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Portal Wissen = Energie
(2020)
Energie hat etwas. Natürlich – so die nüchterne Definition in jedem Schülerlexikon – „die Fähigkeit, mechanische Arbeit zu verrichten, Wärme abzugeben oder Licht auszustrahlen“. Auf diese Weise begleitet sie uns, oft unerkannt, den lieben langen Tag: Aus dem Bett wuchten, die Heizung aufdrehen, das Licht anmachen, heiß duschen, anziehen, Kaffee kochen, frühstücken – noch bevor wir das Haus verlassen, haben wir reichlich Energie freigesetzt, umgewandelt, zugeführt und getankt. Und dabei haben wir noch nicht einmal selbst gearbeitet, jedenfalls im herkömmlichen Sinn.
Aber Energie ist nicht nur eine physikalische Größe, die aufgrund ihrer Allgegenwart in jeder naturwissenschaftlichen Disziplin – wie Biologie und Chemie, aber auch so ziemlich alle technischen Felder – eine zentrale Rolle spielt. Vielmehr ist sie ebenso nicht wegzudenken, wenn es darum geht, wie wir unsere Welt und unser Wirken in ihr verstehen und beschreiben. Und zwar nicht erst seit heute. Eine Kostprobe gefällig? Der griechische Philosoph Aristoteles war der Erste, der von enérgeia sprach, für ihn eher unphysikalisch eine lebendige „Wirklichkeit und Wirksamkeit“ – das, was das Mögliche real werden lässt. Rund 2100 Jahre später erklärte sie der ungekrönte König der deutschen Literatur Johann Wolfgang von Goethe zum humanistischen Wesenskern: „Was können wir denn unser Eigenes nennen als die Energie, die Kraft, das Wollen!“ Und für seinen Zeitgenossen Wilhelm von Humboldt war „Energie die erste und einzige Tugend des Menschen“. Auch wenn die Physik mit ihrem Aufstieg zur Leitwissenschaft im 19. Jahrhundert auch den Energiebegriff zu dominieren begann, blieb dieser doch in vielen Gebieten zu Hause.
Grund genug für uns, einmal zu schauen, wo es an der Universität Potsdam energetisch zugeht. Wir wurden in verschiedensten Disziplinen fündig: Während die iranische Physikerin Safa Shoaee erforscht, wie sich mit organischen Materialien die Solarzellen der Zukunft herstellen lassen, nimmt der schwedische Umweltwissenschaftler Johan Lilliestam die verschiedenen Dimensionen der Energiewende in den Fokus, um zu klären, wovon ihr Gelingen abhängt. Die Slavistin Susanne Strätling wiederum lässt auf der Suche nach einer komplexen Begriffsgeschichte sämtliche Disziplingrenzen hinter sich und versucht zu ergründen, warum die Energie uns heute mehr denn je elektrisiert. Und dem Physiker Markus Gühr gelingt es, mithilfe von ultrakurzen Lichtblitzen zu untersuchen, wie sich Moleküle unter Lichteinfluss verändern und dabei Energie umwandeln.
Freilich haben wir genug Energie, um neben dem Titelthema auch Einblicke in die Vielfalt der Forschung an der Universität Potsdam zusammenzutragen. So erklärt ein Kognitionswissenschaftler, warum unser Hirn Musik und Sprache gleichermaßen nach ihrem Rhythmus verarbeitet, und ein Materialforscher zeigt, wie Bakterien künftig unter richtiger Anleitung biologisch abbaubares Plastik produzieren. Sozialwissenschaftler untersuchen, ob es der Bundeswehr gelingt, echte Gleichstellung für wirklich alle zu schaffen, während Umweltwissenschaftler eine Methode entwickeln, bei der sich mithilfe von Teilchen aus dem All die Bodenfeuchte messen lässt. Ein Psychologe erforscht den Zusammenhang zwischen Emotionen und Gedächtnis und Bildungswissenschaftler bringen eine Studie zu Hate Speech in Schulen auf den Weg. Außerdem stellen wir mit einer Paläoklimatologin und einer Astrophysikerin zwei der insgesamt zwölf Forschenden des neuen Postdoc-Programms der Universität Potsdam vor. Gin ohne Akohol, Sprachforschung mit Ultraschall, Drohnen im Einsatz der Wissenschaft, Rechtswissenschaft im Dienste der Menschenrechte und vieles mehr finden sich in dieser Ausgabe. Wir haben keine Energien gescheut!
