Das Digitale Universum: Zelluläre Automaten ALS Modelle Der Natur

ISBN-13: 9783322850065 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 320 str.

Martin Gerhardt; Heike Schuster

Opis

"Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile." So sehr uns dieser Satz als Binsenweisheit bekannt ist, so neu und machtig ist sein Einfluss auf das Weltbild unserer modernen Wissenschaft. Atome, Molekule, Zellen und Organismen erzeugen durch einfache Wechselwirkungen den Strukturreichtum unserer Welt. Ein wichtiges Werkzeug zum Verstandnis dieser Komplexitat sind Computersimulationen, mit denen sich Forscher der Wirklichkeit kunstlich annahern. Zellulare Automaten sind solche Simulationsmodelle. In ihnen wird die Welt zu einem digitalen Universum - einem Zusammenschluss simpelster, vernetzter Digitalcomputer, die mit einfachsten Programmen komplexe makroskopische Strukturen erzeugen. Dieses Buch fuhrt Sie durch den digitalen Kosmos und zeigt Ihnen anhand zahlreicher Beispiele die Starken und Schwachen dieser Simulationsinstrumente auf. Es setzt Sie aber ebenfalls dem unwiderstehlichen Reiz dieser einfachen Spiele aus, mit denen Sie auf jedem Computer selber zum Schopfer kunstlicher Welten werden konnen."

Spis treści

Ursprünge zellulärer Welten.- 1 Die Software der Natur.- 1.1 Ein Spiel, das seine Regeln hat.- 1.2 Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile.- 1.3 Zelluläre Automaten: eine vernetzte Welt im Computer.- 2 Bausteine der zellulären Welt.- 2.1 Ein künstlicher Kosmos — der Zellraum.- 2.2 Reviergrenzen — die Nachbarschaft.- 2.3 Am Ende der Welt — Randbedingungen.- 2.4 Artenvielfalt — die Zustandsmenge.- 2.5 Veränderungen — die Zustandsentwicklung.- 3 Das Spiel des Lebens.- 3.1 Vom LIFE-Fieber infiziert.- 3.2 Überlebenskünstler.- 3.3 Fresser in Aktion.- 3.4 Wachstum über alle Grenzen.- 3.5 Paradiesische Zustände.- 3.6 LIFE als Computer: Gleiter statt Strom.- 4 Einfach und komplex zugleich.- 4.1 Auf der Suche nach der Komplexität.- 4.2 Suche mit System.- 4.3 Das ganze Repertoire: vier Klassen.- 4.4 Am Rande des Chaos.- 4.5 Das Ende der Suche?.- Streifzüge durch zelluläre Welten.- 5 Die Kräfte der Welt — der Entwurf einer digitalen Physik.- 5.1 Vom Mikrokosmos zum Makrokosmos.- 5.2 Zelluläre Gittergase.- 5.3 Ising-Modelle: Von Unordnung zu Ordnung.- 6 Chemische Wellen — Die Misch-Masch-Maschine.- 6.1 Eine „unpassende“ Beobachtung: Oszillationen einer chemischen Reaktion.- 6.2 Oszillationen im „Kat“?.- 6.3 Die Misch-Masch-Maschine.- 6.4 Simulierte Chemie.- 7 Selbstreproduktion — die Basis allen Lebens.- 7.1 Die Suche nach künstlichem Leben.- 7.2 John von Neumann und die Geburtsstunde selbstreproduzierender Automaten.- 7.3 Geht es noch einfacher?.- 8 Der Hyperzyklus — ein Modell zur präbiotischen Evolution.- 8.1 Die Ursprünge des Lebens.- 8.2 Der Hyperzyklus — ein notwendiger Zwischenschritt?.- 8.3 Eine zelluläre Ursuppe.- 9 Künstlerische Freiheit — Muster der Natur.- 9.1 Das Programm der Musterbildung.- 9.2 Kräfte zwischen den Zellen.- 9.3 Konkurrenz als Mustermacher.- 9.4 Modelle im Vergleich.- 10 Nutznießer — die Ökologie von Räubern und ihrer Beute.- 10.1 Fressen und gefressen werden.- 10.2 Haie und Fische auf dem Planeten WATOR.- 10.3 Die Bedrohung des Great Barrier Reef.- 11 Leben ist Miteinander — Simulationen zum sozialen Kontakt.- 11.1 Kooperation oder Nicht-Kooperation: ein soziales Dilemma.- 11.2 Das Gefangenendilemma.- 11.3 Zellen spielen um Kooperation.- 11.4 Das Solidaritätsspiel.- 12 Modell und Wirklichkeit.- 12.1 Qualität statt Quantität?.- 12.2 Vom Schleimpilz bis zum Herzschlag: Erregbare Medien.- 12.3 Wettlauf um die beste Theorie.- 12.4 Ein Modell für ein Modell.- 12.5 Prüfsteine der Simulation.- 12.6 Auf zu neuen Ufern.- Anhang: Do it yourself — Zelluläre Kochrezepte.- Literatur und andere Quellen.- Bildnachweis.- Sachwort- und Namensverzeichnis.

O autorze

Dr. Martin Gerhardt ist Mathematiker und Leitender Berater im Bereich der mathematischen Optimierung am Wissenschaftlichen Zentrum der IBM Deutschland GmbH in Heidelberg.Frau Dr. Heike Schuster ist Mathematikerin und arbeitet als freie Wissenschaftspublizistin.