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Wege ins Chaos

Das Lorenz-System als periodisches System

Das Lorenz-System zeigt einen interessanten Weg ins Chaos, der als Krise und Intermittenz bzw. Pomeau-Manneville-Szenario bezeichnet wird.

Der Attraktor des Lorenz-Systems durchläuft starke qualitative Veränderungen auf dem Weg ins Chaos. Diese Veränderungen deuten sich in der Nähe von Phasenübergängen durch Intermittenzen in den Zeitreihen an, bei denen ein einfacher periodischer Grenzzyklus zunehmend „aus dem Tritt gerät“, bis er sich beim Überschreiten der Grenze zum Chaos völlig verändert hat. 

Die Animation zeigt das Lorenz-System für r = 350. Der einfache Grenzzyklus lässt die spätere (chaotische) Form noch nicht erahnen. 

Lorenz ohne Chaos

Die generierenden Gleichungen lauten:  
   
  

 

Periodenverdopplung

Wird r verringert kommt es zunächst zu Periodenverdopplungen.   

Die Animation zeigt das Lorenz-System für r = 166. Der Grenzzyklus hat seine Periode verdoppelt.

 

Lorenz-System

Übegang zum Chaos

Das Die Animation zeigt das Lorenz-System für r = 120. Das Verhalten wird zunehmend komplexer und die reguläre, zyklische Gestalt verliert sich. 

Lorenz System

Chaos

Die Animation zeigt das Lorenz-System für r = 29. Das Verhalten ist nun chaotisch. 

Lorenz-System  

Abbildung: Rössler-Attraktor

Die Abbildung zeigt einen Ausschnitt aus dem Rössler-Attraktor. Dabei handelt es sich um die Darstellung eines recht einfachen mathematischen Systems, welches trotz seiner Einfachheit zu Chaos fähig ist. D.h. für dieses System ist es trotz Kenntnis der mathematischen Gleichungen nicht möglich eine langfristige Vorhersage zu machen.
Der Chemiker Erwin Rössler hat Chaos mit einem Knetvorgang verglichen, mit dem auch eine Bäckerin, ein Bäcker den Brotteig durchknetet. Der Teigklumpen wird auf der Arbeitsplatte zunächst auseinander gedrückt oder gewalzt. Was gerade noch dicht beisammen war, wird auseinandergetrieben. Danach wird der Teig zusammengefaltet und wieder zu einem Klumpen vereint, bevor er erneut ausgewalzt und wieder zusammengelegt wird.
(Mehr dazu: Strunk, G. & Schiepek G. (2014) Therapeutisches Chaos)

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