Portal Wissen = Daten
(2019)
Datenassimilation? Halt! Keine Angst, treten Sie näher! Kein Zungenbrecher, keine Raketenwissenschaft. Oder doch? Wir werden sehen. Fakt ist: Datenassimilation gibt es eigentlich schon lange und (fast) überall. Doch erst im Zeitalter der Supercomputer nimmt sie Ausmaße an, die Staunen hervorruft.
Daten, kennt jeder. Assimilation jedoch ist ein schwieriger Begriff für etwas, das rings um uns die ganze Zeit stattfindet: Anpassung. Vor allem die Natur führt uns seit Millionen von Jahren vor, wie das geht mit der evolutionären Anpassung. Vom Einzeller zum Primaten, von der Alge zum Mammutbaum, vom Dino … Wer sich nicht anpassen kann, passt schnell nicht mehr ins Bild.
Und natürlich haben auch wir gelernt, uns in neuen Situationen zu orientieren und entsprechend zu handeln. Wenn wir über die Straße wollen, haben wir dafür einen Plan: an den Bordstein treten, nach links und rechts schauen und erst gehen, sobald kein Auto mehr kommt. Machen wir all dies und passen unseren Plan an den Verkehr an, den wir sehen, kommen wir nicht nur heil drüben an, sondern haben auch noch erfolgreich Datenassimilation betrieben.
Freilich klingt das anders, wenn Wissenschaftler zu erklären versuchen, wie ihnen Datenassimilation hilft. Meteorologen zum Beispiel arbeiten schon seit Jahren mit ihr. Der Deutsche Wetterdienst schreibt: „In der Numerischen Wettervorhersage versteht man unter Datenassimilation die Angleichung eines Modelllaufes an die wirkliche Entwicklung der Atmosphäre, wie sie durch die vorhandenen Beobachtungen beschrieben wird.“ Gemeint ist, dass eine Wettervorhersage nur dann genau ist, wenn das Modell, mit dem man sie berechnet, immer wieder mit neuen Messdaten aktualisiert, also assimiliert, wird.
Seit 2017 gibt es an der Universität Potsdam einen ganzen Sonderforschungsbereich, den SFB 1294, der sich mit den mathematischen Grundlagen der Datenassimilation beschäftigt. Für Portal Wissen haben wir die beiden Mathematiker und Sprecher des SFB, Prof. Sebastian Reich und Prof. Wilhelm Huisinga, gefragt, wie Datenassimilation eigentlich genau funktioniert – und in welchen Forschungsgebieten man sie künftig noch gewinnbringend einsetzen kann. Zwei Beispiele dafür haben wir uns im SFB gleich selbst angeschaut: die Analyse von Blickbewegungen und die Erforschung des Weltraumwetters.
Daneben ist die aktuelle Ausgabe des Magazins voller Forschungsprojekte, die auf verschiedenste Weise um Daten kreisen. So wirft der Atmosphärenphysiker Markus Rex einen Blick voraus auf die spektakuläre MOSAiC-Expedition, bei der der deutsche Forschungseisbrecher „Polarstern“ ab September 2019 ein Jahr lang eingefroren durch das Nordpolarmeer driften und dabei zahlreiche Daten rund um Eis, Ozean, Bio- und Atmosphäre sammeln wird. Wir haben ein Forschungskolleg besucht, dessen Doktoranden die Datensammelwut unserer neuen technologischen Alltagsbegleiter kritisch unter die Lupe nehmen. Im Projekt „TraceAge“ wollen Ernährungswissenschaftler mithilfe der Daten von Tausenden Probanden einer Langzeitstudie mehr über die Funktion von Spurenelementen in unserem Körper herausfinden. Informatiker haben eine Methode entwickelt, mit der aus der Datenflut des WWW relevante Informationen gefiltert werden, sodass Blinde leichter im Internet surfen können. Ein Biologe untersucht anhand von über Jahrzehnte hinweg erhobenen Daten, wie sich die brandenburgischen Wälder verändern. Und eine Geoforscherin arbeitet daran, aus unscheinbar wirkenden seismischen Daten ein Frühwarnsystem für Vulkanausbrüche zu entwickeln.
