Gudrun war im Dezember 2018 wieder zu Gast an der <a href="https://www.fu-berlin.de/">FU</a> in Berlin. Schon zum dritten Mal ist <a href="https://www.mi.fu-berlin.de/en/stud/mentoring/kontakt/mehr_partner/mintoring/mechthild_koreuber.html">Mechthild Koreuber</a> ihre Gesprächspartnerin für den Podcast Modellansatz. Der Anlass des Gespräches war, dass im November 2018 unter dem Schlagwort Noethember die Mathematikerin Emmy Noether in den Fokus gerückt wurde. Auf unterschiedlichen Plattformen und in vielseitigen Formaten wurden die einzelnen Tage <a href="https://medium.com/@francesca.arici/noethember-drawing-a-life-e8984ae55e5f">eines ganzen Monats der Darstellung ihres Lebens und Werks</a> gewidmet. Für jeden Tag gab es Vorschläge für einzelne Stationen und Aspekte ihres Lebens, die in unterschiedlicher Art und Weise aufgenommen und dargestellt wurden. Unser Episodenbild entstand auch im Rahmen dieser Aktion und wurde uns von <a href="https://images.math.cnrs.fr/Noethember?lang=fr">Constanza Rojas-Molina</a> zur Verfügung gestellt. Unser Podcast hat im Dezember etwas verspätet auch zum Noethember beigetragen. Die Veröffentlichung des zweiten der beiden aufgezeichneten Emmy-Noether-Gespräche hat nun einige Monate Abstand zum November 2018. Das hat einen guten Grund: im Gespräch geht es neben der Person Emmy Noether auch um die Idee einer <a href="http://www.noetherkonferenz2019.de">Konferenz</a> aus Anlass des 100. Jahrestages ihrer Habilitation. Die Details der Konferenz waren im Gespräch noch etwas vage, aber die im Dezember gemachten Pläne werden Anfang Juni in Berlin tatsächlich Realität. Für diesen Teil des Gespräches stieß <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Rupert_Klein">Rupert Klein</a> dazu. Gudrun hatte sich im Rahmen des Noethember an Mechthild Koreuber gewandt, weil diese ein Buch über Emmy Noether und ihre Schule geschrieben hat, das 2015 im Springer Verlag erschienen ist. Schon beim ersten Gespräch zu Gender und Mathematik entstand der Plan, später eine Folge zu der Seite von Emmy Noether zu führen, die im Buch dargestellt wird. Nun gab es dafür zwei konkrete Anlässe, den Plan zu realisieren. Was hat Mechthild so sehr an der Person Noethers fasziniert, dass sie sich viele Jahre mit der Person und der daraus entstandenen Schule beschäftigt hat neben ihren anderen beruflichen Aufgaben? Dabei hatte sie erst sehr spät im Mathematikstudium den Namen Emmy Noether zum ersten mal gehört. Schon damals faszinierte sie der Widerspruch zwischen der Leistung der Pionierin und ihrer Anziehungskraft auf den mathematischen Nachwuchs zur eigenen prekären Stellung im Wissenschaftsbetrieb und ihrer Außenseiterrolle als Frau. Sie wollte ergründen, woher das starkes Streben nach Wissen und dem Verbleiben in der Mathematik unter schwierigsten Bedingungen kam. Der sehr berühmte und gestandene Kollege Hermann Weyl sagte selbst "Sie war mir intellektuell überlegen". Am Beispiel Emmy Noethers schärft sich die Frage danach: was ist mathematische Produktivität, unter welchen Rahmenbedingungen kann sie entstehen, unterschiedliche Felder verbinden und ganz neue Theorierahmen für Mathematik entwickeln. Warum ist gerade Emmy Noether das gelungen? Im Umfeld von Noether gibt es weitere sehr interessante Frauen, die heute größtenteils fast vergessen sind wie <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Marie-Louise_Dubreil-Jacotin">Marie-Louise Dubreil-Jacotin</a>, die erste französische Mathematikprofessorin. Sie war Schülerin bei Emmy Noether in Frankfurt am Main und Göttingen. Außerdem eine türkische Mathematikerin, die nach Deutschland kam um mit diesen Frauen zu arbeiten. Es entsteht der Verdacht, dass sie als Außenseiterin im Feld der Wissenschaft tradierte Denkmuster nicht so leicht übernahm, weil sie auf ihrem eigenen Weg in die Wissenschaft ständig Grenzen überschreiten musste. Um überhaupt Mathematik betreiben zu können, musste sie sich einen Platz definieren und erkämpfen, den es so noch