NichtHomogenitäten

NichtHomogenitäten bezeichnet räumliche Variationen physikalischer Eigenschaften in einem System. Typische Größen sind Dichte, Zusammensetzung, Temperatur, elektrische oder mechanische Eigenschaften. Im Gegensatz zur Homogenität, bei der Eigenschaften an jeder Stelle identisch sind, nimmt die Ausprägung von NichtHomogenitäten von Ort zu Ort zu.

Ursachen liegen in Herstellungsprozessen, Phasenunterschieden, Defekten, Porenstrukturen oder Gradienten von Konzentration und Temperatur. In der Materialwissenschaft beeinflussen NichtHomogenitäten Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Korrosionsverhalten. In der Geophysik und Geologie bestimmen sie die Ausbreitung von Wellen, den Transport von Fluiden und die mechanische Belastbarkeit von Gestein.

Mathematisch werden NichtHomogenitäten oft durch räumlich variable Koeffizienten beschrieben, zum Beispiel D(x) oder n(x). In Modellen führen solche Variationen zu komplexeren Lösungen von Gleichungen (PDEs) und zu Streuung, Reflektion oder Richtungsabhängigkeiten. Es wird unterschieden zwischen statischen NichtHomogenitäten (zeitunabhängig) und dynamischen NichtHomogenitäten (zeitabhängig).

Auf kosmologischer Ebene erscheinen NichtHomogenitäten auf großen Skalen zwar als Annäherung an Homogenität, sie besitzen jedoch Dichtefluktuationen, aus denen Strukturen wie Galaxien und Clustern entstanden. In anderen Disziplinen, etwa der Biologie oder Medizin, sind räumliche NichtHomogenitäten oft funktionell bedeutsam und beeinflussen Messungen und Modelle.

Zur Erkennung und Quantifizierung werden Bildgebung, Tomographie, Mikro- und Makroanalyse sowie statistische Kennzahlen wie Varianz, Korrelationsfunktionen oder Porositätsverteilungen eingesetzt. In vielen Fachgebieten wird der Begriff NichtHomogenitäten verwendet; alternativ begegnet man häufig dem Begriff Heterogenität.