Virtueller Raum
Carl Gneisenau
Nun ich habe eine theoretische Frage.Es geht um folgendes. Ich habe die
Überlegung angestellt, ob es möglich ist in einer Programmiersprache einen 3
dimensionalen Raum zu modellieren. Das besondere ist dieser Raum enthält an
jeder Koordinate eine Klasse welche alle die chemischen und physikalischen
Eigenschaften eines Elementes beschreibt, mit "Kanälen" zu anderen Teilchen
um die Energien weiterzugeben. Diese wiederum ist zusammengesetzt aus
Klassen die die zahlreichen Subatomaren Teilchen repäsentieren.
Die Idee ist dabei die Modellierung eines virtuellen Raumes mit allen bisher
uns bekannten wissenschaftlichen Erkenntissen.
Am Ende wiederum sollten sich diese Atomklassen verhalte wie reale Atom,
also sich verbinden, Stoffe bilden ect. Aus diesen virtuellen Stoffen
wiederum könnte man Korper entstehen lassen, deren Eigenschaften und
Verhalten testen...
Nun habe ich mal versucht diese Klassen theoretisch, in einem
Gedankenmodell, zu erstellen. Allerdings stellte sich schnell heraus, wie
ich mir auch schon dachte, das dies ins Uferlose abgleitet. Nun wollte ich
in erfahrung bringen, ob
1) Es schon ähnliche Projekte und überlegungen gibt
2) wenn nicht, ob man nicht ein Open-Source-Projekt starten könnte um dies
mit der Erfahrung von Physikern Chemikern, Mathematikern und Informatikern
zumindest annähernd zu realiesieren.
Der Grund warum ich auf diese Idee komme ist, das man mit solch einem Raum
jegliche Simulation bewerkstelligen könnte. Sei es Ausbreitung von
Wärme,Strömungen oder ähnlichem
Entschuldigt, das dies alles ein wenig naiv dahergeredet ist. aber da dies
noch eine waage Idee und These ist, habe ich noch keine entsprechenden
Formulierungen und Modelle
Für eure Kritik wäre ich sehr dankbar
Bitte sendet mir dazu einfach eine mail an onew...@lycos.de oder an die
Posting-Mail-Adresse
Gruße Carl
Danny Busch
> uns bekannten wissenschaftlichen Erkenntissen.
Granularität im Verhältnis zum rechnerischen Aufwand auch bei
Interpolation i. d. R. zu fein für eine "nützliche" Anwendung, obwohl es
auch gute computergestützter Abbildungen für atomare Prozesse gibt.
> Der Grund warum ich auf diese Idee komme ist, das man mit solch einem Raum
> jegliche Simulation bewerkstelligen könnte. Sei es Ausbreitung von
> Wärme,Strömungen oder ähnlichem
So eine "universale Mathematik" oder auch große vereinheitlichte Theorie
gibt es noch nicht, aber wenn Du sie hast, glückwunsch zum Nobelpreis
:-) Aber im Grund hast Du Recht:
Die Verbindung mit Algorithmik und Rhytmus ist in meinen Augen auch ein
Schlüssel für die Simulation von allem und jedem. Man sollte auf jeden
Fall noch einen Musikwissenschaftler hinzuziehen, um dieses Rätsel zu lösen
siehe auch
http://de.wikipedia.org/wiki/Gro%DFe_Vereinheitlichte_Theorie
http://de.wikipedia.org/wiki/Emergenz
Viele Grüße
Danny Busch
Jan Stallkamp
On Fri, 19 Mar 2004 00:11:35 +0100 Carl Gneisenau wrote:
> Hallo,
>
> Nun ich habe eine theoretische Frage.Es geht um folgendes. Ich habe die
> Überlegung angestellt, ob es möglich ist in einer Programmiersprache einen 3
> dimensionalen Raum zu modellieren. Das besondere ist dieser Raum enthält an
> jeder Koordinate eine Klasse welche alle die chemischen und physikalischen
> Eigenschaften eines Elementes beschreibt, mit "Kanälen" zu anderen Teilchen
> um die Energien weiterzugeben. Diese wiederum ist zusammengesetzt aus
> Klassen die die zahlreichen Subatomaren Teilchen repäsentieren.
> Die Idee ist dabei die Modellierung eines virtuellen Raumes mit allen bisher
> uns bekannten wissenschaftlichen Erkenntissen.
Ein paar Probleme dabei:
- Wenn Du wirklich am _jedem_ Punkt des Raums eine Elemet-Klasse
setzen willst, dann mußt Du den Raum diskretisieren. Kanst Du das
physikalisch rechtfertigen? Also besser eine Liste von
Elementklassen, die eine Position bekommen.