nicht gab. So konnte sie sogar in Feldern der Mathematik, in denen sie selbst nicht geforscht hat, revolutionäre Ideen einbringen. Beispiel hierfür ist die Topologie in Göttingen vertreten durch Brower und Alexandrow. Hier schuf sie die <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Bettizahl">Betti Zahlen</a> und lieferte den Kern für ein ganz neue Feld: <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Algebraische_Topologie">Algebraische Topologie</a>. Sie lebte den Zusammenstoß von Denkstilen und eröffnete sich und anderen damit einen Raum für Kreativität. Davon möchten wir auch heute lernen. Unter den heutigen Bedingungen wäre es wichtig, mehr Brücken zu schlagen und Kreativität zu leben, die Wissensvorstellung verändern darf. Der Trend ist aber eher Kontrolle und Quantifizierung. Ein Ausweg aus diesem engen Korsett ist in Berlin der 2018 gegründete Mathematik-Cluster <a href="https://www.berlin-university-alliance.de/excellence-strategy/proposals/math/index.html">MATH+</a>. Die Idee dahinter ist es, Mathematik in einen viel breiteren Kontext als Technik und Ökonomie zu setzen. Dieses interdisziplinäre Gespräch wird auch die Noether Tagung möglich machen und insbesondere auch Wissenschaftsgeschichte sowie marginalisierte Perspektiven einbeziehen. Dialogisches Arbeiten zwischen Mathematik und anderen Disziplinen soll in der Konferenz exemplarisch abgebildet und gelebt werden. Für die Öffentlichkeit wird ein Theaterstück geschrieben und aufgeführt, das Mathematik ernst nehmen wird. Die Hoffnung der Organisator_innen ist, dass Personen, die skeptisch zu einer Sitzung der Konferenz gehen, begeistert wieder gehen. Rupert Klein ist in seinen Worten ein "sehr angewandter Mathematiker", Er hat Maschinenbau studiert und in Potsdam Klimafolgeforschung betrieben. Inzwischen ist er an der FU in der Mathematik und arbeitet im SFB Skalenkaskaden mit Lebenswissenschaftlern und Physikern zusammen. Er ist im Vorstand des Mathe Clusters MATH+ und beteiligt am Schwerpunkt: Emerging Field: Concepts of Change. <h2>Podcasts</h2> <ul><li> <a href="http://modellansatz.de/noether-theorem">M. Pössel, G. Thäter: Noether-Theorem</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 192, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2019. </li><li> <a href="http://modellansatz.de/gender-mathematik">A. Mischau, M. Koreuber, G. Thäter: Gender und Mathematik</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 142, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2017. </li><li> <a href="http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2016/05/20/sternengeschichten-folge-182-emmy-noether-und-die-erhaltungssaetze-der-physik/">In our time: Emmy Noether - M. Bragg and guests</a>. BBC Radio 3, Sendung vom 24.01.2019 (archiviert)</li></ul> <h2>Literatur und weiterführende Informationen</h2> <ul><li> <a href="http://www.noetherkonferenz2019.de">Noether Konferenz im Juni 2019 in Berlin</a></li><li> <a href="http://www.mathplus.de/">MATH+</a></li></ul> <ul><li> <a href="http://www.springer.com/de/book/9783662441497">M. Koreuber: Emmy Noether, die Noether-Schule und die moderne Algebra. Zur Geschichte einer kulturellen Bewegung</a>, Heidelberg: Springer, 2015.</li><li> <a href="https://www.maa.org/press/maa-reviews/emmy-noether-a-tribute-to-her-life-and-work">James W. Brewer and Martha K. Smith (eds.), Emmy Noether: A Tribute to Her Life and Work</a> Marcel Dekker, 1981.</li><li> <a href="https://archive.org/details/EmmyNoether1882-1935">Auguste Dick (trans. H. I. Blocher), Emmy Noether 1882-1935</a> Birkhäuser, 1981.</li><li> <a href="https://www.springer.com/de/book/9780817646844">Israel Kleiner, A History of Abstract Algebra</a> Birkhäuser, 2007.</li><li> <a href="https://www.springer.com/de/book/9780387878676">Yvette Kosmann-Schwarzbach (trans. Bertram E. Schwarzbach), The Noether Theorems: Invariance and Conservation Laws in the Twentieth Century</a> Springer, 2010.