Wie sich komplexe System im Computer simulieren lassen

Welches Bild der Welt – oder eines begrenzten Systems – auch immer die Wissenschaftler in den Computer stecken: Es ist stets eine Vereinfachung. Mathematische Modellierung bleibt eine Kunst: die höchst unübersichtliche Vielfalt der echten Ereignisse so zu reduzieren, dass das Wesentliche erfasst wird und seine Dynamik berechenbar bleibt. Und selbst wenn das System so klein ist wie ein Molekül des Antibiotikums Erythromycin samt dem Ribosom, dessen Aktivität es blockiert, treibt die Berechnung seines Verhaltens die modernsten Supercomputer an ihre Leistungsgrenzen. Und wer gar größere Einheiten wie das ganze Leben eines Einzellers modellieren will, muss stärker vereinfachen. Die Physik bietet viele Vereinfachungen an, die auch große Systeme berechenbar machen. So kann man in vielen Fällen einen ausgedehnten Körper durch einen Massenpunkt ersetzen oder die Bewegungsenergie vieler Moleküle durch einen Mittelwert namens Temperatur, ohne das Wesentliche aus dem Blick zu verlieren. Bei der Strömungsdynamik allerdings führen solche Bemühungen bis heute nicht zum vollen Erfolg. Empirische Regeln wie die von Ludwig Prandtl entdeckten müssen als Ersatz herhalten, und wo Bakterien sich mit Flimmerhärchen durchs Wasser treiben, funktioniert eine sehr eigenwillige, aber gut berechenbare Näherung an die Moleküldynamik. Das ist kein Zufall: Häufig kommt es auf die elementaren physikalischen Gesetze, die ein Systemverhalten bestimmen, gar nicht an. Vielmehr ist das Zusammenwirken vieler Faktoren das Wesentliche.
"Mathematische Modellierung" gibt einen Einblick in die wissenschaftliche Forschung.
(21. August 2015)

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