Seen und natürlich Hotels. Auch hier ist es wieder möglich jeweils das optimale Klimat zu finden, etwa im Winter einige tausend Kilometer weiter südlich als im Sommer.
Die Insel könnte im Meer wie ein Hoverkraft Fahrzeug reisen.

Faszinierend ist nebenbei bemerkt, dass die Insel fast ohne Kraft verschoben werden kann, da sie ja auf einem Luftpolster schwimmt. Einige elektrische Rotoren, angetrieben von Solarenergie, sollten ausreichen, die Insel, ähnlich wie ein Hoverkraft-Fahrzeug, über dem Meer zu verschieben.
Zuletzt könnte man sich auch vorstellen, sehr große, einfach gestaltete Inseln dieser Art zu bauen um am Äquator Sonnenlicht in das Weltall zurück zu reflektieren. Damit könnte man den Wärmeeintrag in die Ozeane merklich verringern und ein Problem des Klimawandels dämpfen, vielleicht sogar die stärke von Hurrikanes reduzieren! 

Wann wird Atlantis II gebaut

Der zunehmende Flächenbedarf an Land wird unweigerlich zu neuen Lösungen der Landgewinnung führen. Eine schwimmende Insel ist dabei eine preiswerte und sichere Methode günstig optimale Landflächen zu gewinnen.
Wenn es möglich ist, extrem teure Inseln vor Dubai anzulegen, sollte es eigentlich genügend Investoren geben, die aus rein ökonomischen Gründen in das Projekt investieren. 
Meine Schätzung lautet, bis 2040 gibt es Atlantis II

Freitag, März 08, 2019

Die sieben Cluster

Sieben Cluster hat die Welt

Heute mal eine sehr fundamentale Betrachtung des Universums und des Lebens. Die Welt ist auf mehreren Ebenen verklumpt (Geclustert) und jede davon ist wohl zwingend in unserem Universum notwendig, damit intelligentes Leben entsteht. 
Die Ursache der Cluster liegt in der feinen Abstimmung verschiedener Naturkonstanten, was über die Multiversen-Theorie leicht erklärt werden kann. Dort wo es eben keine sieben Cluster gibt wird mein Blog nicht gelesen.
Die einzelnen Cluster kommen jetzt nach Größe sortiert, nicht in der historischen Abfolge, die kommt später.
Im Folgenden runde ich immer auf die nächste Zehnerpotenz auf oder ab, so wird aus 80 der Wert 100 usw. es geht hier um Größenordnungen und nicht um Feinheiten von Zahlenwerten, deren Wert man jeweils in Wikipedia mühelos finden kann.
1 = Atomkern, 2 = Molekül, 3 = Zelle, 4 = Vielzeller, 5 = Planet, 6 = Sonne, 7 = Galaxie

1. Atomkerne

Die kleinsten Cluster sind die Atomkerne, bestehend aus Protonen und Neutronen, die wiederum aus Quarks bestehen. Aufgrund der Anziehung durch die Kernkraft und der Abstoßung durch die Elektromagnetische Kraft gibt es 92 stabile Elemente. Ohne diese Elemente gäbe es zweifellos nicht viel Interessantes auf der Erde und natürlich keine Erde. Ein Atomkern hat eine Größe von 10E-14 Meter und eine Masse von 10 E-26 kg, besteht aus mehreren hundert Teilen, wenn man die Elementarteilchen als Basis betrachtet.
Atome, Bild aus meiner Dissertation

2. Moleküle

Aus den Atomen, Kerne mit Atomhülle, können Moleküle gebildet werden. Besonders wichtig werden diese Moleküle, wenn es um das Leben geht. Die DNA und alle Proteine sind Verbindungen aus Atomen, die aus Millionen Atomen bestehen können. Große Moleküle wie die DNA wiegen bis zu 10E-20 kg und können einen Durchmesser von einigen Nanometern (10E-9) erreichen

3. Zellen

Unter bestimmten Bedingungen können sich aus Lipiden Hüllen für Zellen bilden. Eine Zelle ist ein System, das von seiner Umgebung durch die Zellwand abgetrennt ist und in der die chemischen Reaktionen des Lebens ungestört ablaufen können. Ohne Zelle als kleinste lebendige Einheit, die der Darwin'schen Evolution unterliegt, wäre komplexes Leben schwer vorstellbar. Eine Zelle hat einen Durchmesser von etwa 10 Mikrometern (Die Größe schwankt stark je nach Zelltyp) und ein Gewicht von 10E-18 kg.

