Klaus Mainzer

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Technical University of Munich | TUM

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Publications

Publications (170)
Chapter
Risiken, Ungewissheit und Wahrscheinlichkeit sind typisch für die komplexen Gesellschaften, in denen Menschen leben [1]. Um Trends und Attraktoren zukünftiger Entwicklungen in solchen komplexen Systemen zu erkennen, wird allgemein die Mikroebene der Systemelemente von der Makrodynamik des Gesamtsystems unterschieden. Hier setzt das Modellierungskon...
Chapter
Eine weitere wichtige Einsicht lautet: Innovationen beschränken sich keineswegs nur auf Technik und Maschinen. Trotz aller KI und Machine Learning ist menschliche Kreativität ein wesentlicher Bestandteil von Innovationsclustern. Daher sprechen wir auch von hybriden Innovationsclustern, in denen verschiedene Technologien verbunden sind. Menschen geb...
Chapter
Die Digitalisierung der menschlichen Zivilisation erfordert einen ungeheuren Bedarf an Energie. Rechnertechnologie und Informations- und Kommunikationsnetze sind daher nicht getrennt vom Energieverbrauch dieser Zivilisation zu sehen (Kapitel 4). Damit wird zugleich die ökologische Dimension der Digitalisierung deutlich, da fossile Energien die Umwe...
Chapter
Komplexitätsforschung führt unterschiedliche Denkansätze zusammen, die aus den verschiedenen Wissenschaften gewonnen warden [1]. Einerseits sind die Wissenschaften heute hoch ausdifferenziert und in einer komplexen Vielfalt von Einzeldisziplinen spezialisiert. Andererseits haben es Wissenschaften selbst in Natur und Gesellschaft mit hochkomplexen S...
Chapter
Wie bereits im vorausgehenden Abschnitt 5.4 herausgestellt wurde, bewegen wir uns auf diesem Planeten in einen Zustand der Weltinnenpolitik, für die es kein Außen mehr gibt. Die globalen Herausforderungen der Menschheit wie Pandemien, Klima und Welternährungskrisen, wie sie z. B. in den Nachhaltigkeitszielen der UN festgehalten sind, zwingen eigent...
Chapter
Schlüsselsektoren für die Zukunft Europas sind Energie- und Informationstechnologie. Auch das hat der 24. Februar 2022 gezeigt. Schlaglichtartig rückte ins öffentliche Bewusstsein, dass Deutschland massiv vom russischen Import fossiler Brennstoffe wie Gas, Öl und Kohle abhängt. Im Jahr 2021 waren es 55% der Gasimporte, nahezu 50% Steinkohle und 35%...
Chapter
Die klassische KI-Forschung orientiert sich an den Leistungsmöglichkeiten eines programmgesteuerten Computers, der nach der Churchschen These im Prinzip mit einer Turingmaschine äquivalent ist (Mainzer, Künstliche Intelligenz. Wann übernehmen die Maschinen?, 2. Aufl. Berlin: Springer, 2019). Nach dem Mooreschen Gesetz wurden damit bis heute giganti...
Article
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The key to a successful strategy for Europe is sustainable innovation. The current political, economic and military crisis should be used to accelerate the shift to sustainable innovations in order to exit the path dependency of fossil energies. Such as diversity of portfolios at stock markets, diversity of energy and digital technologies ensures r...
Article
Full-text available
In this review article, symmetry and symmetry breaking are considered as complementary principles in science and arts. It starts with symmetry and symmetry breaking in early world views of nature and art. Then, symmetries are definied as fundamental structures of mathematics. Mathematical models of symmetry and symmetry breaking are used to explain...
Chapter
In a complex dynamical system of natural and civilizational influence, which is sensible to local perturbations and may undergo chaotic destabilization due to nonlinear interactions, artificial intelligence (AI), data mining, and modern sensor technology may provide the urgently needed early monitoring systems. However, these tools, when powerful a...
Chapter
What do basic notions in systems and ecology mean? Several papers in this book propose specific ways of viewing systems (in particular ecological systems) and offer definitions and notions related to their proposed views. These often very compact “conceptual models” aim at providing a means to understand the behavior and evolution of real-world sys...