</li><li> <a href="https://www.penguinrandomhouse.com/books/231102/symmetry-and-the-beautiful-universe-by-leon-m-lederman-and-christopher-t-hill/9781591025757/">Leon M. Lederman and Christopher T. Hill, Symmetry and the Beautiful Universe</a> Prometheus Books, 2008.</li></ul> <h2>Ressourcen zum <a href="https://twitter.com/search?q=%23noethember">#noethember</a></h2> <ul><li> <a href="https://medium.com/@francesca.arici/noethember-drawing-a-life-e8984ae55e5f"> Francesca Arici: Noethember - drawing a life</a></li><li> <a href="https://images.math.cnrs.fr/Noethember?lang=fr">Alle Bilder im Noethember von Constanza Rojas-Molina</a></li><li> <a href="http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2018/11/13/noethember-ein-ganzer-monat-fuer-emmy-noether/">Noethember - ein ganzer Monat für Emmy Noether</a></li><li> <a href="http://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2011/05/22/der-schonste-satz-der-klassischen-physik/">Der schönste Satz der klassischen Physik</a></li></ul>

Modellansatz

Modellansatz 203

Gudrun war im Dezember 2018 wieder zu Gast an der FU in Berlin. Schon zum dritten Mal ist Mechthild Koreuber ihre Gesprächspartnerin für den Podcast Modellansatz. Der Anlass des Gespräches war, dass im November 2018 unter dem Schlagwort Noethember die Mathematikerin Emmy Noether in den Fokus gerückt wurde. Auf unterschiedlichen Plattformen und in vielseitigen Formaten wurden die einzelnen Tage eines ganzen Monats der Darstellung ihres Lebens und Werks gewidmet. Für jeden Tag gab es Vorschläge für einzelne Stationen und Aspekte ihres Lebens, die in unterschiedlicher Art und Weise aufgenommen und dargestellt wurden. Unser Episodenbild entstand auch im Rahmen dieser Aktion und wurde uns von Constanza Rojas-Molina zur Verfügung gestellt. Unser Podcast hat im Dezember etwas verspätet auch zum Noethember beigetragen. Die Veröffentlichung des zweiten der beiden aufgezeichneten Emmy-Noether-Gespräche hat nun einige Monate Abstand zum November 2018. Das hat einen guten Grund: im Gespräch geht es neben der Person Emmy Noether auch um die Idee einer Konferenz aus Anlass des 100. Jahrestages ihrer Habilitation. Die Details der Konferenz waren im Gespräch noch etwas vage, aber die im Dezember gemachten Pläne werden Anfang Juni in Berlin tatsächlich Realität. Für diesen Teil des Gespräches stieß Rupert Klein dazu. Gudrun hatte sich im Rahmen des Noethember an Mechthild Koreuber gewandt, weil diese ein Buch über Emmy Noether und ihre Schule geschrieben hat, das 2015 im Springer Verlag erschienen ist. Schon beim ersten Gespräch zu Gender und Mathematik entstand der Plan, später eine Folge zu der Seite von Emmy Noether zu führen, die im Buch dargestellt wird. Nun gab es dafür zwei konkrete Anlässe, den Plan zu realisieren. Was hat Mechthild so sehr an der Person Noethers fasziniert, dass sie sich viele Jahre mit der Person und der daraus entstandenen Schule beschäftigt hat neben ihren anderen beruflichen Aufgaben? Dabei hatte sie erst sehr spät im Mathematikstudium den Namen Emmy Noether zum ersten mal gehört. Schon damals faszinierte sie der Widerspruch zwischen der Leistung der Pionierin und ihrer Anziehungskraft auf den mathematischen Nachwuchs zur eigenen prekären Stellung im Wissenschaftsbetrieb und ihrer Außenseiterrolle als Frau. Sie wollte ergründen, woher das starkes Streben nach Wissen und dem Verbleiben in der Mathematik unter schwierigsten Bedingungen kam. Der sehr berühmte und gestandene Kollege Hermann Weyl sagte selbst "Sie war mir intellektuell überlegen". Am Beispiel Emmy Noethers schärft sich die Frage danach: was ist mathematische Produktivität, unter welchen Rahmenbedingungen kann sie entstehen, unterschiedliche Felder verbinden und ganz neue Theorierahmen für Mathematik entwickeln. Warum ist gerade Emmy Noether das gelungen? Im Umfeld von Noether gibt es weitere sehr interessante Frauen, die heute größtenteils fast vergessen sind wie Marie-Louise Dubreil-Jacotin, die erste französische Mathematikprofessorin. (...)