- Du mußt auch erlauben, daß deine subatomaren Teilchen einzeln im
Raum vorkommen und nicht in Elementen eingebunden sind.
- Physikalische Wechselwirkungen als Kanäle zu beschreiben erscheint
mir sehr heikel. Physiker beschreiben da die Natur durch Felder.
- Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Wechselwirklungen ist endlich!
Du mußt also auch die zeitliche Abfolge von Prozessen im Auge
behalten.
- Quantenmechanik! Wie willst Du Unschärfe darstellen?
- allgemeine Relativitätstheorie! Wie willst du Raumkrümmung
behandeln? Gut, im atomaren Bereich kann man das wohl noch gut
vernachlässigen, aber wenn Du wirklich _alles_ in das Programm
bringen willst...
> Am Ende wiederum sollten sich diese Atomklassen verhalte wie reale Atom,
> also sich verbinden, Stoffe bilden ect. Aus diesen virtuellen Stoffen
> wiederum könnte man Korper entstehen lassen, deren Eigenschaften und
> Verhalten testen...
Hast Du eine Vorstellung von den Größenordnungen, die Du da betrachten
willst? Du sprichst später von Strömungen. Das sind makroskopische
Prozesse, da sind _viele_ Atome beteiligt. Ein mol eines Stoffes hat
\approx 10^23 Moleküle. Auch bei kleineren Objekten ist das auf mehr
als lange Sicht nicht mit einem mikroskopischen Ansatz zu lösen.
> Nun habe ich mal versucht diese Klassen theoretisch, in einem
> Gedankenmodell, zu erstellen. Allerdings stellte sich schnell heraus, wie
> ich mir auch schon dachte, das dies ins Uferlose abgleitet. Nun wollte ich
> in erfahrung bringen, ob
> 1) Es schon ähnliche Projekte und überlegungen gibt
Die Physiker simulieren seit es Computer gibt. Nach den Krypto-Anwendungen
waren Simulationen physikalischer Prozesse so ziemlich das erste, was
auf den Rechnern lief. Chemiker und Biologen kamen dann später auch
auf den Geschmack. Aber das jemand einen so allgemeinen Ansatz
versucht hätte ist mir unbekannt und ich halte das auch für völlig
aussichtslos.
Es gibt allerdings Simulationsprogramme, die mit vertretbarem Aufwand
kleinere Moleküle simulieren können. Wenn ich mich Recht erinnere gab
es für das Programm gaussian auch mal den Chemie-Nobelpreis. Um eine
Vorstellung von 'vertretbarer Aufwand' zu bekommen: Ich hab das mal in
einem Praktikum benutzt, da haben wir ein fünf- oder sechsatomiges
Molekül simuliert. Die Berechnungen liefen typischerweise im Bereich
einer Stunde auf einem acht-Prozessor-System. Genaue Daten hab ich
nicht mehr, es ist auch gut drei Jahre her. Aber damals wurde uns
gesagt, daß man maximal einige zehn Atome damit anpacken könnte,
das allerdings auch nur auf entsprechender Hardware.
Für größere Systeme führt kein Weg an Vereinfachungen vorbei.
> 2) wenn nicht, ob man nicht ein Open-Source-Projekt starten könnte um dies
> mit der Erfahrung von Physikern Chemikern, Mathematikern und Informatikern
> zumindest annähernd zu realiesieren.
Um ehrlich zu sein, glaube ich nicht, daß das was bringt. Entweder, Du
vereinfachst gar nichts, dann kannst Du Dich auf Physiker als Partner
konzentrieren, da Du bis zu chemischen Reaktionen nicht kommen
wirst. Oder Du machst Vereinfachungen. Die müssen aber immer auf eine
spezielle Fragestellung abgestimmt werden. Schliesslich willst Du die
Vereinfachungen ja so geschickt wählen, daß Du auch einen
entsprechenden Speed-Up erzielst. Und für Spezialfälle gibt es auch
jede Menge Software, die schon geschrieben wurde. Im
wissenschaftlichen Umfeld zwar nicht unbedingt GPL, aber auf Anfrage
bekommt man oft eine Menge zur Einsicht.
> Der Grund warum ich auf diese Idee komme ist, das man mit solch einem Raum
> jegliche Simulation bewerkstelligen könnte. Sei es Ausbreitung von
> Wärme,Strömungen oder ähnlichem
Noch mal ganz klar: Du wirst mit einer Simulation von Wechselwirkungen
auf Elementarteilchenebene nie Turbulenz in einem Wasserglas
simulieren können.
