Helmut Satz - Heuschrecken haben keinen König

1 Cover

2 Titelblatt Helmut Satz

3 Urheberrechte Autor Prof. Dr. Helmut Satz Universität Bielefeld Fakultät für Physik 33615 Bielefeld Deutschland Titelbild Getty Images, Antonio Najdovski/EyeEm Image ID#: 611445057. Insektenschwarm gegen sonnigen Himmel. Alle Bücher von WILEY-VCH werden sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autoren, Herausgeber und Verlag in keinem Fall, einschließlich des vorliegenden Werkes, für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie für eventuelle Druckfehler irgendeine Haftung. Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. © 2021 WILEY-VCH GmbH, Boschstr. 12, 69469 Weinheim, Germany Alle Rechte, insbesondere die der Übersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form – durch Photokopie, Mikroverfilmung oder irgendein anderes Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen, verwendbare Sprache übertragen oder übersetzt werden. Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, dass diese von jedermann frei benutzt werden dürfen. Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstige gesetzlich geschützte Kennzeichen handeln, wenn sie nicht eigens als solche markiert sind. Print ISBN 978-3-527-34749-0 ePDF ISBN 978-3-527-82690-2 ePub ISBN 978-3-527-82691-9 Umschlaggestaltung Adam-Design, Weinheim Satz le-tex publishing services GmbH, Leipzig Druck und Bindung Gedruckt auf säurefreiem Papier. 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

4 Widmung Die Heuschrecken haben keinen König, und doch ziehen sie allesamt aus in geordneten Scharen. Salomo Sprüche 30:27; Elberfelder Bibel 1905

5 Vorwort

6 1 Einleitung

7 2 Die achte Plage

8 3 Das Entstehen von willkürlicher Verbindung

9 4 Die Stare von Rom

10 5 Das Entstehen von Ordnung

11 6 Die Gesetze des Schwarms

12 7 Kollektiv, kritisch, komplex

13 8 Wer fängt an?

14 9 Das Leuchten im Urwald

15 10 Die hörbare Stille

16 11 Gekoppelte Pendel

17 12 Laserstrahlung

18 13 Die Bestimmung der Wege

19 14 Formationsflug und Flugformationen

20 15 Die Aerodynamik der Vögel

21 16 Vogelzug und Zugvögel

22 17 Wege unter Wasser

23 18 Der Ameisenstaat

24 19 Verwandtschaftsbestimmung

25 20 Von Blumen und Bienen

26 21 Verständigung und Sprache

27 22 Epilog

28 Anhang A Komplexität und das Entstehen von Chaos

29 Anhang B Orientierung und Navigation

30 Literatur

31 Personenverzeichnis

32 Sachverzeichnis

33 Endbenutzer-Lizenzvereinbarung

1 Kapitel 2Abb. 2.1 Rocky-Mountain-Heuschrecke ( Melanoplus spretus ).Abb. 2.2 Entwicklung einer Heuschrecke von der Larve („Nymphe“) bis zum ausgewac...Abb. 2.3 Ordnungsmaß Δ als Funktion der Anzahl N von Insekten pro Quadratmeter (...

2 Kapitel 3Abb. 3.1 Sukzessive Anhäufung von Bierdeckeln auf einem Tisch.Abb. 3.2 Anstieg der Flächendeckung mit Deckeldichte.

3 Kapitel 4Abb. 4.1 Europäischer Star ( Sturnus vulgaris ).Abb. 4.2 Wendung eines Starenschwarms (nach Ballerini et al. 2008).Abb. 4.3 Korrelationsbereiche in einem Schwarm (nach Ballerini et al. 2008).Abb. 4.4 Ziehende Gnuherde in der Serengeti (Sinclair 1977).

4 Kapitel 5Abb. 5.1 Übergang vom (a) paramagnetischen Zustand oberhalb der Curie-Temperatur...Abb. 5.2 Pierre Curie (1859–1906).Abb. 5.3 Eisen (a) oberhalb und (b) unterhalb der Curie-Temperatur (Weiss-Bezirk...

5 Kapitel 6Abb. 6.1 Tamás Vicsek.Abb. 6.2 Evolution im Vicsek-Modell. (a) Ausgangslage: Für das zentrale Teilchen...Abb. 6.3 Die Entwicklung des Vicsek-Modells: (a) Ausgangskonfiguration; (b) Über...Abb. 6.4 Verteilung der mittleren Schwarmgeschwindigkeit bei fester Dichte in ...Abb. 6.5 Willkürlich verteilte Punkte in der Ebene, mit ihrer Voronoi-Umgebung.Abb. 6.6 Kraftbereiche um einen zentralen Vogel: Eigenbereich (innerer Kreis), A...