Chapter
Die Entstehung natürlichen Bewusstseins ist Gegenstand interdisziplinärer Forschung von Gehirnforschung, Neuro- und Kognitionspsychologie und Philosophie (Abschn. 10.1). Eine technische Umsetzung von Bewusstsein in der Robotik setzt eine hoch entwickelte KI-Forschung voraus (Abschn. 10.2). Voraussetzung ist eine hybride KI, die symbolische KI und s...
Chapter
Gesellschaftliche Infrastrukturen verschmelzen mit IT- und Sensortechnik zu sich selbst regulierenden sozialen Systemen (Cyberphysical Systems). Damit sind klassische und neue Fragen ethisch-rechtlicher Selbstbestimmung des Menschen verbunden. Im Zentrum steht dabei Industrie 4.0. Wie lässt sich der Wert von Arbeit in Industrie 4.0 bestimmen? Die B...
Chapter
Self-organization is a popular metaphor in science and philosophy. But what does self-organization mean mathematically? A rigorous definition is given by the theory of nonlinear dynamical systems. In his Synergetics, Haken used order parameters to explain self-organization by phase transitions of complex dynamical systems at unstable states.
Chapter
Wir leben in einem datengetriebenen (data-driven) Zeitalter, dessen Entwicklung durch exponentielle Wachstumsgesetze von Datenmengen, Rechner- und Speicherkapazitäten beschleunigt wird. Manchen Autoren halten theoretische Fundierungen bereits für überflüssig, da in der Wirtschaft immer effizientere Algorithmen immer schneller immer bessere Kunden-...
Chapter
Artificial intelligence (AI) is an international future topic in research and technology, economy, and society. But research and technical innovation at AI are not enough. AI technology will dramatically change the way we live and work. The global competition of the social systems (e.g., Chinese state monopolism, US-American IT giants, European mar...
Chapter
Information processing with computers and humans is reproduced with artificial or natural languages. They are only special cases of symbolic representation systems, which can also be specified for genetic information systems. Genetic languages, with their grammatical rules, represent molecular processes to generate molecular sequences with genetic...
Chapter
With the increasing complexity and automation of technology, robots are becoming service providers for industrial society. The evolution of living organisms today inspires the construction of robotic systems for different purposes [1]. As the complexity and difficulty of the service task increases, the use of AI technology becomes unavoidable. And...
Chapter
Knowledge-based expert systems are computer programs that store and accumulate knowledge about a specific area, from which knowledge automatically draws conclusions in order to offer solutions to concrete problems in that area. In contrast to the human expert, however, the knowledge of an expert system is limited to a specialized information base w...
Chapter
In ancient language, an automaton is an apparatus that can act independently (autonomously). According to ancient understanding, self-activity characterizes living organisms. Reports on hydraulic and mechanical automats are already mentioned in ancient literature against the background of the technology of the time. In Jewish tradition, the Golem i...
Chapter
Brains are examples of complex information systems based on neuronal information processing. What distinguishes them from other information systems is their ability to cognition, emotion and consciousness. The term cognition (lat. cognoscere for “to recognize”, “to perceive”, “to know”) is used to describe abilities such as perception, learning, th...
Chapter
Machine learning dramatically changes our civilization. We rely more and more on efficient algorithms, because otherwise the complexity of our civilizing infrastructure would not be manageable: Our brains are too slow and hopelessly overwhelmed by the amount of data we have to deal with. But how secure are AI algorithms? In practical applications,...
Book
Everybody knows them. Smartphones that talk to us, wristwatches that record our health data, workflows that organize themselves automatically, cars, airplanes and drones that control themselves, traffic and energy systems with autonomous logistics or robots that explore distant planets are technical examples of a networked world of intelligent syst...
Chapter
This paper advocates for a revival of Leibniz’ mathesis universalis as proof theory together with his claim for theoria cum praxi under the conditions of modern foundational research of mathematics and computer science. After considering the development from Leibniz’ mathesis universalis to Turing computability (Chap. 1), current foundational resea...