Außerdem haben wir uns das neue Schülerlabor der Chemiedidaktik zeigen lassen, einen Juniorprofessor für vergleichende Literaturwissenschaft nach seiner Lust am Ungewissen befragt und mit einer Verwaltungswissenschaftlerin über die Möglichkeiten der digitalen Verwaltung gesprochen. Es geht nicht zuletzt um den märkischen Eulenspiegel, personalisierte Kosmetik und die Frage, wie man Kinder für Sport und Bewegung begeistern kann. Wir wünschen Ihnen viel Vergnügen beim Lesen – und wenn Sie uns Erfahrungsdaten ihrer Lektüre zukommen lassen, werden wir unser nächstes Heft damit assimilieren. Versprochen!
Die Redaktion
Lange gab es auf der Erde Dinge, die konnte nur der Mensch. Doch diese Zeit könnte zu Ende gehen. Mithilfe des universalen Werkzeugs, das uns einzigartig macht – unserer Intelligenz –, haben wir dafür gesorgt, dass wir es nicht länger sind. Zumindest wenn es darum geht, kognitive Aufgaben zu lösen. Künstliche Intelligenz kann inzwischen Schach spielen, Sprache verstehen, Auto fahren. Vieles sogar besser als wir. Wie kam es dazu?
Der Philosoph Aristoteles schuf mit seinen Syllogismen die ersten „Gesetze des Denkens“, die Mathematiker Blaise Pascal und Wilhelm Leibniz bauten einige der frühesten Rechenmaschinen, der Mathematiker George Boole führte als erster eine formale Sprache zur Darstellung der Logik ein, der Naturwissenschaftler Alan Turing schuf mit seiner Dechiffriermaschine „Colossus“ den ersten programmierbaren Computer. Philosophen, Mathematiker, Psychologen, Linguisten – seit Jahrhunderten entwickeln Wissenschaftlerin- nen und Wissenschaftler Formeln, Maschinen und Theorien, die es möglich machen sollen, unsere wertvollste Fähigkeit zu reproduzieren und womöglich sogar zu verbessern. Aber was ist das eigentlich: „Künstliche Intelligenz“?
Schon die Bezeichnung fordert zum Vergleich auf. Ist Künstliche Intelligenz wie menschliche Intelligenz? Alan Turing formulierte 1950 einen Test, der eine befriedigende operationale Definition von Intelligenz liefern sollte: Intelligent ist eine Maschine demnach, wenn sie ein dem Menschen gleichwertiges Denkvermögen besitzt. Sie muss also bei beliebigen kognitiven Aufgaben dasselbe Niveau erreichen. Beweisen muss sie dies, indem sie einen menschlichen Fragenden glauben lässt, sie sei ein Mensch. Keine leichte Sache: Immerhin muss sie dafür natürliche Sprache verarbeiten, Wissen speichern, aus diesem Schlüsse ziehen und Neues lernen können. Tatsächlich entstanden in den vergangenen zehn Jahren etliche KI-Systeme, die in Chat- Gesprächen, mit automatisch erzeugten Texten oder Bildern den Test auf die eine oder andere Weise bestanden. Im Fokus stehen nun meist andere Fragen: Braucht KI ihre Schöpfer überhaupt noch? Wird sie den Menschen nicht nur überflügeln, sondern eines Tages sogar ersetzen – sei es in der Welt der Arbeit oder sogar darüber hinaus? Löst KI im Zeitalter der allumfassenden digitalen Vernetzung unsere Probleme – oder wird sie Teil davon?
Über Künstliche Intelligenz, ihr Wesen, ihre Beschränkungen, ihr Potenzial und ihr Verhältnis zum Menschen wird nicht erst diskutiert seitdem es sie gibt. Vor allem Literatur und Kino haben Szenarien mit verschiedenstem Ausgang kreiert. Aber wie sehen das Wissenschaftler, die mit oder zu Künstlicher Intelligenz forschen? Für die aktuelle Ausgabe des Forschungsmagazins kamen ein Kognitionswissenschaftler, eine Bildungsforscherin und ein Informatiker darüber ins Gespräch. Daneben haben wir uns in der Hochschule nach Projekten umgesehen, deren fachliche Heimat die zahlreichen Möglichkeiten offenbart, die KI für viele Disziplinen erahnen lässt. So geht die Reise in die Geowissenschaften und die Informatik ebenso wie die Wirtschafts-, Gesundheits- und Literaturwissenschaften.