4. Vielzeller

Wenn sich mehrere Zellen zu einem Zellklumpen zusammenfinden, können sie Aufgaben teilen und wesentlich komplexere Lebensformen bilden. Alle Pflanzen und Tiere basieren auf diesem Prinzip. Der Mensch ist in dieser Entwicklung aktuell das letzte Glied und erreicht beachtliche 100 kg Masse und etwa 1 m Längenausdehnung (wenn der Cluster kauert;-)

5. Planeten

Damit das Leben einen Lebensraum hat sind wohl Planeten aus festen Stoffen notwendig. Diese Planeten können sich nur aus Elementen bilden, die ihren Ursprung in Supranove Explosionen haben. Ein sehr schönes Exemplar ist die Erde, aber auch Mars und die anderen Gesteinsplaneten zählen dazu. Die Gasplaneten sind leider nicht lebensfreundlich. Der Planet Erde hat eine Masse von ca. 10 E25 kg und einen Durchmesser von 10E7 Meter.

6. Sonne

Die Sonne ist ein Gasball aus Wasserstoff und etwas Helium, der dank Kernfusion über Jahrmilliarden kontinuierlich Energie abstrahlt. Diese annähernd gleichmäßige und hohe Energieabstrahlung ermöglicht komplexe thermodynamische Prozesse auf Planeten die umso einen Stern kreisen. Unter günstigen Umständen eben Leben wie wir es kennen. Ein Stern dieser Art hat einen Durchmesser von 10E9 Metern und eine Masse von 10E30 kg. 

7. Galaxie

Die größte Struktur die für das Leben notwendig ist, ist die Galaxie. Durch die "Nähe" zu anderen Sternen ist es möglich, dass sich Gesteinsplaneten innerhalb einer Galaxie bilden, die um neue Sonnen kreisen. Wären die Sterne nicht durch die Dunkle Materie in Galaxien gebunden, wäre der Abstand für die Bildung von Sternen und Planeten im Weltall viel zu groß. Unsere Galaxie hat einen Durchmesser von 100.000 Lichtjahren was einer Entfernung von 10E21 Metern entspricht. Die Masse besteht aus 100 Mrd. Sonnen also etwa 10E41 kg sichtbare Materie und mit der Dunklen Materie etwa das Fünffache.
1 = Atomkern, 2 = Molekül, 3 = Zelle, 4 = Vielzeller, 5 = Planet, 6 = Sonne, 7 = Galaxie


Zeitliche Entwicklung

Am Anfang war der Wasserstoff, wie es Hoimar von Ditfurth in seinem Buch beschrieben hat, erst nach der Explosion von Sternen entstanden die entscheidenden "metallischen" Elemente. Dies geschieht seit 12 Milliarden Jahren, unser Weltall ist 13,8 Mrd. Jahre alt..
1 = Atomkern, 2 = Molekül, 3 = Zelle, 4 = Vielzeller, 5 = Planet, 6 = Sonne, 7 = Galaxie
Für das Alter der Moleküle bedarf es kühler Planeten ein mittleres Alter von 8 Mrd. Jahren habe ich hier relativ willkürlich eingesetzt. 
Einzeller gibt es auf der Erde wohl seit 3,5 Mrd. Jahren und Vielzeller seit 500 Mio. Jahren. Die Erde und unsere Sonne sind 4,5 Mrd. Jahre alt, die Galaxie vermutlich über 10 Mrd. Jahre.

Der Mensch liegt in der Mitte

Der Mensch ist ein Cluster aus der Kategorie Vielzeller. Es gibt genau drei Cluster die kleiner sind und drei Cluster die größer sind. Betrachtet man sowohl Größe wie Gewicht, liegt der Mensch, wenn man einen logarithmischen Maßstab verwendet in der Mitte. Warum das so ist ist schwer zu sagen. Eine Ursache könnte sein, dass es in der Mitte die meisten Möglichkeiten gibt. 
Für Atomkerne gab es nur ca. 100 Konfigurationen und auch die Zahl er sichtbaren Galaxien ist begrenzt (100 Mrd.?). Die Komplexität liegt in der Mitte am höchsten. Und ohne Zweifel sind Vielzeller die komplexesten Strukturen, denen wir bisher begegnet sind.

