Swarm behaviour and swarm intelligence have in recent years attracted much attention. However, by applying techniques of physics to the swarm behaviour of animal communities, we can begin to understand how such collective patterns can emerge in a self-organized way.
The thermodynamics of strongly interacting matter is a complex and evolving area in modern physics, encompassing both theoretical and experimental aspects. Statistical quantum chromodynamics serves as the primary theoretical framework, supported by high-energy nuclear collisions in experimental investigations. This primer is designed for young scientists entering this field, offering a self-contained introduction that emphasizes fundamental concepts and the rationale behind research activities. It focuses on equilibrium thermodynamics, beginning with the core ideas of strong interaction thermodynamics and summarizing key concepts and methods for studying complex systems. The text introduces simplified phenomenological models that lead to critical behavior in hadronic matter and hadron-quark phase transitions. It also covers finite-temperature lattice QCD, highlighting significant results from computer simulations. The relationship between critical behavior and symmetry breaking/restoration in QCD is explored, followed by an examination of the QCD phase diagram. The discussion of bulk equilibrium thermodynamics culminates with the properties of the quark-gluon plasma as a new state of strongly interacting matter. The concluding chapters address specific topics related to nuclear collisions as a means to experimentally investigate QCD thermodynamics.
Focusing on the thermodynamics of strongly interacting matter, this book serves as an accessible introduction for newcomers to the field. It highlights fundamental concepts and ideas, making complex theories and experimental challenges in modern physics easier to grasp for those new to the subject.
What is the origin of the universe? What was there before the universe appeared? We are presently witnessing a second Copernican revolution: neither our Earth and Sun nor our galaxy nor even our universe is the end of all things. This account of recent developments in modern cosmology introduces how the Big Bang took place and what preceded it.
In the last hundred years, modern physics and cosmology have shown that there exist regions of the universe forever beyond our reach, hidden by truly ultimate horizons. Such regions exist in those remote parts of the universe where, from our point of view, space expands faster than the speed of light. They are found in black holes, where the gravity is strong enough to retain even light within its field of attraction. And in the realm of the very small, quarks must remain forever confined to their world of extreme density and can never be removed from it. The aim of this book is to describe these ultimate horizons, how they were discovered, how they shape our view of the world, and what clues we have about a world beyond them.
Die Welt vor dem Urknall
Wie und woraus ist unser Universum entstanden? Was war vorher? Und was kommt danach? Was sind die Grundbausteine der Materie? Wie kam es zu Raum und Zeit? So anschaulich wie souverän beschreibt Helmut Satz die wesentlichen Stufen in der Entstehung unseres Universums auf dem aktuellen Stand der Forschung. Wir erleben zurzeit eine zweite kopernikanische Revolution: Weder unser Sonnensystem noch unsere Galaxie oder unser Kosmos sind das Ende aller Dinge. Es gibt darüber hinaus viele andere, ähnliche oder auch der unseren unähnliche Welten. Fragen, die vor einigen Jahrzehnten noch als unzulässig erschienen, wie die nach der "Welt" vor dem Urknall, sind nun sprudelnde Quellen der Forschung. Dabei tauchen viele interessante Vorstellungen auf, vom "Multiversum" bis zu "Wurmlöchern durch Raum und Zeit". Sie sind in einer Welt angesiedelt, die zumindest heute für uns experimentell kaum erreichbar scheint. Aber sie beginnen bereits jetzt unser Bild des Universums, in dem wir leben, grundlegend zu verändern. Am Ende des Buches steht eine "neue" Schöpfungsgeschichte, so wie sie aus der heutigen physikalischen Kosmologie folgt.
Wie und woraus ist unser Universum entstanden? Was war vorher? Und was kommt danach? Was sind die Grundbausteine der Materie? Wie kam es zu Raum und Zeit? So anschaulich wie souverän beschreibt Helmut Satz die wesentlichen Stufen in der Entstehung unseres Universums auf dem aktuellen Stand der Forschung. Wir erleben zurzeit eine zweite kopernikanische Revolution: Weder unser Sonnensystem noch unsere Galaxie oder unser Kosmos sind das Ende aller Dinge. Es gibt darüber hinaus viele andere, ähnliche oder auch der unseren unähnliche Welten. Fragen, die vor einigen Jahrzehnten noch als unzulässig erschienen, wie die nach der „Welt“ vor dem Urknall, sind nun sprudelnde Quellen der Forschung. Dabei tauchen viele interessante Vorstellungen auf, vom „Multiversum“ bis zu „Wurmlöchern durch Raum und Zeit“. Sie sind in einer Welt angesiedelt, die zumindest heute für uns experimentell kaum erreichbar scheint. Aber sie beginnen bereits jetzt unser Bild des Universums, in dem wir leben, grundlegend zu verändern. Am Ende des Buches steht eine „neue“ Schöpfungsgeschichte, so wie sie aus der heutigen physikalischen Kosmologie folgt.
Kollektives Verhalten ist ein zentrales Thema, das sich durch verschiedene Disziplinen zieht, von Physik über Informationstheorie bis hin zur Kosmologie. Das Buch untersucht, wie Systeme aus vielen interagierenden Komponenten oft emergente Eigenschaften zeigen, die nicht aus den Einzelinteraktionen abgeleitet werden können. Dabei werden auch tierische Gesellschaften und die linguistische Analyse menschlicher Schrift betrachtet, um die komplexen Muster und Strukturen zu beleuchten, die aus solchen kollektiven Dynamiken entstehen.
Schwarmbildung und Selbstorganisation in Tierwelt, Physik und Informatik
Vogelschwärme führen komplexe Manöver aus über uns am Himmel, Fische vollbringen Ähnliches in den Tiefen der See. Im asiatischen Dschungel zeigen Leuchtkäfer Lichtvorführungen, in denen Tausende von Käfern in perfekter, synchroner Harmonie strahlen. Diese und ähnliche Vorgänge haben dazu geführt, dass Mathematiker und Physiker sich mit Kollegen der Biologie zusammengefunden haben, um die dem Schwarmverhalten zugrunde liegende Struktur zu erforschen. Tatsächlich ist diese Struktur universell und ähnlich der, die man in der Physik vieler wechselwirkender Teilchen findet. Das Entstehen und die Struktur eines Vogelschwarms entsprechen in vieler Hinsicht der Magnetisierung von Eisen, bei der ganz plötzlich die Spins der meisten Atome in die gleiche Richtung weisen. Die Synchronisierung der Leuchtkäferstrahlung wiederum beruht auf Mechanismen, die der Lichtemission eines Lasers ähneln. Dieses Buch beschreibt die verschiedenen Formen des Schwarmverhaltens von Tiergemeinschaften und stellt diesen dann die entsprechenden Strukturen in Physik und Informatik gegenüber. Doch keine Angst: es wird nur einfache Mathematik benötigt, und auch die angeführte Physik und Biologie bewegt sich auf allgemeinverständlichem Niveau. Erleben Sie mit, wie aus einfachen Gesetzmäßigkeiten die komplexesten Phänomene entstehen können - ohne dass es einer zentralen Kontrollinstanz bedarf.