Kognitionsbiologie

Biophysiker macht Weg zum Chaos sichtbar

Christian Herbst hat den Kehlkopf eines toten Hirschen zum Röhren gebracht, um chaotische Zustände zu demonstrieren

Jochen Stadler | aus HEUREKA 3/13 vom 26.06.2013

Wiener Forscher haben den Kehlkopf eines frisch verstorbenen Hirschen herausoperiert und auf ein Rohr montiert, durch das sie feuchte, warme Luft blasen konnten. So brachten sie seine Stimmlippen zum Schwingen und erzeugten ein Röhren, das dem eines lebenden Hirschen gar nicht unähnlich klingt.

Der Versuch diente nicht etwa dazu, eine Hirschkuh anzulocken, sondern um den Wechsel von chaotischen, Chaos-nahen und geordneten Schwingungen darzustellen, der bei diesem Röhren passiert.

Chaos entsteht nicht aus purem Zufall, sondern dann, wenn ein einfaches System bei bestimmten Bedingungen ein komplexes Verhalten zeigt, erklärte Christian Herbst vom Department für Kognitionsbiologie der Universität Wien. In der Natur gäbe es viele Beispiele dafür: das Wetter, den Herzrhythmus, die Wirtschaft und die Stimmen von Mensch und Tier.

Auch ein geordnet schwingendes System wie die Stimmlippen des toten Hirschen kann abrupt ins Chaos stürzen, wenn sich nur eine einzige Größe ändert - in dem Versuch manipulierten die Forscher dafür die Stärke des Luftstroms. Außerdem gäbe es Chaos-nahe Übergangsformen, erklärten sie.

Bisher konnte man den Weg zum Chaos nur mit komplizierten Verfahren oder mehreren Abbildungen darstellen, die für Nicht-Mathematiker schwer bis gar nicht zu verstehen sind. Daher haben die Forscher eine anschauliche Grafik entwickelt, die mit zwei Dimensionen auskommt: das sogenannte 'Phasegram'.

Dazu sind zwar komplizierte mathematische Berechnungen notwendig, aber was interessiert es den Betrachter der Mona Lisa, wie schwierig es für Leonardo war, das Bild zu malen? Er erfreut sich an ihrem verschmitzten Lächeln ebenso, wie der Betrachter des Phasegrams frohlockt, weil er Chaos und Ordnung samt ihrer Übergänge anschaulich präsentiert bekommt. "Dieses Verfahren erlaubt es die Symptome von Systemen auf dem Weg zum Chaos intuitiv in einer einzigen Abbildung sichtbar zu machen", schwärmen die Forscher.

Das Phasegram eignet sich nicht nur für mechanische Systeme wie röhrende Stimmbänder, sondern man könne damit alle Systeme untersuchen, die Schwingungen erzeugen, so Christian Herbst.

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