Literaturempfehlungen: Zellulärer Automat und zelluläres Universum als Modell für zelluläres Energiesystem
Eventuell ist die Gelegenheit zur Besinnung am Beginn des neuen Jahres 2019 geeignet, sich einen Überblick zur Literatur bezüglich zellulärer Ansätze und Modelle mit den Begriffen zellulärer Automat und zelluläres Universum zu verschaffen.
Untersuchungen zum zellulären Energiesystem besitzen somit Vorbilder, auf die bei weiteren Aktivitäten zur Modellierung und Simulation aufgesetzt werden kann.
Empfehlung zum Thema „Komplexität“ als Enabler von Selbstorganisation
Stuart Kauffman: Der Öltropfen im Wasser — Chaos, Komplexität, Selbstorganisation in Natur und Gesellschaft
Auf Basis der Betrachtung Boolscher Netzwerke entwickelt Stuart Kauffman einen Weg zum Verständnis von Komplexität. In einem Verbund von Knoten mit einer definierten Anzahl von Ein- und Ausgängen mit jeweils einem möglichen Satz von Zuständen steigt die Komplexität bei zunehmender Anzahl von Knoten, die zu einem chaotischen Systemverhalten führen kann. Kauffman untersuchte die Gestaltungsformen derartiger Systeme, um Stabilität und Flexibilität des Verbundes gleichermaßen zu garantieren. Vorbild sind hier die metastabilen Zustände biologischer Systeme. Der Schwerpunkt dieses Werkes liegt im Zuammenwirken der Knoten auf Basis der Kenntnis der Abbildung von Eingangszuständen auf Ausgangszustände der Knoten. Vom inneren Wirken der Knoten als Zellen des Netzwerkes wird abstrahiert.
Zitat der zugehörigen Rezension auf Amazon.de:
[amazon_link asins=‘349222654X’ template=‘ProductAd’ store=‘fwknet’ marketplace=‘DE’ link_id=‘3049fe71-4f00-11e8-a5d6-4b1589517d02’]In den Naturwissenschaften zeichnet sich ein neues Paradigma ab, das in seiner Bedeutung der Theorie Darwins gleichkommt. In seinem allgemeinverständlichen Buch gibt Stuart Kauffman, Vordenker und Wegbereiter des neuen Denkens, Einblicke in die ordnungsbildenden Kräfte des Chaos und zeigt, wie Komplexität die Selbstorganisation bewirkt. Die Vielfalt und Ähnlichkeit selbstorganisatorischer Prozesse in fast allen von den Natur- und Gesellschaftswissenschaften untersuchten Bereichen legt es nahe, daß es allgemeine Gesetzmäßigkeiten gibt, die das Entstehen geordneter Strukturen in komplexen Systemen hinreichender Größe und Komplexität zur Folge haben. Wichtigste Eigenschaften geordneter Strukturen sind Stabilität gegenüber Störungen und Emergenz gegenüber den Einzelteilen, aus denen sie bestehen.
Empfehlung zum Thema „zellulärer Automat“
Marin Gerhardt und Heike Schuster: Das digitale Universum — Zelluläre Automaten als Modelle der Natur
Die Entwicklung des Universums ist gekennzeichnet von der Evolution komplexer Ordnungen, die lokal und gleichzeitig verbunden als nicht-lokale Organisation agieren. Zellulärer Automat und zelluläre Interpretationen physikalischer Theorien sind Werkzeuge zum Verständnis dieser Komplexität.
Zitat der zugehörigen Rezension auf Amazon.de:
[amazon_link asins=‘3322850064’ template=‘ProductAd’ store=‘fwknet’ marketplace=‘DE’ link_id=‘c0047990-0e97-11e9-a24a-0f2a6d6788c2’]“Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile.” So sehr uns dieser Satz als Binsenweisheit bekannt ist, so neu und mächtig ist sein Einfluß auf das Weltbild unserer modernen Wissenschaft. Atome, Moleküle, Zellen und Organismen erzeugen durch einfache Wechselwirkungen den Strukturreichtum unserer Welt. Ein wichtiges Werkzeug zum Verständnis dieser Komplexität sind Computersimulationen, mit denen sich Forscher der Wirklichkeit künstlich annähern. Zelluläre 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 führt Sie durch den digitalen Kosmos und zeigt Ihnen anhand zahlreicher Beispiele die Stärken und Schwächen dieser Simulationsinstrumente auf. Es setzt Sie aber ebenfalls dem unwiderstehlichen Reiz dieser einfachen Spiele aus, mit denen Sie auf jedem Computer selber zum Schöpfer künstlicher Welten werden können.