Ob diese Beobachtung nur einen zufälligen Zusammenhang zeigt oder ein tiefliegendes Phänomen von Universen mit Leben ist, könnte weitere Forschung zeigen, zu der ich hier gerne einen Anstoß gebe.

Auch interessant:


Mittwoch, Dezember 19, 2018

Die Strassen von Manhattan und im Wald

Manhattan oder Schwarzwald

Als fleißiger Wanderer, der viele Stunden auf Waldwegen im Schwarzwald verbringt kommt man auf merkwürdige Ideen. Gibt es eigentlich hier mehr Straßen als in Manhattan? Auch durch Manhattan bin ich schon vom Central Park bis zur Südspitze gewandert, somit habe ich ein gewisses Gefühl für die Straßen in dieser Metropole.

Wie ermittelt man die Straßendichte

Das einfachste Mittel die Straßendichte zu ermitteln ist, eine gute Datenquelle zu finden oder zu messen. Messen in Manhattan wäre einfach, aber im Schwarzwald ist das sehr schwer. Daher habe ich eine andere Lösung gewählt. Ich nehme bei Google Maps zwei zufällige Kartenausschnitte einen von Manhattan und einen nahe Furtwangen im Schwarzwald.
Und hier sind die Screenshoots:

Ausschnitt aus Manhattan bei der 8. Avenue und 39. Street

Zuerst die Straßenwüste, dort schneiden nicht weniger als 22 Straßen den Bildrand, wenn man den Maßstab beachtet, rechts unten sind 50 Meter eingezeichnet erscheint mir das schon sehr viel.
Aber das ist noch nichts gegen den Schwarzwald, dort sind es bei einem Bildausschnitt mit der gleichen Vergrößerung 26 Straßen die den Bereich verlassen.

Mitten im Wald südlich von Schönenbach/Furtwangen im Schwarzwald

Man kann daher ohne Übertreibung sagen, bezüglich der Straßendichte ist der Schwarzwald straßenreicher als Manhattan!

Stören viele Straßen?

Wiele Straßen mögen einen gewissen Vorteil für die Forstwirtschaft haben, man kann praktisch mit der Erntemaschine an jeden Baum hinfahren. Aber für den Naturliebhaber ist es störend, es gibt einfach keine Stelle die weiter als hundert Meter von der nächsten Straße entfernt ist. Ist das dann überhaupt noch ein Wald? Wie fühlen sich die Tiere? Wenn ich bedenke, dass Tiere im Winter Ruhezonen brauchen. 
Holzlager im Wald

Zugegeben, die Waldwege dürfen nur von wenigen, Jäger, Förster, Einsatzfahrzeuge, Erntemaschinen, Holzabfuhr, Baufahrzeuge, Winterdienst, motorisiert befahren werden, aber zusätzlich sind natürlich noch Wanderer, Mountainbiker, Langläufer, Reiter, Hundeführer und so manch Anderer unterwegs. 

Straßenflächen im Schwarzwald

Wieviel Waldweg ist nötig?

Ich denke, es wäre zu überlegen, den weiteren Ausbau dieses Wegenetzes zu stoppen oder sogar eine Veringerung anzustreben, so dass es wieder größere zusammenhängende Waldstücke und nicht nur kleine Waldstückchen gibt. 

Dienstag, August 28, 2018

Ist Deutschland zu esoterisch

Ist Deutschland zu esoterisch?

Bei einer Analyse der PISA Studie[1] ist mir aufgefallen, dass es in Deutschland unerwartet viele Menschen gibt, die offensichtlich das wissenschaftliche Weltbild ablehnen. Dabei haben andere OECD Länder eine wesentlich höhere Akzeptanz des wissenschaftlichen Weltbilds.
Diesen merkwürdigen Zusammenhang will ich in diesem Blog näher betrachten.