Chapter
In the first phase of AI research, the search for general problem-solving methods was successful at least in formal logic. A mechanical procedure was given to prove the logical truth of formulas. The procedure could also be carried out by a computer program and introduced automatic proving in computer science. The basic idea is easy to understand....
Chapter
The nervous system of human civilization is now the Internet. Up to now, the Internet has only been a (“stupid”) database with signs and images whose meaning emerges in the user’s mind. In order to cope with the complexity of the data, the network must learn to recognize and understand meanings independently. This is already achieved by semantic ne...
Chapter
Against the background of knowledge-based systems, Turing’s famous question, which moved early AI researchers, can be taken up again: Can these systems “think”? Are they “intelligent”? The analysis shows that knowledge-based expert systems as well as conventional computer programs are based on algorithms. Even the separation of knowledge base and p...
Chapter
That wasn’t a science fiction scenario. These were AI technologies that are technically feasible today and are being developed as part of computer science and engineering. Traditionally, AI (Artificial Intelligence) was understood as the simulation of intelligent human thought and action. This definition suffers from the fact that “intelligent huma...
Chapter
Classical AI research is based on the capabilities of a program-controlled computer which, according to Church’s thesis, is in principle equivalent to a Turing machine. According to Moore’s law, gigantic computing and storage capacities have thus been achieved, which only made possible the AI services of the WATSON supercomputer (cf. Sect. 5.2). Bu...
Article
Full-text available
In the age of digitization, the world seems to be reducible to a digital computer. However, mathematically, modern quantum field theories do not only depend on discrete, but also continuous concepts. Ancient debates in natural philosophy on atomism versus the continuum are deeply involved in modern research on digital and computational physics. Thi...
Chapter
Auf dem Hintergrund wissensbasierter Systeme kann Turings berühmte Frage erneut aufgegriffen werden, die frühe KI‐Forscher bewegt hat: Können diese Systeme „denken“? Sind sie „intelligent“? Die Analyse zeigt, dass wissensbasierte Expertensysteme ebenso wie konventionelle Computerprogramme auf Algorithmen beruhen. Auch die Trennung von Wissensbasis...
Chapter
Die klassische KI‐Forschung orientiert sich an den Leistungsmöglichkeiten eines programmgesteuerten Computers, der nach der Churchschen These im Prinzip mit einer Turingmaschine äquivalent ist. Nach dem Mooreschen Gesetz wurden damit bis heute gigantische Rechen‐ und Speicherkapazitäten erreicht, die erst die KI‐Leistungen z. B. des Supercomputers...
Chapter
Künstliche Intelligenz (KI) ist ein internationales Zukunftsthema in Forschung und Technik, Wirtschaft und Gesellschaft. Aber Forschung und technische Innovation der KI reichen nicht aus. KI‐Technologie wird unsere Lebens‑ und Arbeitswelt dramatisch verändern. Der globale Wettstreit der Gesellschaftssysteme (z. B. Chinesischer Staatsmonopolismus, U...
Chapter
Das war kein Science Fiction Scenario. Das waren KI‐Technologien, die technisch heute realisierbar sind und als Teilgebiet der Informatik und Ingenieurwissenschaften entwickelt werden. Traditionell wurde KI (Künstliche Intelligenz) als Simulation intelligenten menschlichen Denkens und Handelns aufgefasst. Diese Definition krankt daran, dass „intell...
Chapter
Gehirne sind Beispiele für komplexe Informationssysteme auf der Grundlage neuronaler Informationsverarbeitung [1]. Was sie gegenüber anderen Informationssystemen auszeichnet ist die Fähigkeit zu Kognition, Emotion und Bewusstsein. Unter dem Begriff der Kognition (lat. cognoscere für „erkennen“, „wahrnehmen“, „wissen“) werden Fähigkeiten wie z. B. W...
Chapter
Wissensbasierte Expertensysteme sind Computerprogramme, die Wissen über ein spezielles Gebiet speichern und ansammeln, aus dem Wissen automatisch Schlussfolgerungen ziehen, um zu konkreten Problemen des Gebietes Lösungen anzubieten. Im Unterschied zum menschlichen Experten ist das Wissen eines Expertensystems aber auf eine spezialisierte Informatio...
