Wissen und Technik

„Ein universeller Werkzeugkasten“

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Von der Materialkunde bis zu den Sozialwissenschaften: Mathematik hilft in vielen anderen Disziplinen, Probleme zu lösen.

Zahlen durchdringen alles. Math+ will nicht im Elfenbeinturm forschen oder nur um der Wissenschaft willen, sondern für die…

Ein Gerücht breitet sich aus. Erst geben es Freunde an Freunde weiter, die erzählen es Kollegen, diese wiederum Bekannten, die mit Nachbarn plaudern, die es bei Facebook posten. Mit welcher Geschwindigkeit und in welche Richtungen entspinnt sich solch ein „Kommunikationsnetz“? Und liegt dieser Dynamik ein Muster zugrunde? Bei den Antworten auf diese Fragen hilft Mathematik, sagt Martin Skutella, Professor für Mathematik und Informatik an der Technischen Universität (TU) Berlin und Gründungssprecher des Exzellenzclusters Math+, dessen Forschungszentrum der Berliner Mathematik im Mai offiziell eröffnet wurde.

„Mit mathematischen Methoden kann man solche Ausbreitungsprozesse modellieren, simulieren und schlussendlich verstehen“, erklärt der Wissenschaftler. Dieselbe Art von Mathematik helfe dabei, die Verbreitung politischer Einstellungen oder die Dynamik bei der Ausbreitung von Krankheiten besser zu begreifen. „Das ist die große Stärke von Mathematik: Sie beruht auf Abstraktion, darauf, die Dinge auf ihren wesentlichen Kern herunterzubrechen. Sie vereinfacht und bringt so Zusammenhänge ans Licht, die man vorher nicht vermutet hätte.“

Ebendiese Stärke will sich das neue Zentrum Math+ zunutze machen, um Kolleginnen und Kollegen aus anderen Disziplinen bei ihrer Forschung zu unterstützen – von den Lebenswissenschaften über die Material-, Energie- und Netzwerkforschung bis zu den Geistes- und Sozialwissenschaften. Getragen wird es von den drei großen Berliner Universitäten TU, Freie Universität (FU) und Humboldt-Universität (HU) sowie dem Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik (WIAS) und dem Zuse-Institut Berlin (ZIB). Durch ihren Erfolg bei der Exzellenzinitiative können sich die Partner über eine Förderung der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) in Höhe von 52 Millionen Euro für die kommenden sieben Jahre freuen.

Angesichts dieser Summe ist es Martin Skutella und seinen Mitstreitern besonders wichtig, der Öffentlichkeit zu erklären, wofür die Gelder verwendet werden: „Wir forschen hier nicht im Elfenbeinturm oder nur um der Wissenschaft willen, sondern für die Menschen“, betont der Clustersprecher. „Die Welt verändert sich in rasantem Tempo. Die Zukunft bringt immer neue Herausforderungen – und unsere Disziplin kann helfen, sie zu meistern. Mathematik ist ein universeller Werkzeugkasten, und wir wollen dazu beitragen, ihn möglichst reichhaltig zu bestücken.“

Die Sprecher von Math+. Christof Schütte (FU), Michael Hintermüller (HU) und Martin Skutella (TU, v. l. n. r.)

Die Bandbreite der Anwendungsfälle ist groß. So können mathematische Modelle zum Beispiel helfen, Verkehrsströme und Bahnfahrpläne zu optimieren. „Und wir kooperieren mit Fluggesellschaften, um Flugpläne und Flugrouten robuster und umweltfreundlicher zu machen“, sagt Skutella. Kolleginnen und Kollegen aus den Materialwissenschaften können die Mathematiker zum Beispiel dabei unterstützen, die innere Struktur von Batterien zu optimieren; auch hier arbeiten die Hochschulen bereits mit Industriepartnern zusammen. Und die Zahlentheorie – mit der sich die Menschen schon in der Antike beschäftigten – leistet bei der Forschung zu Verschlüsselungstechnologien wertvolle Dienste.

Ein weiterer wichtiger Anwendungsbereich von Mathematik ist die Auswertung großer Datenmengen, vor allem vor dem Hintergrund der Digitalisierung. „In allen Lebensbereichen werden immer mehr Daten produziert. Diese Flut zu beherrschen und die wesentlichen Informationen herauszufiltern – dabei kann Mathematik eine bedeutende Rolle spielen“, erklärt Christof Schütte, Präsident des ZIB, FU-Professor und Co-Sprecher von Math+. „Außerdem werden wir die Abstraktionskraft der Mathematik nutzen, um zu verstehen, wie die sich immer weiter verbreitenden Systeme künstlicher Intelligenz aus Daten lernen.“

Dass diese Mathematik sich weit jenseits der vier Grundrechenarten des Schulunterrichts bewegt und sich mit jeder neuen Herausforderung in immer neue Richtungen entwickelt – dafür möchten die Forscher auch den Nachwuchs begeistern. Das geschieht bereits seit mehr als 15 Jahren am Berliner Forschungszentrum Matheon, das nun in Math+ aufgeht und dort weitergeführt wird. „Wir möchten Schülerinnen und Schülern zeigen, wie toll, wie spannend, ja, wie schön Mathematik ist“, sagt Skutella. Nachwuchssorgen hat das Fach zwar nicht; es gibt viele Studienanfänger. „Aber Mathematik ist eine herausfordernde Disziplin, und bei Weitem nicht alle Studienanfänger sind erfolgreich.“

Um Absolventen nach dem Studium bei der Promotion zu unterstützen, haben TU, FU und HU bereits 2006 die Berlin Mathematical School gegründet, die als international erfolgreiche Graduiertenschule auch weiter Teil von Math+ bleiben wird. „Wir haben jedes Jahr 500 bis 600 Bewerberinnen und Bewerber aus aller Welt, die bei uns promovieren möchten“, freut sich Skutella. Ein Teil der DFG-Fördermittel soll dazu verwendet werden, sie mit Stipendien zu unterstützen. Ansonsten wird der Großteil in Stellen fließen, denn die Mathematik braucht keine aufwendigen Apparaturen oder teuren Labore – dafür aber helle Köpfe.

Ein weiterer Bestandteil von Math+ soll ein Transferbereich werden, der Forschungsergebnisse zeitnah in Industrie und Gesellschaft bringt. Der enge Kontakt zu Unternehmen und anderen Praxispartnern, den die Universitäten und Institute schon lange pflegen, soll weiterentwickelt und intensiviert werden.

Als kreatives Element wird das Forschungszentrum schließlich ein Topic Development Lab einrichten. Der Gedanke dahinter: „Wir können heute noch gar nicht sagen, welche Anforderungen zukünftige Entwicklungen an die Mathematik stellen werden“, sagt Michael Hintermüller, WIAS-Direktor, HU-Professor und Co-Sprecher von Math+. Im „Lab“ sollen internationale Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verschiedener Disziplinen zusammenkommen und solche neuen Anwendungsfelder kreativ und ohne Erfolgsdruck erkunden können.

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