Warum Tee im Flugzeug nicht schmeckt und Wolken nicht vom Himmel fallen: Eine Flugreise in die Welt des Wissens (German Edition)

Strukturen nicht mit den Spuren verwechseln, die Traktoren hinterlassen. Bei Letzteren handelt es sich eher um offene Linien, weniger um geschlossene Formen – sie sind deutlicher definiert als die feinen Unterschiede zwischen Licht und Schatten, nach denen Sie Ausschau halten.

Dem Lauf des Wassers folgen
    Nicht nur die Überreste künstlicher Strukturen lassen sich aus der Luft deutlicher erkennen, sondern auch die Art und Weise, wie sich manche natürlichen Formationen entwickelt haben. Flüsse und Bäche sind hervorragende Beispiele. Die frühen Stadien eines Wasserlaufs sind grundlegend anders als das Bett eines ausgewachsenen Flusses. Während das Wasser von höheren in ein wenig tiefere Bereiche rieselt, bilden sich Rinnsale, die an die Struktur von Ästen und Zweigen erinnern (eine Form, die als dendritisch, baumartig, bezeichnet wird), auch wenn sie hier gegenläufig auftreten: Während beim Baum aus Ästen Zweige werden, läuft das Wasser aus Verästelungen in größere Äste und speist schließlich den Hauptstamm.
    Bei der Bildung der jungen Wasserläufe lassen sich zwei faszinierende Wissenschaftsbereiche erkennen: selbststrukturierende Systeme und Fraktale.
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Experiment – Selbststrukturierende Systeme
    Diesen Versuch können Sie nicht im Flugzeug durchführen – Sie müssen damit warten, bis Sie wieder zu Hause sind. Geben Sie eine Wachsschicht auf ein kleines Tablett. Am einfachsten geht das, indem Sie das Wachs schmelzen und auf das Tablett gießen. Zum Schmelzen geben Sie es in eine Schüssel, die Sie in einen Topf mit kochendem Wasser stellen. Versuchen Sie, die Wachsschicht so glatt wie möglich auf dem gesamten Tablett aufzubringen, dann lassen Sie das Wachs fest werden.
    Fixieren Sie das Tablett schräg in der Spüle, so dass Wasser über das Wachs herunterlaufen kann. Gießen Sie einen sehr dünnen Strom kochend heißen Wassers in der Mitte der Oberkante auf das Wachs, so dass es die Schräge hinunterläuft. (Vorsicht mit dem kochenden Wasser!) Anfangs wird das Wasser rasch über das gesamte Wachs fließen, doch wenn das Wachs zu schmelzen beginnt, entstehen Kanäle darin. Sobald Kanäle da sind, wird das Wasser verstärkt diese Wege einschlagen. Dadurch schmilzt hier mehr Wachs, und die Kanäle werden tiefer und breiter. Je größer die Kanäle sind, desto mehr Wasser kann durch sie nach unten fließen. Und so fort.
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    Selbststrukturierende Systeme wie die, die das heiße Wasser im Wachs geformt hat, sind faszinierend, weil anfangs kein bestimmtes Muster existiert. Die Flüssigkeit (heißes Wasser auf unserem Wachs, Drainage-Wasser bei der Entstehung von Wasserläufen) läuft unstrukturiert über die Oberfläche und wird von winzigen Niveau-Unterschieden beeinflusst. Mit dem Fließen beginnt die Flüssigkeit an der Oberfläche zu nagen. Und sobald sich ein flacher Kanalgebildet hat, nimmt mehr Wasser diesen Weg und verstärkt das neue Muster.
    Das Gehirn ist ebenfalls ein selbststrukturierendes System. Die Hauptbereiche, in denen Informationen gespeichert werden, bestehen aus vielen Millionen spezieller Zellen, den Neuronen. Jedes Neuron kann über Dendriten, winzige Fasern, mit Hunderten oder sogar Tausenden von anderen Neuronen verbunden sein. Diese Verbindungen machen das Gedächtnis und andere gespeicherte Strukturen aus. Anfangs sind sie sehr dünn und instabil, aber sobald geknüpfte Verbindungen erneut benutzt werden, werden sie dicker und stabiler. Und je dicker, desto leichter lassen sie sich benutzen – und werden deshalb auch häufiger benutzt.

Faszinierende Fraktale
    Der zweite interessante Wissenschaftsbereich bei der Wasserlaufentstehung sind Fraktale, und sie sind gleichfalls mit der chaotischen Form verbunden, die diesen Strukturen ursprünglich zugrunde liegt. Chaos meint hier nicht das heillose Durcheinander, das Journalisten gern in ihren Schlagzeilen anführen, sondern ein Chaos im mathematischen Sinn. Mathematische Chaossysteme sind in hohem Maß davon abhängig, welchen Ausgangspunkt sie haben. Eine kleine anfängliche Veränderung kann für die Entwicklung eines Systems einen großen Unterschied bedeuten. Häufig wird das als »Schmetterlingseffekt« bezeichnet, nach der Vorstellung, dass der Flügelschlag eines Schmetterlings auf dem einen Kontinent einen Sturm auf dem anderen auslösen kann. Das ist zwar zu stark vereinfacht, aber es verdeutlich das Konzept recht gut.
    Fraktale sind chaotische geometrische Muster, die »selbstähnlich« sind: Nehmen