Chapter
Das Nervensystem der menschlichen Zivilisation ist mittlerweile das Internet. Das Internet war bisher nur eine („dumme“) Datenbank mit Zeichen und Bildern, deren Bedeutung im Kopf des Nutzers entsteht. Um die Komplexität der Daten zu bewältigen, muss das Netz lernen, selbstständig Bedeutungen zu erkennen und zu verstehen. Das leisten bereits semant...
Chapter
Mit zunehmender Komplexität und Automatisierung der Technik werden Roboter zu Dienstleistern der Industriegesellschaft. Die Evolution lebender Organismen inspiriert heute die Konstruktion von Robotiksystemen für unterschiedliche Zwecke [1]. Mit wachsenden Komplexitäts‑ und Schwierigkeitsgraden der Dienstleistungsaufgabe wird die Anwendung von KI‐Te...
Chapter
Machine Learning verändert unsere Zivilisation dramatisch. Wir verlassen uns immer mehr auf effiziente Algorithmen, weil die Komplexität unserer zivilisatorischen Infrastruktur sonst nicht zu bewältigen wäre: Unsere Gehirne sind zu langsam und bei den anstehenden Datenmengen hoffnungslos überfordert. Aber wie sicher sind KI‐Algorithmen? Bei der pra...
Chapter
Informationsverarbeitung mit Computern und Menschen wird mit künstlichen oder natürlichen Sprachen wiedergegeben. Sie sind nur Spezialfälle von symbolischen Repräsentationssystemen, die sich ebenso für genetische Informationssysteme angeben lassen. Genetische Sprachen repräsentieren mit ihren grammatikalischen Regeln molekulare Verfahren, um moleku...
Chapter
Ein Automat ist im antiken Sprachgebrauch ein Apparat, der selbstständig (autonom) agieren kann. Selbsttätigkeit charakterisiert nach antiker Auffassung lebende Organismen. Berichte über hydraulische und mechanische Automaten werden bereits in der antiken Literatur vor dem Hintergrund der damaligen Technik erwähnt. In der jüdischen Tradition wird E...
Chapter
In der ersten Phase der KI‐Forschung war die Suche nach allgemeinen Problemlösungsverfahren wenigstens in der formalen Logik erfolgreich. Dort wurde ein mechanisches Verfahren angegeben, um die logische Allgemeingültigkeit von Formeln zu beweisen. Das Verfahren konnte auch von einem Computerprogramm ausgeführt werden und leitete in der Informatik d...
Chapter
Technische Anwendungen und gesellschaftliche Perspektiven des geforderten integrierenden Grundlagenprogramms der Digitalisierung werden an Beispielen des Machine Learning (selbstlernende Automobile), der Künstlichen Intelligenz (Poker als Beispiel für Entscheidungen mit beschränkter Rationalität) und algorithmisierten Gesellschaft (Blockchain und B...
Chapter
Die Theorie der Algorithmen und Berechenbarkeit erhielt Anfang des letzten Jahrhunderts einen starken Schub durch die Grundlagendebatte in Logik, Mathematik und Philosophie. Tatsächlich hat die digitale Welt von heute ihre theoretischen Wurzeln in dieser Grundlagendebatte und bedarf eines erneuten Grundlagenprogramms mit einer zukunftsweisenden Int...
Chapter
The article starts with an introduction to the foundations of complex dynamical systems. Together with modern computational tools, complex dynamical systems open avenues to model complex social systems (e.g., energy, mobility, urbanization, nutrition, financial markets, and communication). They are cross-over to specialized disciplines of science a...
Book
Here, expert authors delineate approaches that can support both decision makers as well as their concerned populations in overcoming unwarranted fears and in elaborating policies based on scientific evidence. Four exemplary focus areas were chosen for in-depth review, namely: - The scientific basis of risk management - Risk management in the area o...