6 Kapitel 8Abb. 8.1 Der Robofisch der Leeds-Gruppe, aus Faria et al. 2010, mit freundlicher...Abb. 8.2 Richtungsbestimmung: Die Robofischtrajektorie ist gestrichelt, Messung ...

7 Kapitel 9Abb. 9.1 Malaiischer Leuchtkäfer ( Pteroptyx tener ). Foto: Ben Pfeiffer.Abb. 9.2 (a) Zwei willkürlich tickende Metronome; (b) Ticken in gemeinsamen Takt...

8 Kapitel 10Abb. 10.1 weiße Baumgrille ( Oecanthus fultoni ).Abb. 10.2 Der zeitliche Ablauf des Grillenzirpens.

9 Kapitel 11Abb. 11.1 Elektrischer Oszillator.Abb. 11.2 Gekoppelte Oszillatoren.

10 Kapitel 12Abb. 12.1 Wasserstoffatom im Grundzustand (a) und im ersten angeregten Zustand (...Abb. 12.2 Photonabsorbtion (a) und -emission (b) erzeugen Übergänge zwischen Ene...Abb. 12.3 Elektron im Zustand E 2(a) und Übergang von E 2zu E 1mit Abstrahlung e...Abb. 12.4 Besetzungsinversion: Im angeregten Zustand sind mehr Atome als im Grun...Abb. 12.5 Die induzierte Photonlawine: der Laserstrahl.

11 Kapitel 13Abb. 13.1 Bestimmung des Rentierweges von der Weide zum Wasser durch Benutzung.Abb. 13.2 Ameise auf Futtersuche vom Nest (Punkt 1) zur Futterstelle (Punkt 2); ...Abb. 13.3 Vier verschiedene Wegfolgen (a–d) nach der Ankündigung der ersten Amei...Abb. 13.4 Der Bienentanz: (a) die Ausrichtung der Tanzspur (geschlängelte Linie)...

12 Kapitel 14Abb. 14.1 Vogelflugformationen: (a) Keil oder V; (b) Kette.Abb. 14.2 Schematische Ansicht des Vogelfluges.Abb. 14.3 Formationsflug bei Flügelabstand x .Abb. 14.4 Waldrapp ( Geronticus eremita ).Abb. 14.5 Menschlich geführter Waldrappvogelzug bei der Alpenüberquerung.Abb. 14.6 Waldrappformation beim Synchronflug. Foto: M. Unsöld, Waldrappteam.

13 Kapitel 15Abb. 15.1 Die vier auf einen fliegenden Vogel wirkenden Kräfte.Abb. 15.2 Die Venturi-Röhre: Druckabfall bei Anstieg der Flussgeschwindigkeit.Abb. 15.3 Auftrieberzeugung durch Luftstrom um den Vogelflügel.Abb. 15.4 Oszillation des Flügelschlags mit Wellenlänge λ .Abb. 15.5 Synchronisierter Flügelschlag.

14 Kapitel 16Abb. 16.1 Pfuhlschnepfe ( Limosa lapponica ). Foto: Tom Dove.Abb. 16.2 Flugstrecken der Pfuhlschnepfe E7.Abb. 16.3 Schema zum dead reckoning .Abb. 16.4 Die Zugrouten des europäischen Weissstorchs ( Ciconia ciconia ).Abb. 16.5 Die Uhr als Kompass.Abb. 16.6 Das Magnetfeld der Erde.Abb. 16.7 Atlantiksturmtaucher ( Puffinus puffinus ).

15 Kapitel 17Abb. 17.1 Jugendliche pazifische Silberlachse ( Oncorhynchus kisutch ) auf Wanderu...

16 Kapitel 18Abb. 18.1 Blattschneiderameisen beim Blättertransport.Abb. 18.2 Ameise beim Blattlausmelken.

17 Kapitel 19Abb. 19.1 Die Erbfolge einer männlichen Biene (Drohne): die Fibonacci-Folge.Abb. 19.2 Verwandtschaftserkennung bei Schweißbienen ( Lasioglossum zephyrum ) (na...

18 Kapitel 20Abb. 20.1 Honigsammler, eine Steinzeitmalerei in Cuevas de la Araña, Spanien (∼ ...Abb. 20.2 Bienenkörbe im 14. Jahrhundert ( Taccuinum sanitatis , Casanatense 4182)...

19 Kapitel 21Abb. 21.1 Malerei aus der Höhle von Lascaux, Frankreich, datiert auf 17 000–15 0...Abb. 21.2 Häufigkeitsanalyse von Wörtern in Moby Dick von Herman Melville.