Donnerstag, Dezember 25, 2014

Das Bigg, oder eine neue Einheit für Daten

Giga, Tera, Peta wer kennt schon den Unterschied?

Das extrem schnelle Wachstum der Massenspeicher in der IT verursacht ein Problem, das bisher wenig Beachtung fand. Es gibt keine Einheit für große Datenmengen!
Jetzt werden aber gleich alle Nerds laut aufschreien und sagen:
GigaByte 10^9
TeraByte 10^12
PetaByte 10^15
und so weiter. Aber genau das ist das Problem, fragen Sie mal einen X-beliebigen Nomalanwender, was ein TeraByte ist, er wird mit den Achseln zucken und sagen: sehr viele Daten.
Selbst meine Studenten in der Wirtschaftsinformatik sind da oft hilflos.

Keiner zählt Sekunden

Zurück zu anderen Einheiten, die sehr wohl unterschiedliche Basisgrößen kennen. Etwa die Zeit, wer feiert schon die GigaSekunde? Das ist der Geburtstag mit 31 Jahren und etwa acht Monaten. Es ist also durchaus sinnvoll nicht einfach eine riesigen Vorfaktor mit einem festen Begriff zu belegen. Bei der Zeit nennen wir 31536000 Sekunden ein Jahr, das ist zwar keine besonders sinnvoller Faktor, aber aufgrund des 60er Systems der Babylonier hat es sich so eingebürgert. 
Wer feiert schon den den 31,7 Jahre Geburtstag, es ist das Fest der ersten GigaSekunde!
Ein weiteres Beispiel ist die Masse, obwohl das Gramm eigentlich mal die Basiseinheit war (das kg ist aus technischen Gründen der Referenzwert, da man ein kg bequem wägen kann), verwendet man im Alltag häufig die Tonne als Basiseinheit. Ein Vielfaches kann dann schon mal MegaTonne genannt werden. Jedenfalls berechnet niemand die Masse eines Schiffs in Gramm.
Bei der Entfernungsmessung ist die ursprüngliche Basiseinheit der Abstand zwischen Nordpol und Äquator, der per Definition 10.000.000 m oder einen Giga-cm beträgt. 
Die Definition des Meters beruht auf dem Abstand Nordpol zu Äquator
Wer aber wirklich große Entfernungen angeben will, der spricht nicht von Kilometern oder Megametern sondern von Lichtjahren, was nichts anderes als 9,461 Petameter ist. Und Astronomen können schon mal von Millionen oder Milliarden Lichtjahren sprechen. 
Dieses Konzept findet man fast in allen Wissenschaften, von der Energie (1 eV = 1,6E-19 J, 1 kWh = 3,6MJ), über die Elektrotechnik mit einer Ladung, der Chemie mit den Massen und vielen anderen.

Die Informatik ist noch Neuland

In der Informatik wächst die Datenmenge seit etwa fünfzig Jahren exponentiell an, vermutlich hat Google 10 Exabyte an Daten gespeichert, vor 40 Jahren war ein Gigabyte noch exotisch. 
1 Bigg = 1 TByte
Mit einer neuen handlichen Einheit für große Datenmengen wird das einfacher, ein Bigg sind einfach 10^12 Byte oder ein TeraByte. Ein Terabyte kann etwa die Textdaten einer großen Bibliothek speichern, ein Bigg dürfte für viele Menschen ausreichen um all ihre Musik, die sie jemals hören, aufzunehmen. Vermutlich entspricht ein Bigg auch der Datenmenge, die ein menschliches Gehirn abgespeichert hat. 
Definition von 1 Bigg

Google hat dann einen Speicher von 10 MegaBigg, weltweit wird vermutlich ein GigaBigg an Daten jedes Jahr produziert. Schnell gewöhnt man sich daran, dass einige Computer nur wenige MilliBigg Hauptspeicher haben. 
Auf eine aktuelle Bluray Disk kann man 0,1 Bigg abspeichern.
Wer eine schnelle Internetverbindung (50 Mbit/s) hat, kann pro Tag 0,5 Bigg downloaden. Eine Glasfaser kann etwa 1 Bigg/Sekunde übertragen.
Man bemerkt sofort, dass unsere alltäglichen Datenmengen wieder mit handlichen Größen bezeichnet werden können.

Verständnis durch richtige Einheit

Die Informatik wandelt sich zu einer Wissenschaft über Wissen. Die bisher verwendeten Einheiten, Bit und Byte, beschreiben zwar die Atome der Informatik sehr gut, aber Wissen wird vermutlich eher in Bigg transportiert als in Bytes. 
Damit ist es auch wesentlich einfacher mit dem Nichtinformatiker über Information zu sprechen. Er kann sich sicherlich nicht vorstellen, was ein Petabyte ist, aber das Wissen von tausend Menschen, ein KiloBigg, kann man vielleicht leichter vermitteln.

Ein Ed = ein Bigg?