Chapter
Der Beitrag betont die Notwendigkeit fachübergreifender Lehrmodule im Zeitalter transdisziplinärer Forschung. Am Beispiel der TU München erläutert er, wie heute gesellschaftliche, ethische und kommunikationstheoretische Aspekte der Wissenschaft in Lehre und Forschung integriert werden können, wenn die geeigneten Institutionen dafür geschaffen werde...
Chapter
Full-text available
In the past, “Augmented Reality” only meant that our real-world environment is extended by digital instruments which are equipped with sensor interfaces (sound, video, touching) to enhance men-machine communication. An even elder paradigm was “virtual reality” replacing the real world with a computationally simulated one. But, nowadays, exponential...
Chapter
In the twentieth century, AI (artificial Intelligence) arose along with Turing’s theory of computability. AI-research was focused on using symbolic representations in computer programs to model human cognitive abilities. The final goal was a complete symbolic representation of human intelligence in the sense of Turing’s AI-test. Actually, human int...
Chapter
According to several prominent authors, including Stephen Hawking, a main part of 21st century science will be on complexity research. The intuitive idea is that global patterns and structures emerge from locally interacting elements like atoms in laser beams, molecules in chemical reactions, proteins in cells, cells in organs, neurons in brains, a...
Chapter
Informationsverarbeitung mit Computern und Menschen wird mit künstlichen oder natürlichen Sprachen wiedergegeben. Sie sind nur Spezialfälle von symbolischen Repräsentationssystemen, die sich ebenso für genetische Informationssysteme angeben lassen. Genetische Sprachen repräsentieren mit ihren grammatikalischen Regeln molekulare Verfahren, um moleku...
Chapter
Auf dem Hintergrund wissensbasierter Systeme kann Turings berühmte Frage erneut aufgegriffen werden, die frühe KI‐Forscher bewegt hat: Können diese Systeme „denken“? Sind sie „intelligent“? Die Analyse zeigt, dass wissensbasierte Expertensysteme ebenso wie konventionelle Computerprogramme auf Algorithmen beruhen. Auch die Trennung von Wissensbasis...
Chapter
In der ersten Phase der KI‐Forschung war die Suche nach allgemeinen Problemlösungsverfahren wenigstens in der formalen Logik erfolgreich. Dort wurde ein mechanisches Verfahren angegeben, um die logische Allgemeingültigkeit von Formeln zu beweisen. Das Verfahren konnte auch von einem Computerprogramm ausgeführt werden und leitete in der Informatik d...
Chapter
Mit zunehmender Komplexität und Automatisierung der Technik werden Roboter zu Dienstleistern der Industriegesellschaft. Die Evolution lebender Organismen inspiriert heute die Konstruktion von Robotiksystemen für unterschiedliche Zwecke [1]. Mit wachsenden Komplexitäts‐ und Schwierigkeitsgraden der Dienstleistungsaufgabe wird die Anwendung von KI‐Te...
Chapter
Gehirne sind Beispiele für komplexe Informationssysteme auf der Grundlage neuronaler Informationsverarbeitung. Was sie gegenüber anderen Informationssystemen auszeichnet ist die Fähigkeit zu Kognition, Emotion und Bewusstsein. Unter dem Begriff der Kognition (lat. cognoscere für „erkennen“, „wahrnehmen“, „wissen“) werden Fähigkeiten wie z. B. Wahrn...
Chapter
Die klassische KI‐Forschung orientiert sich an den Leistungsmöglichkeiten eines programmgesteuerten Computers, der nach der Churchschen These im Prinzip mit einer Turingmaschine äquivalent ist. Nach dem Mooreschen Gesetz wurden damit bis heute gigantische Rechen‐ und Speicherkapazitäten erreicht, die erst die KI‐Leistungen z. B. des Supercomputers...
Chapter
Traditionell wurde KI (Künstliche Intelligenz) als Simulation intelligenten menschlichen Denkens und Handelns aufgefasst. Diese Definition krankt daran, dass „intelligentes menschliches Denken“ und „Handeln“ nicht definiert sind. Ferner wird der Mensch zum Maßstab von Intelligenz gemacht, obwohl die Evolution viele Organismen mit unterschiedlichen...
