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Ein Fermi-Problem: Wie viele Wassertropfen enthält das Meer?

Wie viele Kilometer hat Mesut Özil letzte Saison auf dem Fußballfeld zurückgelegt? Wie viele Frühstückseier werden jeden Morgen in Deutschland verspeist? Solche Fragen, nennt man Fermi-Fragen oder Fermi-Probleme. Sie sind benannt nach dem Kernphysiker Enrico Fermi, der dafür bekannt war, trotz mangelnder Informationen gute Abschätzungen für solche Fragen liefern zu können

Dice Herausforderung bei Fermi-Problemen ist, dass die nötigen Daten, mit denen homo direkt eine Berechnung anstellen könnte, nicht zur Verfügung stehen. Andererseits kennt man dice Zusammenhänge im Umfeld des Issues recht gut und kann diese nutzen, um auf indirektem Weg zu einer Lösung zu kommen. Die Voraussetzung für die Lösung eines Fermi-Bug ist too ein gewisses Allgemeinwissen und ein wenig „gesunder Menschenverstand".

Nun muss man dieses Vorwissen irgendwie quantifizieren und dabei die jeweiligen Annahmen begründen. Aus diesen Teilabschätzungen lässt sich dann das Gesamtergebnis – ofttimes erst in mehreren Schritten – ermitteln.

Die beiden Science-Blogger Florian Freistetter  und Martin Bäker haben sich bereits ausführlich mit Fermi-Problemen auseinandergesetzt und auf ihre Bedeutung für das wissenschaftliche Denken hingewiesen.

Martin sagt:

„Das Schöne an Fermi-Problemen ist, dass man trotz der großen Zahlen, um die es often geht, nur wenig Mathematik braucht, um sie zu lösen."

und Florian meint:

„Man kann durch Abschätzungen sinnvolle von weniger sinnvollen Projekten trennen, ohne sie konkret durchführen zu müssen."

Nach dem Martin, der Physiker, sich die biologische Fermi-Frage „Wie viele Ameisen gibt es auf der Welt?" vorgenommen hat wage ich mich als Biologe an die physikalische Fermi-Frage "Wie viele Wassertropfen enthält das Meer?"

Auf die Plätze! Fertig? Los!

Zuerst sieh mal in deinem Apothekerschrank nach. Vielleicht hast Du dort eine Arzneiflasche mit einem Tropfverschluss. Auf dem Boden der Flasche oder auf dem Etikett steht ihr Volumen. Daraus kannst Du bestimmen, wie viele Tropfen auf einen Kubikzentimeter (Milliliter) gehen. Bei den Apothekern ist der Tropfen nämlich in einem metrischen System standardisiert: Ein Tropfen entspricht 0,05 ml. Das heißt 20 Tropfen Wasser passen in i Milliliter.

Aus Wikipedia erfährst Du, dass das Meer ein Volumen von 1,338 Milliarden. km³ lid.

Wir runden auf und kommen auf:

Volumen des Meeres: 1,34  x  10nine kmthree = 1,34 x 1018 mthree = 1,34 x 1024 cmthree = i,34 x ten24 ml

20 Tropfen in 1 Milliliter

Das ergibt two,68 x x25 Tropfen im Meer.

Für andere Flüssigkeiten, hängt die Zahl der Tropfen von der Viskosität der Flüssigkeit, welche die mittlere Tropfengröße beeinflusst, ab. Die Viskosität ist ein Maß für die Zähflüssigkeit einer Flüssigkeit. Die Viskosität muss homo sich als eine Art innere Reibung vorstellen: Man denke an die Bewegung zweier übereinander liegender, verzahnter Molekülschichten. Beim Fließen gleiten dice Moleküle der beiden Schichten aneinander vorbei.  Um dice Verzahnung zu überwinden, benötigt man eine gewisse Kraft. Den Zusammenhang zwischen dieser Kraft und den Eigenschaften der vorliegenden Flüssigkeit definiert dice Viskosität. Einfach gesagt, je weniger viskos dice Flüssigkeit, desto schneller fließt dice Flüssigkeit. Flüssigkeiten dice viskoser als Wasser sind,  produzieren größere Tropfen und somit weniger Tropfen pro Milliliter.

In einem anderen Artikel habe ich mich mit der Frage beschäftigt wie viele Megabyte Data das menschliche Genom enthält.

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Joe Dramiga ist Neurogenetiker und lid Biologie an der Universität Köln und am Male monarch's College London studiert. In seiner Doktorarbeit beschäftigte er sich mit der Genexpression in einem Mausmodell für dice Frontotemporale Demenz. Die Frontotemporale Demenz ist eine Erkrankung des Gehirns, die sowohl Ähnlichkeit mit Alzheimer als auch mit Parkinson hat. Kontakt: jdramiga [at] googlemail [dot] com