Die kritische Frage in der PISA Studie

Auf Seite 113 der Pisa Studie 2015 findet man die Frage: 
Es ist gut Experimente mehrmals durchzuführen um sicherzustellen, dass die Ergebnisse stimmen.
Dies ist eine zentrale Forderung von naturwissenschatlicher Forschung und damit ist es interessant, welche Antworten die Teilnehmer an der PISA Studie geben. Zunächst ist es gut zu wissen, dass die Mehrheit weltweit diese Frage zu 85% mit "Ja" beantwortet. Es gibt also eine große Bereitschaft naturwissenschaftlich zu denken.

Naturwissenschaftliches Denken in verschiedenen Ländern (Quelle PISA [1] Seite 114)

Doch wie sieht es in einzelnen Ländern aus?
An erster Stelle steht das Vereinigt Königreich (UK), das Land, das mit Isaak Newton, Thomas Hobbes und anderen großen Naturwissenschaftlern die moderne naturwissenschaftliche Denkweise begründet hat. Dort stimmen 93% der Aussage zu, wie auch in anderen Ländern, die eng mit dem Britschen Empire verknüpft sind,  Australien (93%), Kanada (92%), Neuseeland (93%) und fast etwas überraschend USA (92%), und bemerkenswert der Stadtstaat Singapore, der sogar mit 95% den höchsten Wert hat. Allerdings liegen vermutlich Städte immer etwas weiter oben.

Doch wo liegen die Länder mit einem besonders niedrigen Wert, erschütternderweise ist das Deutschland mit nur mit 76%, also nur 3/4 sind der Meinung, dass Experimente auch wiederholt werden müssen. Das ist der niedrigste Wert von allen OECD Staaten, gefolgt vom kulturell ähnlichen Österreich mit 77%., nur ein Land hat noch einen gleich schlechten Wert, die Türkei (76%).

Interessanterweise gibt es selbst in Ländern mit geringerer Entwicklung, die ebenfalls an der PISA Studie teilgenommen haben, keinen vergleichbar niedrigen Wert! Selbst Algerien, das Land mit den niedrigsten Wert dieser Gruppe, liegt bei 78%.

Naturwissenschaftliches Denken ist wichtig

Die Bedeutung der Naturwissenschaften und das Verständnis der naturwissenschaftlichen Methode ist zentral um in einer modernen Industriegesellschaft Fakten von Fake zu unterscheiden. 


Nur die Hälfte der jungen Menschen verstehen die Bedeutung von Impfungen! (Quelle Statista [2])

Wie sollen Menschen verstehen, dass Impfen [2] funktioniert oder dass Homöopathie [3] keinerlei naturwissenschaftliche Grundlage hat? Beides geht nur durch Experimente, die wiederholt werden um Wissen abzusichern.

Weniger 20% lehnen homöopatische Behandlung ab. (Quelle: Statista [3])

So wundert es mich nicht, dass ich in einem Land lebe, in dem derartige Irrwege der Medizin (Homöopathie) sogar durch die Krankenkassen bezahlt werden. Das liegt natürlich daran, dass erstaunlicherweise nur 20% in Deutschland diese sinnlose Behandlung ablehnen [3].

Wir müssen unsere Schüler bereits früh auf die Bedeutung der Wissenschaft hinweisen, genau erklären wie man die Welt verstehen kann und wie sicheres Wissen entsteht. Das ist keine Frage von politischer Orientierung, das ist eine Frage kulturellen Niveaus.

Quellen:

Freitag, August 17, 2018

Entropie, Leben und Technologie

Der Unterschied zwischen Technologie und Leben

Noch tun wir uns leicht Leben und Technik als zwei Welten zu erkennen. Doch was trennt diese beiden Wirklich und wie könnte sich das ändern?

Was ist Leben?

Für Leben gibt es unzählige Definitionen, aber ich will mich an einer Beschreibung von Erwin Schrödinger anlehnen, der berühmte Physiker, der nicht weniger als die wichtigste Gleichung der Quantenmechanik aufgestellt hat, die nach ihm benannte Schrödingergleichung.