Emmy Noether

Gudrun traf sich zum Gespräch mit <a href="http://www.math.kit.edu/iana2/~duerrschnabel/">Janina Gärtner</a>. Sie hat an der <a href="https://www.kit.edu/">KIT</a>-Fakultät <a href="http://www.math.kit.edu/">Mathematik</a> gerade ihre Promotion mit dem Titel "Continuation and <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Bifurkation_(Mathematik)">Bifurcation</a> of <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Frequenzkamm">Frequency Combs</a> Modeled by the <a href="https://en.wikipedia.org/wiki/Lugiato-Lefever_equation">Lugiato-Lefever Equation</a>" abgeschlossen. Die Arbeit war Teil der Forschung im <a href="https://www.waves.kit.edu/deutsch/index.php">SFB 1173: Wellenphänomene</a> und ist interdisziplinär zwischen Mathematik und Elektrotechnik entstanden. Im Zentrum stehen <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Frequenzkamm">Frequenzkämme</a>, die Janina theoretisch und praktisch betrachtete. Einerseits geht es um analytische Untersuchungen zur Existenz und <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Differenzierbarkeit">Regularität</a> von bestimmten Lösungen der zugehörigen Gleichung. Andererseits werden numerisch bestimmte Fälle gelöst, für die sich die Arbeitsgruppe in der E-Technik besonders interessiert. Frequenzkämme sind optische Signale, die aus vielen Frequenzen bestehen und mehrere Oktaven überspannen können. Sie entstehen beispielsweise indem <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Monochromatisches_Licht">monochromatisches Laserlicht</a> in einen <a href="https://en.wikipedia.org/wiki/Optical_ring_resonators">Ringresonator</a> eingekoppelt wird und die resonanten Moden des Ringresonators angeregt werden. Durch Mischung und aufgrund des nichtlinearen <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Kerr-Effekt">Kerr-Effekts</a> des Resonatormaterials werden Frequenzkämme mit unterschiedlichen Eigenschaften erzeugt. Die mathematische Beschreibung des elektrischen Feldes innerhalb des Ringresonators erfolgt durch die <a href="https://en.wikipedia.org/wiki/Lugiato-Lefever_equation">Lugiato-Lefever Gleichung</a>. Von besonderem Interesse sind dabei sog. <a href="https://en.wikipedia.org/wiki/Kerr_frequency_comb">Solitonen-Kerrkämme</a> („Soliton Kerr Combs“ oder auch „Dissipative Kerr-Soliton Combs“), die aus im Resonator umlaufenden zeitlich und räumlich stark lokalisierten Solitonen-Impulsen entstehen. Solitonen-Kerrkämme zeichnen sich durch eine hohe Zahl an Kammlinien und damit eine große optische Bandbreite, durch geringes <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Phasenrauschen">Phasenrauschen</a> und durch eine hohe Robustheit aus. Ausgangspunkt von Janinas Untersuchungen ist der <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Existenz#Mathematik/Logik">Existenzbeweis</a> von Soliton-artigen Frequenzkämmen für den Fall, dass die <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Dispersion_(Physik)">Dispersion</a> positiv ist. Anschließend können die Parameterbereiche angegeben werden, für die das praktisch auftritt. Mathematisch ist der erste Trick, dass man sich auf zeitlich konstante (stationäre) Lösungen beschränkt. Da örtlich nur eine Variable betrachtet wird, wird aus der <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Partielle_Differentialgleichung">partiellen</a> eine <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Gewöhnliche_Differentialgleichung">gewöhnliche Differentialgleichung</a>. Für diese Gleichung betrachtet Janina zunächst