Physikalisches Wahlfach: Komplexe Systeme 2 (PW)5 ECTS
(englische Bezeichnung: Elective Course in Physics: Complex Systems 2)
(Prüfungsordnungsmodul: Weitere Module aus dem Wahlpflichtbereich I)

Lehrveranstaltungen:

• • Komplexe Systeme 2: Econo-/Socio-Physik, Kontinuierliche und diskrete dynamische Systeme
    (Vorlesung mit Übung, 4 SWS, Claus Metzner, Di, 16:00 - 19:00, Hörsaal ZMPT; Vorbesprechung und erste Vorlesung am ersten Termin: 07.10.2014)

Inhalt:

Worum geht es ?
In komplexen Systemen beeinflussen sich die einzelnen Komponenten durch nicht-lineare Wechselwirkungen gegenseitig und bringen so unerwartete neue Eigenschaften hervor. Solche „emergente“ Phänomene spielen eine Schlüsselrolle bei der spontanen Evolution der Materie von nahezu unabhängigen Teilchen, über immer höher organisierte Strukturen, bis hin zu lebenden Systemen. Dabei ist es zwar - im Nachhinein - grundsätzlich möglich, Eigenschaften der höheren Organisationsstufe auf die Prozesse der zugrundeliegenden Mikroebene zurückzuführen. Umgekehrt ist es aber oft ausgesprochen schwierig, emergente Phänomene vorherzusagen. Die Theorie komplexer Systeme stellt einen integrativen Forschungsansatz dar, bei dem Strukturen und dynamische Prozesse quer durch alle quantifizierbaren Wissenschaften, wie etwa Physik, Technik, Ökonomie, Chemie, Biologie, Hirnforschung, Psychologie, oder Soziologie, mathematisch modelliert und verstanden werden können.
In der Vorlesung werden Begriffe und Lösungsmethoden aus dem Forschungsgebiet der komplexen Systeme als vielseitig verwendbare „Tools“ eingeführt und in der Präsenzübung angewendet. Die Teile der Vorlesung können unabhängig voneinander besucht werden. Zur Durchführung der Übungen sind elementare mathematische Grundkenntnisse der theoretischen Physik erforderlich (z.B. Fourier-Trafo, Differential-Gleichungen, Lineare Algebra, Stochastik). Die Veranstaltung ist jedoch grundsätzlich offen für interessierte Studenten aller Fachrichtungen und Altersstufen.

Stichwörter zum Inhalt: Kybernetik, Regelungsmechanismen, Lineare Systeme, Autonome Systeme, Lineare Stabilität, Komplexe Netzwerke, Spieltheorie, Strategien, Kooperation, Selbstorganisation, Schwarmdynamik, Stigmergie, Synergetik, Selbstgetriebene Oszillatoren, Synchronisation, Zelluläre Automaten, Neuronale Netzwerke, Nichtlineare Dynamik, Klassisches und Quantenchaos, Potenzgesetzte, Fraktale, Phasenübergänge, Selbstorganisierte Kritikalität, Informationstheorie, Boolsche Netzwerke, Evolutionsdynamik, Artificial Life, Rheologie komplexer Materialien, Polymerphysik, Schäume, Granulare Materie, Biomaterialien, Verkehrsdynamik, Stochastische Prozesse, Biochemische Reaktionsdynamik, Biophysik: Sensoren / neuronale Verarbeitung / Aktoren, Ausgewählte Themen aus Econophysics und Soziophysik.

Lernziele und Kompetenzen:

Die Studierenden

• erläutern die wesentliche Inhalte der Vorlesung

• wenden die Methoden auf konkrete Beispiele an

Bemerkung:

Für Schwerpunkt Physik in der Medizin zugelassen.

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Physik (1. Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien)
   (Po-Vers. 2010 | Module Fachwissenschaft Physik | Wahlpflichtbereich | Weitere Module aus dem Wahlpflichtbereich I)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Physikalisches Wahlfach: Komplexe Systeme 3 (Prüfungsnummer: 259448)

Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 60, benotet

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Erstablegung: WS 2014/2015

1. Prüfer:

Claus Metzner