TY  - INPR
A1  - Dandekar, Thomas
T1  - Why are nature´s constants so fine-tuned? The case for an escalating complex universe
N2  - Why is our universe so fine-tuned? In this preprint we discuss that this is not a strange accident but that fine-tuned universes can be considered to be exceedingly large if one counts the number of observable different states (i.e. one aspect of the more general preprint http://www.opus-bayern.de/uni-wuerzburg/volltexte/2009/3353/). Looking at parameter variation for the same set of physical laws simple and complex processes (including life) and worlds in a multiverse are compared in simple examples. Next the anthropocentric principle is extended as many conditions which are generally interpreted anthropocentric only ensure a large space of different system states. In particular, the observed over-tuning beyond the level for our existence is explainable by these system considerations. More formally, the state space for different systems becomes measurable and comparable looking at their output behaviour. We show that highly interacting processes are more complex then Chaitin complexity, the latter denotes processes not compressible by shorter descriptions (Kolomogorov complexity). The complexity considerations help to better study and compare different processes (programs, living cells, environments and worlds) including dynamic behaviour and can be used for model selection in theoretical physics. Moreover, the large size (in terms of different states) of a world allowing complex processes including life can in a model calculation be determined applying discrete histories from quantum spin-loop theory. Nevertheless there remains a lot to be done - hopefully the preprint stimulates further efforts in this area.
N2  - Dieses Preprint vertieft einen Aspekt des preprints http://www.opus-bayern.de/uni-wuerzburg/volltexte/2009/3353/, nämlich die Balance zwischen den Konstanten für unsere Naturgesetze. Die Frage nach einer solchen Balance entsteht nur, wenn man sich ein Multiversum mit vielen Alternativen Universen mit anderen Gewichten für die Naturkonstanten vorstellt und dann feststellt, dass diese gerade in unserem Universum optimal für Leben und überhaupt für komplexe, selbst organisierende Strukturen eingestellt sind (sogenanntes fine-tuning). Dies wird häufig mit dem anthropozentrischen Prinzip erklärt. Dies erklärt aber beispielsweise nicht, warum denn dieses fine-tuning noch deutlich feiner und genauer eingestellt ist, als für die Existenz eines Beobachters nötig ist. Wir zeigen dagegen, dass unser Universum besonders komplex ist und einen sehr großen Zustandsraum hat und Bedingungen, die eine hohe Komplexität erlauben, auch einen Beobachter und komplexe Prozesse wie Leben ermöglichen. Allgemein nimmt ein besonders komplexer Zustandsraum den Löwenanteil aller Alternativen ein. Unsere Komplexitätsbetrachtung kann auf verschiedenste Prozesse (Welten, Umwelten, lebende Zellen, Computerprogramme) angewandt werden, hilft bei der Modellauswahl in der theoretischen Physik (Beispiele werden gezeigt) und kann auch direkt ausgerechnet werden, dies wird für eine Modellrechnung zur Quantenschleifentheorie durchgeführt. Dennoch bleibt hier noch viel weitere Arbeit zu leisten, das Preprint kann hier nur einen Anstoß liefern.