> Entschuldigt, das dies alles ein wenig naiv dahergeredet ist. aber da dies
> noch eine waage Idee und These ist, habe ich noch keine entsprechenden
> Formulierungen und Modelle
>
> Für eure Kritik wäre ich sehr dankbar
Wenn Dich Simulationen allgemin interessieren, dann frag am besten bei
Physikern oder Chemikern nach. Die meisten der dabei auftretenden
Fragen erfordern Hintergrundwissen in den Naturwissenschaften. Oder
frag noch mal hier.
> Bitte sendet mir dazu einfach eine mail an onew...@lycos.de oder an die
> Posting-Mail-Adresse
Wer im Usenet fragt, sollte auch im Usenet lesen. Diesmal noch als
Mailantwort, aber das muß eigentlich nicht sein. Und zumindest in dsik
hat die Frage nicht wirklich was verloren. daher F'Up: d.s.i.m
Gruß,
Jan
--
Dipl.-Inform. Jan Stallkamp
Abteilung Theoretische Informatik
Universität Ulm
Olaf Gerstung
> 1) Es schon ähnliche Projekte und überlegungen gibt
Du hast die Idee des Zellulären Automaten entdeckt.
Literatur dazu ist leicht zu finden, als Beispiel:
* Norman Margolus: Crystalline Computation.
(Artikel unter comp-gas/9811002)
* Edward Fredkin: Digital Mechanics.
Physica D, 45(1990): 254-270.
* Gerhardt/Schuster: Das digitale Universum. Zelluläre
Automaten als Modelle der Natur. Vieweg, 1995.
* Stephen Wolfram: A New Kind of Science. Wolfram Media,
2002. (oder http://www.wolframscience.com/nksonline)
* Konrad Zuse: Rechnender Raum. Vieweg, 1969.
Es dürfte Erfolg versprechender sein, sich einem /konkreten/
(theoretischen oder praktischen) Problem zu widmen, statt es
fundamental anzugehen.
(fup nach dsim)
Olaf
Nico Flemming
soetwas wollte ich vor kurzem auch einmal programmieren, als ich
dabei war mir mittels Delphi und OpenGL eine Virtuelle Welt zu
programmieren. Ich dachte mir, um wirklich alles korrekt simulieren
zu können brauche ich physikalische Gesetze, und die wiederum
integriere ich doch am besten wenn ich alles auf atomarer Ebene
prorammiere.
Als ich mir dann jedoch den Aufwand vor Augen geführt habe, sah
ich zwei Sachen:
1. Um so etwas zu programmieren braucht man unmengen an
Kenntnissen über alles und jede Kleinigkeit. Sprich: Man
hätte mindestens 10 verschiedene Studiengänge absolvieren
müssen - mehr als man in einem Menschenleben schaffen kann.
2. Man braucht unmengen an Rechenzeit um auch nur ein
einziges Molekül zu simulieren. Ziel war jedoch die Erschaffung
einer virtuellen Welt bzw. eines virtuellen Universums.
Aus diesen Gründen habe ich mich dann doch dazu entschlossen,
keine echte Simulation auf atomarer Ebene zu verwenden sondern
alles etwas zu vereinfachen ;-)
Aber wenn Du Lust hast, weiter über dieses Thema zu theoretisieren
kannst Du mir gerne eine Mail schreiben.
Gruß,
Nico
Crush
genommen sowas in der Richtung (übrigens auch mit 3-Dimensionaler
Darstellung i.d.R.). Hier unterteilt man aber das ganze nicht in Atome,
sondern spannt ein Netz über die Materialebene und verwendet
Annähernungsformeln, die die Kräfte, die auf die F-Elemente wirken,
entsprechend auf die abgegrenzte Materialschicht überträgt. Die Netzdichte
gibt dabei die Genauigkeit der Simulation vor. Das bedeutet, es finden
Verformungen und Kräfteabgaben in allen möglichen Formen und Richtungen ab.
So ist ein Modell wenigstens noch mit menschlichem Speicher zu handhaben,
aber auch hier kommt man selbst bei heutiger Technik schnell an die Grrenze
der Leistungsfähigkeit herkömmlicher Rechner. Ein solches Programm benötigt
Schätzungsweise mindestens mal einige Terabytes an Speicher und dazu noch
ziemlich fixe Prozessoren. Sowas wie die o.g. Simulationen braucht schon
locker mehrere Tage um ein paar Sekunden zu berechnen!