Daneben haben wir die Breite der Forschung an der Universität nicht aus den Augen verloren: Ein Jurist führt ein in die gar nicht so weltferne Sphäre des Weltraumrechts, während Astrophysiker daran arbeiten, dass modernste Teleskope zum richtigen Zeitpunkt genau in die Regionen des Weltraums schauen, wo gerade etwas „los ist“. Eine Chemikerin erklärt, warum die Batterie der Zukunft aus dem Drucker kommt, und Molekularbiologen berichten, wie sie stressresistente Pflanzen züchten wollen. Mit menschlichem Stress in der Arbeitswelt beschäftigt sich nicht nur ein Forschungs-, sondern auch ein Gründerprojekt. Darüber ist in diesem Heft genauso zu lesen wie über aktuelle Studien zum Restless Legs Syndrom bei Kindern oder aber der Situation von Muslimen in Brandenburg. Nicht zuletzt machen wir Sie mit jenen Schafen bekannt, die derzeit im Park Sanssouci weiden – im Auftrag der Wissenschaft. Gar nicht so dumm! Viel Vergnügen!
Die Redaktion
Portal Wissen = Kosmos
(2018)
Sprechen wir vom Universum, vom Weltall oder vom Kosmos, geht es um nichts Geringeres als um Alles. Um den gesamten mit Materie und Energie angefüllten Raum. Von der Erde aus sehen wir nur einen winzigen Bruchteil davon: Planeten wie die Venus oder Sterne wie die Sonne. Allein in unserer Heimatgalaxie gibt es mindestens 100 Milliarden Sterne. Durch Schwerkraft verbunden bilden diese selbstleuchtenden Himmelskörper aus sehr heißem Gas ein System, das von der Erde aus als weißliches Band zu sehen ist und das wir Milchstraße nennen. Im beobachtbaren Kosmos gibt es wiederum mindestens 100 Milliarden solcher Galaxien, in denen sich Sterne, kosmischer Staub, Gas und wohl auch Dunkle Materie ansammeln. 13,8 Milliarden Jahre ist das Universum alt, und um es einmal zu durchqueren, bräuchten wir vermutlich 78 Milliarden Lichtjahre.
Angesichts dieser Dimensionen verwundert es kaum, dass für uns Menschen das Rätsel um die Beschaffenheit des Kosmos mit den Fragen des Seins verbunden ist. Woher kommen wir? Wohin gehen wir? Sind wir allein auf der Welt? Für Astrophysiker, die die Weiten des Kosmos mit physikalischen Mitteln erkunden, sind solche Fragen ihr täglich Brot. Auch wenn sie sich natürlich vor allem mit physikalischen Gesetzen, mathematischen Formeln und komplizierten Messmethoden befassen. Über ihre Forschung und ihren Arbeitsalltag haben wir für diese Ausgabe der Portal Wissen mit Astrophysikern der Universität Potsdam gesprochen.
So hat uns Lutz Wisotzki einen 3D-Spektrografen vorgestellt, den er mit Kollegen des Leibniz-Instituts für Astrophysik (AIP) und sechs weiteren europäischen Instituten entwickelt hat. Diese technische Meisterleistung erlaubt den ganz tiefen Blick ins All und eine Zeitreise zu Galaxien kurz nach dem Urknall. Philipp Richter hat uns die Forschungsinitiative Astrophysik nähergebracht und aufgezeigt, wie die Universität Potsdam mit dem AIP, dem Albert-Einstein-Institut und dem Deutschen Elektronen- Synchrotron zusammenarbeitet und Nachwuchsforscher ausbildet. Der neue Uni-Professor für Stellare Astrophysik, Stephan Geier, hat uns Sterne vorgestellt, die so dicht stehen, dass sie für das bloße Auge als ein Stern erscheinen. Ihre turbulente Partnerschaft erforscht der Physiker, der ganz nebenbei auch Historiker ist.
Auch wir haben uns nicht auf kosmische Themen beschränkt, sondern ebenso ganz irdische Dinge hinterfragt, wie etwa den modernen Konsum. Wir haben über mögliche Liebesbeziehungen mit Robotern nachgedacht und über die Zeugenschaft von Literatur und Kunst. Wir ließen uns erklären, wie motiviert Schülerinnen und Schüler sind, warum die Macht großer Konzerne weiter wächst und weshalb manche Mäuse mutig und andere schüchtern sind. Mit Soziologen haben wir über polnische Pflegekräfte in Deutschland gesprochen, mit einem Gründer über den Schritt in die Selbstständigkeit und mit einer Medienwissenschaftlerin über Fairness in der Pornobranche. Wir haben erfahren, weshalb der Regenwald in Zentralafrika vor 2.600 Jahren verschwand, warum der Chemieunterricht nicht ohne Experimente auskommt und wie man Knieprothesen am Fließband produziert. Wissenschaftler berichteten uns, wie digital die Bürgerämter heute tatsächlich arbeiten, wie brandenburgische Kurfürstinnen korrespondierten und wie Big Data den Tieren auf dem Acker nützt.
