"Map" ist der englische Ausdruck für "Abbildung". Unser Thema klingt nun recht bedeutungsvoll: Standardabbildung
               oder noch genauer Tschirikow-Tayler-Standardabbildung. 
               Es gibt physikalische System, die man auf recht einfache Weise simulieren kann. Die zugehörigen Differentialgleichungen
               sind exakt lösbar und liefern Gleichungen, mit deren Hilfe man bei bekannter Startbedingung den Zustand des
               Systems in der Zukunft aber auch in der Vergangenheit berechnen kann. Ein typisches Beipiel sind die
                Keplerschen Gesetze. Sie erlauben in guter Näherung den Umlauf eines Planeten um die Sonne zu berechnen.
                Exakt sind die Werte allerdings nicht, denn man vernachlässigt die Wirkung der Planeten untereinander. Das
                Zweikörper-Problem ist ein integrables Hamilton System, aber schon beim Dreikörper-Problem kann Chaos
                entstehen und man hat es mit einem nicht-linearen und nicht-integrablem  Hamilton System zu tun.
                Wie beim Doppelpendel  kann man dann nur versuchen, mit Hilfe zum
                Beispiel der Runge-Kutta-Methode eine Näherung zu berechnen.  
                Gibt es vielleicht ein einfacheres chaotische Systeme, als Doppelpendel oder Dreikörper-Problem?
                
 
 
                Der nebenstehende Abbildungsvorschrift eines Quadrats (der Seitenlänge oben: 2 π unten: 1 )
                 auf sich selbst - oder gleichbedeutend
                der Oberfläche eines  S2 Torus auf sich selbst -
                sieht man ihre Bedeutung nicht an.
                Aber schon der Name "Standardabbildung" lässt vermuten, dass hiermit etwas Wesentliches ausgedrückt wird.
                Zum einen kann man mit ihrer Hilfe zu einem Punkt des Phasenraums (auf dem Poincaré-Schnitt) eines
                 periodisch angestoßenen Rotator   den  Folgepunkt
                 berechnen. Und dies ganz ohne Differenzialgleichungen zu lösen. 
                Das wäre nicht sonderlich aufregend, denn
                der Kicked Rotator hat ja im täglichen Leben keine besondere Bedeutung.
                Aber mit Hilfe dieser Abbildung können viele Probleme aus Quantenphysik, Plasmaphysik, Astrophysik,
                Festkörpberphysik und sogar der Meteorologie modelliert werden.
                 Allen gemeinsam ist die Frage: Wann wird ein System chaotisch. Oder anders ausgedrückt: Ist das System
                 bei kleinen Störungen stabil?  
                 (Hinweis: x steht beim Kicked Rotator für den Winkel und y für die Winkelgeschwindigkeit.)
                
                Wenn Ihnen die Begriffe "Runge-Kutta-Methode" oder "Poincaré-Schnitt" nicht vertraut sind, dann
                wäre es hilfreich, wenn Sie zunächst das Kapitel  Wege ins Chaos 
                durchlesen. 
 
                Im folgenden Sketch bekommen Sie einen ersten Eindruck, wie die Standard-Map für wachsenden
                Störungs-Parameter K aussehen kann. Beobachten Sie, wie das Chaos allmählich zunimmt. Nach rechts ist der Winkel
                und nach oben die Winkelgeschwindigkeit eingetragen.   
                Der erste Wert für den Störungsparameter K ist 0.5. Wenn Sie auf das Bild klicken, wird K jeweils um 0.05 erhöht.
                So können Sie bis zu K = 5 die Zunahme des Chaos beobachten. Achten Sie besonders auch darauf, wie sich die
                geschlossenen Linien dabei verändern. 
  
                             
           
  
                Unten ein Beispiel für die Vergrößerung bis zum Faktor 10 000. Wenn Sie eigene Experimente mit der Standard Map
                machen wollen, klicken Sie auf diesen Link zum
                Standartmap Sketch
.
           
  
                  Auf der Seite Standard Map: Überblick   können Sie selbst
                  Hand anlegen.     
           
                 Das Hauptinteresse an der Standard Map ist zweifelsohne die Möglichkeit, in bestimmten Fällen Aussagen über
                 die Stabilität eines dynamischen Systems zu machen. Bleibt beispielsweise unsere Erde auch in den nächsten
                 Jahrhunderten noch auf ihrer Bahn oder wird die Wirkung des Planeten Jupiters so groß, dass sie aus dem
                 Sonnensystem geschleudert wird? Dass man überhaupt über ein solches Szenario nachdenkt, mag weit hergeholt
                 erscheinen. In Wahrheit weiß man aber erst seit dem letzten Jahrhundert, dass dies auch in vielen Millionen
                 Jahren nicht der Fall sein wird. Und hier kommen die
                  KAM-Tori ins Spiel. Sie erinnern sich, dass
                 die periodischen Bewegungen im Poincaré-Schnitt lediglich aus einem Punkt bestehen. Jeder dieser periodischen
                 Bewegungen war eine  Schwingungszahl  zugeordnet. Die ellipsenförmigen Bahnen (Orbits) um den Punkt
                 herum, beschreiben, wie
                 schon erwähnt, quasiperiodische Bewegungen zu eben dieser Periode.  
                 Die KAM-Tori besitzen eine irrationale Schwingungszahl. Das KAM-Theorem besagt ja in der Umkehrung, dass
                 periodische Schwingungen nicht sonderlich stabil sind. Es zeigt sich, dass sie um so weniger stabil sind, je
                 kleiner der Nenner der (gekürzten) Schwingungszahl ist. Stabil hingegen sind die KAM-Tori, denn deren
                 Schwingungszahlen sind irrational und lassen sich daher nur durch rationale Brüche annähern. Je genau man sie
                 aber durch Brüche annähern will, desto größer werden die zugehörigen Nenner. Daraus lässt sich folgern, dass
                 die KAM-Tori recht resistent gegen Störungen sind. 
                 Wenn Sie dazu eigene Experimente machen wollen, dann wäre der Abschnitt
                 KAM- und Can-Torus etwas für Sie.
           
  
Standard Map K wachsend .