Monday, 21 June, 2010

Die Erde und der Mensch in der Physik

Was die Entropie über Vielteilchensysteme aussagt

 

© Physical Review Letters 104, 218102-2 (2010)

Systeme lassen sich mathematisch kaum noch beschreiben, wenn sie eine Vielzahl von Teilchen enthalten, weil deren zukünftiges Verhalten für eine Berechnung meist zu komplex ist. Was vor allem fehlt, sind universell gültige makroskopische Prinzpien und Theorien für Nicht-Gleichgewichts-Systeme, zu denen etwa auch biologische Zellen, gesamte Ökosysteme oder Finanzmärkte gehören, sagt Professor Erwin Frey vom Department für Physik und dem Exzellenzcluster Nanosystems Initiative Munich (NIM) der LMU. Zusammen mit seinen Mitarbeitern untersuchte er, ob die sogenannte Entropie Aufschluss über das Verhalten eines solchen Systems geben kann. Die Entropie ist eine zentrale Größe für die Beschreibung von Systemen im thermodynamischen Gleichgewicht. Dort dient sie (in der Form des zweiten Hauptsatzes) dazu, die zeitliche Richtung eines physikalischen Prozesses vorherzusagen. Die Forscher wählten ein mathematisches ökologisches Modell, in dem drei Spezies miteinander um das Überleben konkurrieren und sich dabei gegenseitig in Schach halten. Mit Hilfe von Computersimulationen und auch mit mathematischen Analysen haben wir die Entropieproduktion berechnet, die sich als sehr aufschlussreiche makroskopische Größe erwiesen hat, so Frey. Der wohl stärkste Hinweis auf einen tieferen Zusammenhang war aber wohl das Ergebnis, dass die Entropieproduktion dann maximal ist, wenn sich das System selbst im Zustand maximaler Gleichförmigkeit und Aktivität befindet. Wir sind davon überzeugt, dass die Entropieproduktion in ähnlicher Weise wertvolle Informationen für die Charakterisierung von anderen Systemen fern vom Gleichgewicht geben kann. (Physical Review Letters, Mai 2010)

Presseinformation der LMU (deutsch)
Publication "Entropy Production of Cyclic Population Dynamics"