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Lexikon Physik

Chaostheorie

Die Chaostheorie ist ein Teilgebiet der Physik, das den Grenzbereich zwischen Vorhersagbarkeit und „Chaos“ bei sog. nichtlinearen dynamischen Systemen untersucht.

Bei einem linearen System sind Ursache und Wirkung proportional zueinander. Ein Beispiel dafür ist das reibungsfreie Federpendel, bei dem Auslenkung und Rückstellkraft zueinander proportional sind (Hooke’sches Gesetz) und das einmal angestoßen bis in alle Ewigkeit gleichförmig hin- und herschwingt. Mathematisch gesehen lässt sich das Verhalten eines solchen Systems für alle Zeiten vorausberechnen, sofern nur Position und Geschwindigkeit des Anfangszustands bekannt sind. Ändert man den Anfangszustand ein wenig, ändert sich auch das Systemverhalten nur wenig.

Bei nichtlinearen Systemen ist dies nicht möglich. Für sie gelten zwar ebenfalls eindeutig definierte physikalische Gleichungen. Doch bereits eine winzige Änderung der Anfangsbedingungen kann sich mit der Zeit zu völlig anderen, eben chaotischen Ergebnissen „aufschaukeln“. Außer durch die Unvorhersagbarkeit des Systemverhaltens zeichnen sich chaotische Systeme auch dadurch aus, dass sich bei ihnen spontan selbstähnliche geometrische Strukturen bilden können, die in beliebiger Vergrößerung immer wieder ähnlich aussehen (Fraktale).

Trotz der sehr abstrakten und nicht ganz leicht nachzuvollziehenden Definition sind unverhersagbare Systeme im Sinne der Chaostheorie keineswegs selten: der Lauf von Billardkugeln, Wetterphänomene, unregelmäßig tropfende Wasserhähne, alle turbulenten Strömungsvorgänge und selbst die langfristige Bewegung von Himmelskörpern in unserem Sonnensystem zählen dazu.

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