KW  - Natur
KW  - Naturgesetz
KW  - Beobachter
KW  - Kolmogorov-Komplexität
KW  - Berechnungskomplexität
KW  - Fundamentalkonstante
KW  - Nature constants
KW  - complexity
KW  - observer
KW  - fine-tuning
KW  - multiverse
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-34488
ER  - 
TY  - THES
A1  - Trumpf, Jochen
T1  - On the geometry and parametrization of almost invariant subspaces and observer theory
T1  - Über die Geometrie und Parametrisierung von fast invarianten Unterräumen und Beobachtertheorie
N2  - In my Ph.D. thesis "On the geometry and parametrization of almost invariant subspaces and observer theory" I consider the set of almost conditioned invariant subspaces of fixed dimension for a given fixed linear finite-dimensional time-invariant observable control system in state space form. Almost conditioned invariant subspaces were introduced by Willems. They generalize the concept of a conditioned invariant subspace requiring the invariance condition to hold only up to an arbitrarily small deviation in the metric of the state space. One of the goals of the theory of almost conditioned invariant subspaces was to identify the subspaces appearing as limits of sequences of conditioned invariant subspaces. An example due to {\"O}zveren, Verghese and Willsky, however, shows that the set of almost conditioned invariant subspaces is not big enough. I address this question in a joint paper with Helmke and Fuhrmann (Towards a compactification of the set of conditioned invariant subspaces, Systems and Control Letters, 48(2):101-111, 2003). Antoulas derived a description of conditioned invariant subspaces as kernels of permuted and truncated reachability matrices of controllable pairs of the appropriate size. This description was used by Helmke and Fuhrmann to construct a diffeomorphism from the set of similarity classes of certain controllable pairs onto the set of tight conditioned invariant subspaces. In my thesis I generalize this result to almost conditioned invariant subspaces describing them in terms of restricted system equivalence classes of controllable triples. Furthermore, I identify the controllable pairs appearing in the kernel representations of conditioned invariant subspaces as being induced by corestrictions of the original system to the subspace. Conditioned invariant subspaces are known to be closely related to partial observers. In fact, a tracking observer for a linear function of the state of the observed system exists if and only if the kernel of that function is conditioned invariant. In my thesis I show that the system matrices of the observers are in fact the corestrictions of the observed system to the kernels of the observed functions. They in turn are closely related to partial realizations. Exploring this connection further, I prove that the set of tracking observer parameters of fixed size, i.e. tracking observers of fixed order together with the functions they are tracking, is a smooth manifold. Furthermore, I construct a vector bundle structure for the set of conditioned invariant subspaces of fixed dimension together with their friends, i.e. the output injections making the subspaces invariant, over that manifold. Willems and Trentelman generalized the concept of a tracking observer by including derivatives of the output of the observed system in the observer equations (PID-observers). They showed that a PID-observer for a linear function of the state of the observed system exists if and only if the kernel of that function is almost conditioned invariant. In my thesis I replace PID-observers by singular systems, which has the advantage that the system matrices of the observers coincide with the matrices appearing in the kernel representations of the subspaces. In a second approach to the parametrization of conditioned invariant subspaces Hinrichsen, M{\"u}nzner and Pr{\"a}tzel-Wolters, Fuhrmann and Helmke and Ferrer, F. Puerta, X. Puerta and Zaballa derived a description of conditioned invariant subspaces in terms of images of block Toeplitz type matrices. They used this description to construct a stratification of the set of conditioned invariant subspaces of fixed dimension into smooth manifolds. These so called Brunovsky strata consist of all the subspaces with fixed restriction indices. They constructed a cell decomposition of the Brunovsky strata into so called Kronecker cells. In my thesis I show that in the tight case this cell decomposition is induced by a Bruhat decomposition of a generalized flag manifold. I identify the adherence order of the cell decomposition as being induced by the reverse Bruhat order.