Chapter
Das Nervensystem der menschlichen Zivilisation ist mittlerweile das Internet. Das Internet war bisher nur eine („dumme“) Datenbank mit Zeichen und Bildern, deren Bedeutung im Kopf des Nutzers entsteht. Um die Komplexität der Daten zu bewältigen muss das Netz lernen, selbstständig Bedeutungen zu erkennen und zu verstehen. Das leisten bereits semanti...
Chapter
Wissensbasierte Expertensysteme sind Computerprogramme, die Wissen über ein spezielles Gebiet speichern und ansammeln, aus dem Wissen automatisch Schlussfolgerungen ziehen, um zu konkreten Problemen des Gebietes Lösungen anzubieten. Im Unterschied zum menschlichen Experten ist das Wissen eines Expertensystems aber auf eine spezialisierte Informatio...
Chapter
Ein Automat ist im antiken Sprachgebrauch ein Apparat, der selbstständig (autonom) agieren kann. Selbsttätigkeit charakterisiert nach antiker Auffassung lebende Organismen. Berichte über hydraulische und mechanische Automaten werden bereits in der antiken Literatur vor dem Hintergrund der damaligen Technik erwähnt. In der jüdischen Tradition wird E...
Chapter
The global problems of mankind (e.g., energy, mobility, urbanization, nutrition, financial markets, communication) are cross-over to specialized disciplines of science and need interdisciplinary studies in systems science (1). In sociotechnical systems, information and communication technology (ICT) is growing together with societal infrastructures...
Article
Full-text available
The authors of this paper suggest applying the concept of resilience in the process of setting up Sustainable Development Goals (SDGs) to be implemented in the United Nations Post-2015 Development Agenda. Referring to the synopsis of the scientific basis of resilience and sustainability presented by Bloesch et al., the proposed general goals and sp...
Technical Report
Final Report for the project USA² submitted to the Federal Ministry of Science and Education, German Ministry of Science and Technology (BMBF) grant number: 16SV6191
Chapter
Prozesse in komplexen dynamischen Systemen sind ein hochaktuelles Forschungsgebiet in Natur-, Technik-, Wirtschafts-, Sozial-, Geschichts- und Geisteswissenschaften. Täglich erleben wir Labilität und Risiko in der Natur und Gesellschaft, aber auch die Entstehung von Neuem. Können wir aus Chaostheorien, aus der Entstehung von Ordnung und Selbstorgan...
Article
Since hundred millions of years, the natural evolution on Earth has developed nervous systems with increasing complexity. They work according to algorithms of neurochemistry and equip organisms with self-adapting, self-controlling, and self-conscious features. But the laws of evolution could also admit completely different forms of life on differen...
Article
Full-text available
The purpose of sustainable development is to minimize the likelihood of dynamic natural and/or man-made sys-tems to exceed tipping points, when exposed to disturbances. In effect, the systems are protected from losing identity and integrity. The authors of this paper suggest accepting resilience thinking as a basis of setting sustain-ability goals...
Article
Full-text available
The purpose of sustainable development is to minimize the likelihood of dynamic natural and/or man-made systems to exceed tipping points, when exposed to disturbances. In effect, the systems are protected from losing identity and integrity. The authors of this paper suggest accepting resilience thinking as a basis of setting sustainability goals an...
Article
Full-text available
In the classical tradition, natural laws were considered as eternal truths of the world. Galileo and Newton even proclaimed them as ‘thoughts of God’ represented by mathematical equations. In Kantian tradition, they became categories of the human mind. David Hume criticized their ontological status and demanded their reduction to habituations of se...
Article
This book on risk and security is an example for the new role of mathematical modeling in science. In Newtonian times, mathematical models were mainly applied to physics and astronomy (e.g., planetary systems) as definitive mappings of reality. They aimed at explanations of past events and predictions of future events. Models and theories were empi...
Chapter
Dynamical systems in classical, relativistic, and quantum physics are ruled by laws with time reversibility. Dynamical systems with time-irreversibility are known from thermodynamics, biological evolution, brain research and historical processes in social sciences. They can also be simulated by computation and information systems. Thus, arrows of t...