Leben ist der Export von Unordnung durch Energiezufuhr

Das bedeutet, jedes Lebewesen nimmt Energie auf und versucht damit innerhalb seiner Systemgrenzen, der Zelle oder des ganzen Körpers, die Entropie zu senken. (Entropie ist ein anderes Wort für Unordnung).
Gelingt das etwa einer Pflanze, so kann sie, nach und nach mit Hilfe der Sonnenenergie, Stoffe und Strukturen bilden, die sehr hochgradig geordnet sind. Von der molekularen Ebene mit der Bildung von Holzfasern bis hin zu den wundervollen Strukturen die wir als Blüten bezeichnen.
Eine Blüte als schönes Beispiel hoher Ordnung.
Selbstverständlich tun wir als Lebewesen nichts anderes, wir nutzen allerdings die Sonnenenergie nur indirekt, indem wir Zucker, Fett und andere energiereiche Stoffe, die letztendlich von Pflanzen gebildet wurden, zur weiteren Reduktion der Unordnung einsetzen.
Damit bilden wir in unseren Körper komplexe Strukturen wie das Kreislaufsystem oder das Nervensystem. Gibt es an irgendeiner Stelle eine Störung der Ordnung, dann versucht der Körper diese unter Energieaufwand zu beheben und "heilt" das Problem.
Erst mit höherem Alter ändert der Körper seine Strategie zugunsten des höheren Ziels der evolutionären Komplexitätsbildung. Die Störungen werden nicht mehr ausreichend behoben und das System zerfällt um neuen Generationen Platz zu machen. Nur damit ist es möglich die Gesamtkomplexität noch weiter zu erhöhen.
Zerfall ist Teil der Entropiesenkung in der Evolution

Technologie zerfällt

Wie völlig anders verhalten sich die meisten Produkte unserer technischen Welt. Auch unsere Maschinen werden mit Energie versorgt, doch dabei senken sie nicht die eigene Entropie sondern erhöhen diese, was wir als Verschleiß bezeichnen. Ein Motor nutzt sich an den Lagern ab, ein Besen an den Borsten und ein Auto nicht nur an den Reifen. Nach kurzer Zeit werden alle diese Systeme unbrauchbar und werden zumeist den vollständigen Zerfall preisgegeben. 
Die Grabsteine im Bild oben symbolisieren nicht nur die Endlichkeit menschlichen Lebens, sie sind selbst ein Symbol für den Zerfall menschlicher Produkte die wir zwar gerne für die Ewigkeit schaffen wollen, die aber den gleichen Zerfallsprozessen unterliegen wie ein aufgegebener Körper, der keine Energie mehr umsetzt.

Technologie der nächsten Generation

Der drastische Unterschied zwischen Leben und Technik könnte aber in Zukunft gemildert werden. 
Gibt es bereits technische Systeme, die zumindest im Ansatz durch die Energiezufuhr Unordnung senken? Ein Beispiel mag eine Festplatte oder ein anderer Datenspeicher sein. Er kann dank geeigneter physikalischer Prinzipien Daten speichern und wieder weitergeben. Daten sind per Definition negative Entropie, mithin wird zumindest ein winziger Teil der Energie dieser Geräte für die Erhöhung der Ordnung in diesen Systemen verwendet.
Ein anderer Zweig sind die Prozesse in Produktionsmaschinen. Dort werden Bauteil automatisch von Robotern unter Energiezufuhr zusammengesetzt und damit Systeme mit geringerer Entropie geschaffen als die Ausgangselemente hatten. Spinnt man diesen Ansatz weiter, so dass von der Mine, in der die Rohstoffe gewonnen werden, bis zur Auslieferung von Produkten mit Drohnen, alle Schritte automatisch erfolgen, dann hat man ein System, das erhebliche Ähnlichkeiten mit lebenden Strukturen hat.
Selbstreplizierend?

Der nächste Schritt ist dann, dass auch die Maschinen der Fertigungskette autonom hergestellt und eingesetzt werden. Damit hat man die Stufe eines stabilen Lebewesens erreicht, das zugelieferte Energie für die Reduktion seiner eigenen Unordnung verwendet.
Der letzte Schritt besteht dann in einem System, dass diesem Status Quo durch eine generelle Anhebung der Komplexität entweichen kann, möglicherweise wieder durch einen Evolutionären Ansatz oder durch Künstliche Intelligenz.
Damit wären dann alle Elemente von Leben auf Technik übergegangen und die klassische Vorstellung von Leben, das nur in biologischen Strukturen existiert, würde verfallen.



