Physik der dynamischen Systeme

Die klassische Physik weist eine Unzahl von Bruchstellen und unverträglichen "Grundprinzipien" auf. Der Lösungsansatz von Falk, Herrmann und Job, in jedem Gebiet der Physik einen oder mehrere Energieträger zu identifizieren und damit ein Fundament für die gesamte Physik zu bilden, besticht nicht nur in Bezug auf Klarheit und Einfachheit, sondern weist auch ein ungewöhnlich hohes didaktisches Potenzial auf. Dieses Potenzial für Fachhochschulen und pädagogische Hochschulen zu nutzen und entsprechend aufbereitete Materialien den Studierenden und Dozierenden zur Verfügung zu stellen, ist Ziel dieses Projekts.

Die systemdynamische Modellierungstechnik, die von Jay Forrester in den fünfziger und sechziger Jahren am MIT entwickelt worden ist, gilt im Bereich der Ökonomie und Ökologie als Standardmethode. In den "exakten" Wissenschaften ist ebenfalls ein Trend hin zu einer umfassenden (multi-physics) Modellierung zu beobachten. Die neueste Generation von Modellbildungs-Sprachen (VHDL-AMS, Modelica) beschreiben hydraulische, mechanische, thermische und chemische Systeme mit einem möglichst einfachen aber dennoch kohärenten Satz von Elementen. Dass sich die Prinzipien der "Multi-Domain-Modellierung" weitgehend mit den Ideen der Physik der dynamischen Systeme decken, ist kein Zufall. Die Natur lässt wenig Spielraum offen, wenn es um die Formulierung der Grundgesetze geht.

Immer leistungsfähigere Rechner demokratisieren das Wissen. Heute löst ein Konstrukteur auf seinem Notebook Probleme, für die er noch vor zehn Jahren einen Grossrechner gebraucht hätte. Die Verfügbarkeit von Rechenleistung und der fast unbeschränkte Zugang zu aktuellem Wissen via Internet rufen nach einer Umorientierung der Basisausbildung an höheren Schulen. Das rezeptartige Anwenden von erprobten Lösungen (Betty-Bossi-Technik) ist immer weniger gefragt. Junge Ingenieure, Betriebswirte und auch Lehrpersonen müssen die Methoden kennen, mit denen man die aktuellen Fragen aus Technik, Umwelt und Gesellschaft gezielt angeht.

Die Physik der dynamischen Systeme ist eine ideale Basis für eine zeitgemässe Ausbildung in Naturwissenschaft und Technik.

Dass die Aussage, wonach die Physik der dynamischen Systeme die umfassende Basis für eine zeitgemässe Ausbildung in Naturwissenschaft und Technik liefert, mehr als nur eine leere Behauptung ist, kann anhand einer kurzen Geschichte eingesehen werden. Im Jahre 1990 haben die Studierenden am Technikum Winterthur im Rahmen des Physikpraktikums erste Modelle mit dem systemdynamischen Werkzeug STELLA gebaut. Fünf Jahre später hat sich ein Absolvent erkundigt, ob man mit STELLA nicht auch die Längsdynamik des Neigezuges ICN modellieren und damit die Zug- und Stossvorrichtungen optimieren könne. Aus dieser Anfrage heraus hat sich eine bald zehnjährige Zusammenarbeit entwickelt. Heute verkehren auf den Schienen Europas tausende von Güterwagen, deren hydraulische Puffer mit STELLA ausgelegt worden sind. Details zu dieser Erfolgsgeschichte erfahren Sie hier.