N2  - In meiner Doktorarbeit "On the geometry and parametrization of almost invariant subspaces and observer theory" betrachte ich die Menge der fast (C,A)-invarianten Unterräume fester Dimension zu einem vorgegebenen linearen endlichdimensionalen zeitinvarianten beobachtbaren Kontrollsystem in Zustandsraumdarstellung. Der Begriff der fast (C,A)-invarianten Unterräume geht auf Willems zurück. Er verallgemeinert das Konzept eines (C,A)-invarianten Unterraums dahingehend, daß die Invarianzeigenschaft nur bis auf eine beliebig kleine Abweichung in der Metrik des Zustandsraumes erfüllt sein muß. Eines der Ziele der Theorie der fast (C,A)-invarianten Unterräume war es, diejenigen Unterräume zu charakterisieren, die als Grenzwerte von Folgen (C,A)-invarianter Unterräume auftreten. Özveren, Verghese und Willsky haben jedoch ein Beispiel angegeben, das zeigt, daß die Menge der fast (C,A)-invarianten Unterräume hierfür nicht groß genug ist. Auf diese Problematik gehe ich in einer gemeinsamen Arbeit mit U. Helmke und P.A. Fuhrmann (Towards a compactification of the set of conditioned invariant subspaces, Systems and Control Letters, 48(2):101-111, 2003) ein, die nicht Teil meiner Dissertation ist. Antoulas hat eine Beschreibung von (C,A)-invarianten Unterräumen als Kerne von permutierten und abgeschnittenen Erreichbarkeitsmatrizen geeigneter Größe angegeben. Diese Beschreibung benutzen Fuhrmann und Helmke um einen Diffeomorphismus von der Menge der Ähnlichkeitsklassen bestimmter kontrollierbarer Matrizenpaare auf die Menge der "tight" (C,A)-invarianten Unterräume zu konstruieren. In meiner Dissertation verallgemeinere ich dieses Resultat auf fast (C,A)-invariante Unterräume, indem ich sie mit Hilfe von "restricted system equivalence"-Klassen kontrollierbarer Matrizentripel darstelle. Darüberhinaus identifiziere ich die kontrollierbaren Matrizenpaare, die in der Kerndarstellung (C,A)-invarianter Unterräume auftreten, als Korestriktionen des ursprünglichen Systems auf den jeweiligen Unterraum. Es besteht eine enge Verbindung zwischen (C,A)-invarianten Unterräumen und partiellen Beobachtern. In der Tat existiert ein "tracking" Beobachter für eine lineare Funktion des Zustandes des beobachteten Systems genau dann, wenn der Kern dieser Funktion (C,A)-invariant ist. In meiner Dissertation zeige ich, daß die Systemmatrizen der Beobachter mit den Korestriktionen des beobachteten Systems auf die Kerne der beobachteten Funktionen übereinstimmen. Diese wiederum stehen in enger Beziehung zu partiellen Realisierungen. Weiter beweise ich, daß die Menge der "tracking" Beobachter-Parameter fester Größe, das heißt der "tracking" Beobachter fester Ordnung zusammen mit den beobachteten Funktionen, eine glatte Mannigfaltigkeitsstruktur trägt. Ich konstruiere eine Vektorbündelstruktur auf der Menge der (C,A)-invarianten Unterräume fester Dimension zusammen mit ihren "Freunden", das heißt den "output injections", welche den jeweiligen Unterraum invariant machen, wobei die Beobachtermannigfaltigkeit als Basisraum dient. Willems und Trentelman haben das Konzept eines "tracking" Beobachter verallgemeinert, indem sie auch Ableitungen des Ausgangs des beobachteten Systems in die Beobachtergleichungen aufnahmen (PID-Beobachter). Sie haben gezeigt, daß ein PID-Beobachter für eine lineare Funktion des Zustands des beobachteten Systems genau dann existiert, wenn der Kern dieser Funktion fast (C,A)-invariant ist. In meiner Dissertation ersetze ich die PID-Beobachter durch singuläre Systeme, was den Vorteil hat, daß die Systemmatrizen des Beobachters mit den Matrizen übereinstimmen, die in der Kerndarstellung des Unterraums auftauchen. (C,A)-invariante Unterräume lassen sich auch als Bildräume von Block-Toeplitz-Matrizen beschreiben. Hinrichsen, Münzner und Prätzel-Wolters, Fuhrmann und Helmke, und Ferrer, F. Puerta, X. Puerta und Zaballa benutzen diesen Zugang, um eine Stratifizierung der Menge der (C,A)-invarianten Unterräume fester Dimension in glatte Mannigfaltigkeiten zu konstruieren. Diese sogenannten Brunovsky-Strata bestehen aus all den Unterräumen, für die die Einschränkung des Systems auf den Unterraum jeweils vorgegebene Beobachtbarkeitsindizes hat. Obige Autoren konstruieren auch eine Zellzerlegung der Brunovsky-Strata in sogenannte Kronecker-Zellen. In meiner Dissertation zeige ich, daß im "tight" Fall diese Zellzerlegung von einer Bruhat-Zerlegung einer verallgemeinerten Fahnenmannigfaltigkeit induziert wird. Ich identifiziere die Adhärenzordnung der Zellzerlegung als inverse Bruhat-Ordnung.
KW  - Invarianter Unterraum
KW  - Kontrollsystem
KW  - geometrische Kontrolltheorie
KW  - Parametrisierung
KW  - Unterräume
KW  - Beobachter
KW  - geometric control
KW  - parametrization
KW  - subspaces
KW  - observer
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-5034
ER  -