Freitag, August 03, 2018

Weltall bauen für Anfänger

Weltall bauen einfach gemacht

Das Weltall, insbesondere der Teil in dem wir leben, ist lebensfreundlich, sonst würde ich jetzt diesen Beitrag nicht schreiben und Sie könnten ihn nicht lesen. 
Manche Menschen sind der Meinung, dass das Weltall von jemand gebaut wurde, den sie Gott nennen. Ob das so ist will ich nicht beurteilen, aber ich will eine Bastelanleitung für Gott liefern.

Welches Weltall soll es denn werden

Bevor wir mit dem Bau beginnen, ist es natürlich wichtig, dass wir uns genau überlegen, welche Eigenschaften unser Weltall haben soll. Für Anfänger gibt es da die Versionen mit ganz wenigen Zutaten, dann darf man aber nicht erwarten, dass auch Leben entsteht oder gar Lebewesen, die den Hersteller anbeten, aber dazu später.

Einfache Version

Das einfachste Weltall das ich hier erkläre, ist eines, das nur kugel-symmetrische Körper zulässt. Dazu nimmt man am einfachsten ein Raumzeit-Kontinuum und ein Feld, das kugel-symmetrische Körper generiert. Nachdem man genügend Startenergie eingefüllt hat, bildet sich eine Unzahl kleiner Teilchen, die der Schwerkraft unterliegen. Wenn man nicht gut aufpasst, entsteht sofort ein großes schwarzes Loch und damit ist das Spiel schon wieder vorbei.
Beim Aufbau des Raumzeit Kontinuums
Ich empfehle daher, nicht zu viel Energie einzuspeisen und zusätzlich ein abstoßendes Feld zu nehmen, beliebt ist dafür Dunkle-Energie. Damit bläht sich unser kleines Weltall schön auf und die Teilchen schwirren schön durch das Weltall. Man kann da eine Weile zusehen, und bemerkt wie es zu kugelförmigen Verklumpung kommt und doch das eine oder andere Schwarze Loch entsteht. Vorsicht noch bei der Aktivierung der Dunklen Energie, erwischt man zu viel, schwirren die Teilchen gleich alle auseinander und man hat eigentlich nur ein fast leeres langweiliges Weltall geschaffen.
Mit etwas Übung wird es aber schon gelingen.

Mehr als nur Kügelchen

Sicher haben Sie bemerkt, dass das Weltall, selbst wenn man die richtige Menge Dunkler-Energie einfüllt doch eher langweilig ist. Daher empfehle ich zusätzliche Kräfte für den Bau zu verwenden.
Sehr bewährt hat sich die elektromagnetische Kraft (EMK). 
Mit der EMK bekommen wir nicht nur zwei Teilchensorten, positiv und negativ geladene, sondern diese umkreisen sich auch sehr schön. Beim Umkreisen strahlen die Teilchen Licht ab und funkeln kurz auf, bis sie verschmelzen. Dies zu Verhindern ist etwas schwieriger. Eine Methode ist, dass man die Energie auch in kleine Klumpen erzeugt. Beliebt ist dafür die sogenannte Quantisierung.
Damit können jetzt die Teilchen nicht mehr zusammenfallen sondern umkreisen sich immerzu, bis wieder mal ein Lichtteilchen hinzukommt. Dann werden die Teilchen auseinander gerissen oder schwirren in einem etwas größerem Abstand.
Damit das gut gelingt muss man bei der Herstellung des Weltalls Zufall zulassen, das findet man als Gottheit zwar nervig, denn wir spielen ja nicht mit Würfeln, aber hier ist es sehr hilfreich.
Jetzt können die Teilchen nach einer zufälligen Zeit sich wieder annähern und dabei Licht abgeben. 

Komplexität erlauben

Obwohl unser letztes Weltall schön dauerhaft gefunkelt hat, gab es doch das Problem, dass es auf Dauer langweilig aussieht und nach einiger Zeit soweit ausgedehnt ist, dass man kaum mehr etwas sieht.
Ein bekannter hat mir gesagt, nimm einfach verschiedene Teilchen, nicht nur Plus und Minus. Ich habe dann Rot, Grün,, Blau, also drei Farben genommen und damit zwei Teilchen angemalt, das gab wunderbaren Quark.
Aber im Ernst, wenn man solche Quarks einbaut, kann man wirklich vielmehr mit dem Weltall machen. So entstehen lustige Teilchen, die nicht nur Plus und Minus haben, sondern sogar ladungslos bleiben. Bei geschickt gewählter Wahl des Klebstoffs, ich nenne den mal Gluonen, gibt es positive Teilchen und negative Teilchen, die beide fast gleich schwer sind und viel schwerer als die negativen Teilchen.
Das wirklich erstaunliche ist, dass damit verschiedene Teilchen mit den Klemstoff zusammengeklebt werden können, jeweils mit einer um eins vergrößerten Ladung.