Letztendlich könnte man auch zu Ehren von Edward Snowden die Einheit Bigg auch als ein Ed bezeichnen


Montag, Dezember 15, 2014

Grenzen der Erkenntnis

Was wir nicht wissen können

Für die Menschen gibt es Grenzen der Erkenntnis. Doch wo liegen die wirklichen Grenzen, die zu überschreiten niemals möglich sein wird?
Zuerst sollte man sehr vorsichtig sein, endgültige Grenzen festzuschreiben, aber es ist trotzdem hilfreich, einige Grenzen zu betrachten, über die wir nach dem Stand der Physik niemals hinausgehen können. Diese will ich kritisch betrachten.
Die Grenzen unserer Welt

Die Vergangenheit

Geht man in der Zeit zurück, dann kann jeder bis in seine eigene Kindheit zurücksehen, das sind wohl maximal 100 Jahre. Das Davor kennen wir nur von anderen Beobachtungen und Erzählungen. Aus der Physik und den Beobachtungen der Astronomie kann man sehr genau einen Zeitpunkt rekonstruieren, der am absolutem Anfang unseres Universums stand. Es ist der Urknall, ein Ereignis, in dem bei unendlich hoher Temperatur unser Universum seinen Anfang nahm. Die beste Einschätzung sagt, dass dieser Zeitpunkt 13,798 ± 0,037) Mrd. Jahre zurückliegt [1]. 
Da es zum Zeitpunkt des Urknalls unendlich hohe Temperaturen gab, ist alle Information, die davor existiert haben könnte, vernichtet. Erstaunlicherweise besitzen wir aber für einen Zeitpunkt, der nur 0,000 000 000 000 000 000 000 001 nano Sekunden nach der Geburt des Universums liegt, bereits Informationen, Siehe folgende Abbildung.
Erstes Bild des Universums, sehr kurz nach dem Urknall, Bildquelle: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Das Erste Bild, wenn auch noch unscharf, soll die Störung der Quantenfelder durch Gravitationswellen darstellen. Wie die Welt eine Nanosekunde früher ausgesehen hat, werden wir nie auf einem Bild sehen, es ist allerdings nicht auszuschließen, dass es schlüssige Theorien geben wird, die die Ursache des Urknalls erklären. Allerdings bin ich mir sicher, dass darin das Wort "Gott" nicht vorkommen wird.

Die Zukunft

Auch wenn jeder halbwegs fähige Sciencefiction-Held in die Zukunft reisen kann, so wird uns diese Form der Reise auch in Zukunft verboten bleiben. In der heutigen Vorstellung würde ein sehr fundamentales Problem, das der Kausalität, völlig zerstört. Die berühmte Frage, könnte ich durch eine Zeitreise Ereignisse beeinflussen, und bereits etwas zu sehen ist eine massive Einflussnahme in der Quantenphysik, führt auf paradoxe Probleme. 
Es liegt daher in unserer Logik, dass eine Zeitreise, die eine Kommunikation mit der Vergangenheit ermöglicht, unmöglich ist. Wir werden also weiter gemeinsam eine Zeitreise durchleben, allerdings synchronisiert. Genaugenommen über den Ereignishorizont synchronisiert, für alle die mit der Relativitätstheorie argumentieren.
Allerdings gibt es eine Theorie, die Vielweltentheorie nach Hugh Everett, die keine Kausalität erfordert, allerdings auch keine Kommunikation erlaubt und ohne Kommunikation ist es eben langweilig.

Entfernung

Wie weit kann man eigentlich sehen? Mit bloßem Auge kann man in der Nacht die Andromeda Galaxie sehen, und die ist 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt. Das ist aber nicht das Ende des Universums, denn mit Teleskopen kann man erheblich weiter hinausschauen. 
Die Andromeda Galaxie, das entfernteste Objekt, das man mit bloßem Auge sehen kann.
Das Limit für Teleskope liegt dort, wo das Licht vor 13 Milliarden Jahren gestartet ist, also zu Beginn des Universums. Die Orte die man dabei sieht haben sich von uns wegbewegt, da es eine Expansion des Universums gibt, diese Orte liegen heute 42 Milliarden Lichtjahre weit von uns entfernt. Alle Orte, die noch weiter entfernt sind, liegen hinter einem unüberbrückbaren Horizont, jenseits dem wir niemals etwas sehen können.

Quantenmechanik

Auch in der Richtung von kleinen Strukturen gibt es eine Grenze, die nicht in der gleichen Art erscheint, wie wir es aus dem Alltag gewohnt sind. Die Quantenmechanik besagt, dass verschiedene Größen, wie Ort und Impuls, nur bis zu einem kleinstem Wert, dem Planckschen Wirkungsquantum, h = 6,6 E-34Js, genau gemessen werden können. Es gibt also nicht das Kleinste, sehr wohl aber das genaueste, eine Unsicherheit der Messung bleibt immer vorhanden. 
Im Alltag mag das wenig stören, aber für viele Vorgänge, die inzwischen für die Geräte des Alltags eine große Rolle spielen, angefangen beim Smartphone, spielt das eine erhebliche Rolle und beschränkt uns immer in der Verkleinerung. Kleiner wie Atome geht eben nicht, um es vereinfacht zu sagen.

Grenzen der Innovationen

Obwohl uns die Welt in eine merkwürdige Box eingesperrt hat, können wir uns zumindest in dieser Box frei bewegen und uns viele spannende Sachen ausdenken und umsetzen. Insofern stellt die Box keine schreckliche Einengung dar, andererseits ist es schon ein komisches Gefühl, Gefangener in dieser Welt zu sein.
Diese Betrachtung habe ich ohne viel Hintergrundliteratur angestellt, sollte jemand das "Box"-Problem besser aufbereitet haben, freue ich mich über Hinweise.

Quellen:

[1] Planck 2013 results, arXiv:1303.5062v1 [astro-ph.CO] 20 Mar 2013