Gerhardt, M.; Schuster, H. (01/1995)
Empfehlung zu „zellulärer Automat“ und Modellierung als Mittel zur Untersuchung komplexer Systeme
Stephen Wolfram: Cellular Automata and Complexity — Collected Papers
Zu Beginn der 1980-er Jahre schlug Stephen Wolfram die Abbildung komplexer Zusammenhänge durch relativ einfache Computerprogramme vor. Heute resultiert aus diesem Vorgehen die Abbildung der menschlichen Denkvorgänge in Computerprogrammen für neurale Netze, die komplexe Leistungen der menschlichen Intelligenz erfolgreich nachvollziehen können. Daraus resultieren Arbeiten zur Modellierung und Untersuchung zellulärer Energiesysteme als Mittel der Komplexitätsbeherrschung in einen zunehmend erneuerbaren, dezentralen und gleichzeitig verbundenen, zellulären Energiesystem.
Zitat der zugehörigen Rezension auf Amazon.de:
[amazon_link asins=‘0201626640’ template=‘ProductAd’ store=‘fwknet’ marketplace=‘DE’ link_id=‘0e5f3165-0e9b-11e9-a2da-95de2eed544e’]Sind mathematische Gleichungen der beste Weg, um die Natur zu modellieren? Seit vielen Jahren wurde davon ausgegangen, dass sie es waren. Aber in den frühen 1980er Jahren machte Stephen Wolfram den radikalen Vorschlag, stattdessen Modelle zu bauen, die direkt auf einfachen Computerprogrammen basieren. Wolfram untersuchte eine Klasse solcher Modelle, die unter dem Begriff zellulärer Automat bekannt sind und entdeckte eine bemerkenswerte Tatsache: Dass selbst wenn die zugrunde liegenden Regeln sehr einfach sind, das Verhalten, das sie erzeugen, sehr komplex sein kann und viele Merkmale dessen nachahmen kann, was wir in der Natur sehen. Auf der Grundlage dieses Ergebnisses begann Wolfram ein Forschungsprogramm zur Entwicklung dessen, was er “A Science of Complexity” nannte: Die Ergebnisse von Wolframs Arbeit fanden viele Anwendungen, von der so genannten Wolfram-Klassifikation zentral über Bereiche wie künstliches Leben bis hin zu neuen Ideen über Kryptographie und Strömungsdynamik. Dieses Buch ist eine Sammlung von Wolframs Originalarbeiten über zelluläre Automaten und Komplexität. Einige dieser Arbeiten sind in der wissenschaftlichen Gemeinschaft weithin bekannt, andere wurden noch nie zuvor veröffentlicht. Gemeinsam bieten die Papiere einen hochgradig lesbaren Überblick über das, was zu einem wichtigen neuen Wissenschaftsgebiet geworden ist, mit bedeutenden Auswirkungen auf Physik, Biologie, Wirtschaft, Informatik und viele andere Bereiche.
Wolfram, S. (02/1994)
Empfehlung zu „zellulärer Automat“ und Quantenmechanik
Gerard ‘t Hooft: The Cellular Automaton Interpretation of Quantum Mechanics — (Fundamental Theories of Physics, Band 185)
Dieses Werk des Physik-Nobelpreisträgers Gerard ‘t Hooft scheint weit entfernt von den Anwendungsmöglichkeiten der zellulären Automaten für die Modellierung technischer Systeme zu sein. Aber im Kern offenbart es für den naturwissenschaftlich vorgebildeten Leser tiefe Einsichten in ein zellulär organisiertes Universum als Vorbild für zellulär gestaltete Systeme der menschlichen Welt, wie zum Beispiel auch für ein zelluläres Energiesystem.
Zitat der zugehörigen Rezension auf Amazon.de:
[amazon_link asins=‘3319412841’ template=‘ProductAd’ store=‘fwknet’ marketplace=‘DE’ link_id=‘070a0a1f-0ea2-11e9-b2ad-7f3965404389’]Dieses Buch stellt die von Nobelpreisträger Gerard ‘t Hooft entwickelte deterministische Sichtweise der Quantenmechanik dar. Unzufrieden mit den unbequemen Lücken in der Art und Weise, wie die konventionelle Quantenmechanik mit der klassischen Welt ineinandergreift, hat ‘t Hooft die alten versteckten Variablenideen wiederbelebt, aber jetzt viel systematischer als sonst. Dabei wird die Quantenmechanik nicht als Theorie, sondern als Werkzeug betrachtet. Der Autor gibt Beispiele für Modelle, die im Wesentlichen klassisch sind, aber durch den Einsatz von Quantentechniken analysiert werden können, und argumentiert, dass selbst das Standardmodell zusammen mit Gravitationsinteraktionen als quantenmechanischer Ansatz zur Analyse eines Systems angesehen werden könnte, das im Kern klassisch sein könnte. Er zeigt, wie dieser Ansatz, auch wenn er auf versteckten Variablen basiert, plausibel mit dem Bell’schen Satz in Einklang gebracht werden kann und wie die üblichen Einwände gegen die Idee des “Superdeterminismus” zumindest im Prinzip überwunden werden können. Dieses Framework erklärt — und heilt automatisch — elegant die Probleme des Zusammenbruchs der Wellenfunktion und des Messproblems. Selbst die Existenz eines “Pfeils der Zeit” lässt sich vielleicht eleganter als sonst erklären. Neben der Überprüfung der früheren Arbeit des Autors auf diesem Gebiet enthält das Buch auch viele neue Beobachtungen und Berechnungen. Es bietet anregendes Lesen für alle Physiker, die an den Grundlagen der Quantentheorie arbeiten.
