Zellulärer Automat und zelluläres Energiesystem

Literatur zu zellulären Konzepten und Modellen

Zellulaerer Automat
Zellulärer Automat, copyright by Sergio Martínez from Austin, US [CC BY-SA 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0)], via Wikimedia Commons

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:

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.

Kauffman, S. (09/1998)

 

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:

“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:

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:

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:

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

Andreas Kießling
Über Andreas Kießling 50 Artikel
Andreas Kießling hat in Dresden Physik studiert und lebt im Raum Heidelberg. Er beteiligt sich als Freiberufler und Autor an der Gestaltung nachhaltiger Lebensräume und zugehöriger Energiekreisläufe. Dies betrifft Themen zu erneuerbaren und dezentral organisierten Energien. Veröffentlichungen als auch die Aktivitäten zur Beratung, zum Projektmanagement und zur Lehre dienen der Gestaltung von Energietechnologie, Energiepolitik und Energieökonomie mit regionalen und lokalen Chancen der Raumentwicklung in einer globalisierten Welt.

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