Stabilität ist jetzt echt schwierig

Obwohl man als Anfänger glaubt, das bekommt man gut hin, wird die Sache jetzt echt schwierig. Einmal verklumpt der Quark zu einen Klotz, dann wieder überhaupt nicht. Ich habe etwa 10 hoch 50 Versuche gebraucht, bis ich einen sehr netten Effekt bekam, die Teilchen verklumpten nicht, aber viele Zusammen bildeten riesige Kugeln, sie Summe aus vielen kann man auch Sun nennen.
Meine erste Sun, leider schlechtes Bild

Und wenn diese Suns aus aberwitzig vielen Teilen unter der Schwerkraft zusammenhängen, dann bilden sich Viererklumpen mein erstes neues Teilchen, ich nenne das mal Alphateilchen. Genaugenommen musste ich da noch eine Priese schwache Wechselwirkung dazustreuen damit es was wurde.
Hat man das gut eingestellt, leuchten diese riesigen Kugeln sehr hell und nach einiger Zeit werden sie zu schwarzen Löchern. Aber man hat eine Weile seine Freude.

Noch mehr Klümpchen

Jetzt wird es speziell. Stellt man die Kräfte genau ein, dann gibt es nicht nur Alphateilchen, sonder fast beliebig große, letztes mal habe ich es bis 238 Teilchen geschafft, allerdings war diese Kugel dann nicht mehr stabil und ist mir immer nach 4 Mrd. Jahren zerfallen, ein himmlisches Gefühl so einen Erfolg zu haben, daher nannte ich das Teilchen Uran. 
Aber ich kann schon verraten, am schwierigsten ist es erstmal über 9 Teile zu kommen, danach wird es dann wieder einfacher.

Hell und Dunkel

Bisher haben die großen Kugeln alle geleuchtet, doch wenn die ganz ausbrennen, dann kann es sein, dass die auseinander fliegen in einem Supernova Feuerwerk. Dabei fliegen die ganzen verschiedenen kleinen Klümpchen davon und werden zu dunklen Brocken. Mit etwas Glück sammeln sich dann die Brocken um eine neue Sun und es entsteht ein nettes Planetensystem. Jeder Planet hat eine helle und dunkle Seite, das ist eine echte Neuerung an die ich gar nicht gedacht hatte. Aber das Beste kommt noch.

Metaorganisation der Teilchen

Bisher waren unsere kleinen Klumpen eher langweilig, aber bei meinem letzten Weltall ist etwas besonderes passiert, auf einen dieser Planeten haben sich zwischen den Teilchen immer kompliziertere Verbindungen gebildet, nicht wie zuvor bei den Quarks sondern nur die Hüllen haben sich aneinandergelagert. Dabei gab es eine Sorte von Kette, die sich immer weiter reproduziert hat und schon nach 4 Mrd. Jahren, ja genau solange wie sich das Uran im mittel gehalten hat, entstand ein sehr merkwürdiger Materieklumpen. Das wird mir jetzt keiner glauben, einige der Klumpen ist offensichtlich aufgefallen, dass sie in einem Weltall mit Gesetzen leben, die genau dazu führen, dass es sie gibt. Mein erste selbstbezügliche Materie war entstanden. 
Kaum hatte ich den Klumpen unten, war er umgebracht, aber erstaunlicherweise reproduzierte er sich auf merkwürdige Weise selbst.

Das alles war eine Menge Arbeit, dann habe ich mal einen Klumpen der so aussieht wie die selbstbezüglichen Klumpen eingesetzt, aber der wurde gleich umgebracht, schon nicht so einfach mit dem Zeugs zu spielen.

Daher wünsche ich viel Glück beim Ausprobieren und freue mich, wenn Ihr mir sagt, wie es bei euch gelaufen ist.