Chapter
Stephen Wolfram declared computer experiments with pattern formation of cellular automata as “new kind of science” (NKS). It is obviously a great merit of NKS to highlight the experimental approach in the computational sciences [26]. But we claim that even in the future quasi-empirical computer experiments are not sufficient [12]. Cellular automata...
Book
The principle of local activity explains the emergence of complex patterns in a homogeneous medium. At first defined in the theory of nonlinear electronic circuits in a mathematically rigorous way, it can be generalized and proven at least for the class of nonlinear reaction–diffusion systems in physics, chemistry, biology, and brain research. Rece...
Chapter
Computer bestimmen längst unser Leben, ohne dass wir uns dessen häufig bewusst sind. Entsprechende Computerprogramme sind in unserer Umwelt verborgen. Sie steuern unsere Flugzeuge, entscheiden über Zugverbindungen, überwachen und verändern Therapien in Krankenhäusern, stellen Diagnosen in Arztpraxen, werten komplexe Datenmuster für den Wetterdienst...
Article
The theory of complex dynamical systems is an interdisciplinary methodology to model nonlinear processes in nature and society. In the age of globalization, it is the answer to increasing complexity and sensitivity of human life and civilization (e.g., life science, environment and climate, globalization, information flood). Complex systems consist...
Article
This work is going to present the cause of complexity in nature from an analytical and computational point of view. The cause of complex pattern formation is explained by the local activity of cells in complex systems which are analytically modeled by nonlinear reaction-diffusion equations in physics, chemistry, biology and brain research. There ar...
Chapter
Historically, in science and philosophy people believed in a sharp difference between “dead” and “living” matter. Aristotle interpreted life as the power of self-organization (entelechy) driving the growth of plants and animals to their final form. A living system is able to reproduce itself and to move by itself, while a dead system can only be co...
Chapter
One-dimensional cellular automata with L = I + 1 cells are complex systems with nonlinear dynamics determined by one of the 256 local rules N.
Chapter
An examination of Figures (10–14) at the end of the last chapter shows that, except for period-k isle of Eden bit strings (Figs. 12, 14b), all attractors of the cellular automaton 62 have a non-empty basin of attraction with several gardens of Eden. Therefore, given any bit string on an attractor, it is impossible to retrace its dynamics in backwar...
Chapter
To answer this question, a deeper analysis of our cosmological models is necessary. In general, principles of symmetry play a central role in physics. The invariance and covariance properties of a system under specific symmetry transformations can either be related to the conservation laws of physics or be capable of establishing the structure of t...
Chapter
A cursory inspection of the discrete time evolutions of the 256 local rules reveals some similarity and partial symmetry among various evolved patterns. It reminds us of more-or-less random observations in the natural sciences that demand the unification of mathematical explanations with fundamental laws. The unifying theory of physics is based on...
Chapter
According to Einstein, a scientific explanation should be as simple as possible, but not too simple, for it to be realistic. It would be nice to understand the great scientific problems of the universe (such as cosmic expansion, black holes, the evolution of life, and brains) with just basic knowledge. The toy world of cellular automata is an intui...
Chapter
The colored toy cubes contain all the information about the complex dynamics of cellular automata. An important advantage of the Boolean cube representation is that it allows us to define an index of complexity (Chua et al. 2002). Each one of the 256 cubes is obviously characterized by different clusters of red or blues vertices which can be separa...
Chapter
Knowledge representation, which is today used in database applications, artificial intelligence (AI), software engineering, and many other disciplines of computer science has deep roots in logic and philosophy (Mainzer, 2003a, 2003b). In the beginning, there was Aristotle (384–322 B.C.) who developed logic as a precise method for reasoning about kn...
Chapter
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Bereits in den frühen 1980er Jahren nimmt Niklas Luhmann Bezug auf wissenschaftliche Innovationen, die im Wesentlichen auf biologischen und neurophysiologischen Forschungen basieren, aber zu dieser Zeit noch keinen Eingang in die Soziologie gefunden hatten. Hierbei handelt es sich vor allem um zwei radikale Veränderungen traditioneller systemtheore...

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