Zurück zum Kosmos. Der jüngst verstorbene Astrophysiker Stephen Hawking prägte unsere Vorstellung und unser Wissen über das Universum mit seinen Büchern fundamental. Und zwar auch deshalb, weil er nicht nur ein bedeutender Physiker, sondern auch ein literarisches Genie war. Kaum einer konnte schwierige Sachverhalte in einer so anschaulichen, verständlichen und schönen Sprache festhalten wie Hawking. Mit diesem vorbildlichen Wissenschaftsverständnis vor Augen, hoffen wir, den Leserinnen und Lesern dieses Heftes eine anregende Lektüre zu bieten.
Die Redaktion
Portal Wissen = Punkt
(2016)
Ein Punkt hat es in sich, auch wenn man es ihm nicht unbedingt ansieht. Immerhin gilt er in der Geometrie als Objekt ohne Ausdehnung – etwas, das da ist, aber sich nicht „breit macht“. Man sollte annehmen, was so klein ist, wird leicht übersehen. Aber Punkte sind, wenn man genauer hinschaut, nicht nur überall zu finden, sondern auch präsent und spielen gewichtige Rollen. In der Physik etwa ist ein Massepunkt die höchstmögliche Idealisierung eines realen Körpers: Er beschreibt die – theoretische – Vorstellung, die gesamte Masse des Körpers wäre in einem Punkt, seinem Schwerpunkt, vereinigt. Punkte finden sich am Anfang (Ausgangspunkt), an den Übergängen (Dreh- und Angelpunkt) und am Ende (Schlusspunkt). Ein Punkt ist das Symbol größter Präzision, nicht umsonst kommt man sprichwörtlich „auf den Punkt“. Als Bestandteil unserer Schrift kürzt er ab, gliedert und bringt Gesagtes zu Ende. Sogar Musiker und Mediziner punktieren. Und Sportler aller Arten sammeln Punkte auf Plätzen, Bahnen und in Tabellen.
Kein Wunder, dass gerade Wissenschaftler von Punkten „umgeben“ sind und täglich mit ihnen arbeiten: Sie bringen Ordnung ins Chaos, strukturieren das Unerklärte, benennen das Namenlose. Allzu oft macht ein Punkt den Anfang, von dem aus sich Zugänge eröffnen, zu Welten, Erkenntnissen oder Problemen.
Aber Punkte sind für alle da! Der deutsche Mathematiker Oskar Perron schrieb: „Ein Punkt ist genau das, was der intelligente, aber harmlose, unverbildete Leser sich darunter vorstellt.“ So wollen wir es halten: Das vorliegende Heft will spannende Anknüpfungspunkte bieten, Standpunkte analysieren und punktgenau erklären.
So folgen wir etwa einem Physiker zur Sonne, in den Mittelpunkt unseres Sonnensystems, um zu ergründen, wie Sonneneruptionen entstehen. Mit einem Juristen diskutierten wir über Streitpunkte zwischen Recht und Religion, während Religionswissenschaftler in einem Reisetagebuch von einzigartigen Berührungspunkten mit der (Wissenschafts-)Kultur im Iran berichten. Kognitionsund Literaturwissenschaftler eröffnen gemeinsam besondere Blickpunkte – nämlich, wie wir Comics lesen und verstehen – und Wirtschaftsinformatiker zeigen Ansatzpunkte, mit denen sie Mensch und Maschine gemeinsam fit machen für Fabriken im Zeitalter von Industrie 4.0. Bildungswissenschaftler wiederum erläutern ihr Konzept dafür, wie das kreative Potenzial von Künstlern zum Ausgangspunkt werden kann, um Schülern einen individuellen Zugang zu Kunst zu ermöglichen. Psychologen offenbaren, warum die Farbe Rot uns zu Anziehungspunkten macht, während Geowissenschaftler erklären, warum ein Klimaphänomen namens El Niño weltweit – nasse und trockene – Brennpunkte verursacht. Und das sind nur einige Punkte von vielen …
Mit all dem hoffen wir natürlich, auch bei Ihnen zu punkten. Wir wünschen Ihnen eine anregende Lektüre! Punkt. Aus. Ende. Nein, Anfang!
Die Redaktion
Portal = Klima im Wandel
(2016)