Spektrum der Wissenschaft Highlights 1/2014
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Dieses Zwischending zwischen Ordnung und Unordnung hat in der öffentlichen Wahrnehmung eine Wandlung vollzogen. Galt es zunächst – ebenso wie die eng mit ihm verwandten Fraktale – als eher mathematische Kuriosität, so erweist es jetzt an den verschiedensten Stellen seine Nützlichkeit.

Ein chaotisches System kann gerade wegen seiner empfindlichen Abhängigkeit von den Anfangsdaten, die seine Berechenbarkeit vereitelt, rasch und mit wenig Energieaufwand auf seine Umwelt reagieren. Das ist gut fürs Herz weil es die Sauerstoffversorgung regelt und für die Wiederverwertung von Raumsonden, für die Zellen im sich entwickelten Organismus ebenso wie für die Neurone im Gehirn. In diesem Sinne leben wir alle am Rande Chaos – und es bekommt uns prächtig.

Mathematiker können mit Wahrscheinlichkeiten rechnen. Wer aber damit in der Realität etwas anfangen will, gerät unweigerlich in begriffliche Probleme. Ist der Zufall – der irgendwie hinter jeder Wahrscheinlichkeitsaussage steckt – eine Eigenschaft der Welt oder Ausdruck unserer mangelhaften Kenntnis derselben?

Das Sonderheft "Zufall und Chaos" widmet sich unter anderem dieser Frage.

Inhalt:

Zufall und Determinismus
Welche Rolle spielt der Zufall in den exakten Wissenschaften?

Wahrscheinlichkeit – ein mehrdeutiger Begriff
Die mathematische Definition der Wahrscheinlichkeit ist glasklar – weil sie vermeidet zu sagen, worum es sich "eigentlich" handelt. Angewandt auf die Realität ist der Begriff problematischer.

Interpretationen der Wahrscheinlichkeit
Steckt die Wahrscheinlichkeit in den Dingen, als "Neigung" der Münze, gleich häufig auf Kopf oder Zahl zu fallen, oder in unserem Kopf, als Maß unserer beschränkten Kenntnis des Münzwurfs?

Chaos unter Kontrolle
Es ist nicht die totale Unordnung – es sieht nur so aus. Mit neuer Mathematik lässt sich ein chaotisches System sogar beherrschen.

Die Rolle des Zufalls bei der Genexpression
In den scheinbar perfekt organisierten Zellen eines Lebewesens sind viele Vorgänge von zufälligen Variationen der Genaktivität bestimmt.

Die DNA zwischen Zufall und Notwendigkeit
Statt eines fixen genetischen Programms enthält die Erbsubstanz DNA einen Zufallsgenerator zur Produktion unterschiedlichster Proteine, die dem Selektionsdruck ihrer Umgebung unterworfen sind.

Wie der Zufall Sinneszellen festlegt
Stochastische Prozesse im Verein mit strengen Regeln führen dazu, dass Sinneszellen in Auge oder Nase sich unterschiedlich differenzieren.

Krebs, Gene und Mikromilieu
Nicht allein genetische Veränderungen sind dafür maßgeblich, ob Zellen entarten. Ihre unmittelbare Umgebung beeinflusst ihr Verhalten oft entscheidend.

Chaos im Gehirn
Die Nervenzellen in unserem Denkorgan feuern scheinbar regellos. Ordnung zeigt sich erst, wenn man größere Neuronennetze betrachtet.

Statistik für seltene Ereignisse
Wenn es nicht auf den Mittelwert ankommt, sondern – bei Überschwemmungen zum Beispiel – auf einen Maximalwert, ist eine neue Theorie gefordert: die Extremwertstatistik.

Wie sieht man das Unvorhersehbare vorher?
Wie viel Aufwand ist zur Abwendung einer unbekannten Katastrophe gerechtfertigt? Die Psychologie kann hilfreiche Hinweise geben.

82 Seiten, ISBN 978-3-943702-59-0, 8,90