‘t Hooft, G. (09/2016)
Empfehlung zur Nutzung der Automatentheorie zum Verständnis des Universums und technischer Systeme
Konrad Zuse: Rechnender Raum — Schriften zur Datenverarbeitung
Einen historischen Einblick in das Entstehen der Automatentheorie auf Basis der Möglichkeiten der elektronischen Informationsverarbeitung erlaubt dieses Werk des Pioniers der Computerentwicklung Konrad Zuse. Die elektronische Datenverarbeitung ist einerseits Mittel zur Berechnung physikalischer Systeme. Die Entwicklung der Automatentheorie schuf aber gleichzeitig neue Möglichkeiten zum Verständnis des Universums und hatte somit eine bedeutende Rückwirkung auf die Bildung physikalischer Modelle.
Zitat der zugehörigen Rezension auf Amazon.de:
[amazon_link asins=‘366300810X’ template=‘ProductAd’ store=‘fwknet’ marketplace=‘DE’ link_id=‘d0a61753-0ea1-11e9-9448-dbdf47481025’]Es ist uns heute selbstverständlich, daß numerische Rechenverfahren erfolgreich eingesetzt werden können, um physikalische Zusammenhänge zu durchleuchten. Dabei haben wir eine mehr oder weniger enge Verflechtung zwischen Mathematikern, Physikern und den Fachleuten der Informationsverarbeitung. Die mathematischen Lehrgebäude dienen dem Aufbau physikalischer Modelle, deren numerische Durchrechnung heute mit elektronischer Datenverarbeitung erfolgt. Die Aufgabe der Fachleute der Informationsverarbeitung besteht im Wesentlichen darin, für die von den Mathematikern und Physikern entwickelten Modelle möglichst brauchbare numerische Lösungen zu finden. Ein rückwirkender’Einfluß der Datenverarbeitung auf die Modelle und die physikalische Theorie selbst besteht lediglich indirekt in der bevorzugten Anwendung solcher Methoden, die der numerischen Lö sung besonders leicht zugänglich sind. Das enge Zusammenspiel zwischen Mathematikern und Physikern hat sich sehr günstig in Bezug auf die Entwicklung der Modelle theoretischer Physik ausgewirkt. Das moderne Gebäude der Quantentheorie ist weitgehend reine bzw. angewandte Mathematik. Es scheint daher die Frage berechtigt, ob die Informationsverarbeitung bei diesem Zusammenspiel nur eine ausführende Rolle spielen kann, oder ob auch dort befruchtende Ideen gegeben werden können, welche die physikalischen Theorien selbst rückwirkend beeinflussen. Diese Frage ist umso berechtigter, als sich in enger Zusammenarbeit mit der Informationsverarbeitung ein neuer Zweig der Wissenschaft entwickelt hat, nämlich die Automatentheorie.
Zuse, K. (01/1969)
Verweis
Kauffman, S. (09/1998). Der Öltropfen im Wasser: Chaos, Komplexität, Selbstorganisation in Natur und Gesellschaft. München. Piper Verlag GmbH. Auflage: September 1998. ISBN-10: 3492035493. ISBN-13: 978–3492035491
Gerhardt, M.; Schuster, H. (01/1995). Das digitale Universum: Zelluläre Automaten als Modelle der Natur. Braunschweig/Wiesbaden. Vieweg+Teubner Verlag. Auflage: 1995 (1. Januar 1995). ISBN-10: 9783322850065. ISBN-13: 978–33228500
Wolfram, S. (02/1994). Cellular Automata And Complexity: Collected Papers. Bolder, Colorado. Westview Press. Auflage: 1994 (21. Februar 1994). ISBN-10: 9780201626643. ISBN-13: 978–0201626643
‘t Hooft, G. (09/2016). The Cellular Automaton Interpretation of Quantum Mechanics: Fundamental Theories of Physics, Band 185. Berlin/Heidelberg. Springer. Auflage: 1st ed. 2016 (13. September 2016). ISBN-10: 9783319412849. ISBN-13: 978–3319412849
Zuse, K. (01/1969). Rechnender Raum: Schriften zur Datenverarbeitung. Wiesbaden. Vieweg+Teubner Verlag. Auflage: 1969 (1. Januar 1969). ISBN-10: 366300810X. ISBN-13: 978–3663008101