einen sehr einfachen Fall (sogenannte homokline Triviallösungen): Lösungen, die gegen eine Konstante streben. Die Gleichung wird dafür zunächst ohne Dämpfungs- und ohne Anregungsterme betrachtet. Es zeigt sich, dass die einzigen homoklinen Lösungen rein imaginär sind. Anschließend wird zuerst die Anregung hinzugenommen und mit Aussagen zu Eindeutigkeit und <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Bifurkation_(Mathematik)">Verzweigungen</a> können die Lösungen hier <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Fortsetzung_(Mathematik)">fortgesetzt</a> werden. Selbst nach Hinzunahme der Dämpfung funktionieren noch Fortsetzungsargumente in einer gewissen Umgebung. Das passt aber gut zu der Idee, dass man die Verzweigungsstellen finden möchte. Mit Hilfe der <a href="http://www.staff.uni-oldenburg.de/hannes.uecker/pde2path/">Software pde2path</a> können analytisch alle Verzweigungspunkte bestimmt werden. Anschließend werden anhand von konkreten Beispielen alle primären Verzweigungen vom Ast der Triviallösungen bestimmt. Dies führt zu einer Karte von Lösungen und Stabilitätseigenschaften in der Phasen-Ebene, die sehr gut mit vereinfachten Stabilitätskriterien für nichtperiodische Lösungen übereinstimmt. Daraus werden <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Heuristik">Heuristiken</a> zum Auffinden der im Zeitbereich am stärksten lokalisierten Frequenzkämme abgeleitet. Janina hat ein <a href="http://www.math.kit.edu/lehre/seite/lehramt/de">Lehramtsstudium Mathematik/Physik am KIT</a> absolviert. Als sie sich für ihre Zulassungsarbeit mit einem mathematischen Thema auseinandergesetzt hat, bekam sie Lust, die mathematische Seite ihrer Ausbildung zum <a href="http://www.math.kit.edu/lehre/seite/ma-math/de">Master Mathematik</a> zu vervollständigen. Anschließend hat sie eine Promotionsstelle in der KIT-Fakultät für Mathematik angenommen, wo sie auch im <a href="http://www.math.kit.edu/didaktik/seite/schuelerlabor/">Schülerlabor Mathematik</a> tätig war. Mit der <a href="https://www.waves.kit.edu/deutsch/index.php">Gründung des SFB</a> hat sie sich schließlich ganz auf das besprochene Forschungsthema konzentriert. <h2>Literatur und weiterführende Informationen</h2> <ul><li> <a href="https://www.nature.com/articles/nphoton.2013.343">Herr, T. et al. Temporal solitons in optical microresonators</a>. Nat. Photon. 8, 145–152, 2014.</li><li> <a href="https://www.springer.com/de/book/9783540782162">N. Akhmediev &amp; A. Ankiewicz: Dissipative Solitons: From Optics to Biology and Medicine</a>, Springer, 2008.</li><li> <a href="https://arxiv.org/pdf/1610.01484.pdf">Marin-Palomo, Pablo, et al.: Microresonator-based solitons for massively parallel coherent optical communications</a>, Nature 546.7657: 274, 2017.</li><li> <a href="https://arxiv.org/pdf/1707.05969.pdf">Trocha, Philipp, et al. :Ultrafast optical ranging using microresonator soliton frequency combs</a>, Science 359.6378: 887-891, 2018.</li></ul> <h2>Podcasts</h2> <ul><li> <a href="http://modellansatz.de/lehramtsausbildung">A. Kirsch, G. Thäter: Lehramtsausbildung</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 104, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2016.</li><li> <a href="http://modellansatz.de/schuelerlabor">E. Dittrich, G. Thäter: Schülerlabor</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 103, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2016.</li><li> <a href="https://resonator-podcast.de/2015/res059-schuelerlabore/">K. Sobotta, H. Klein: Schülerlabore</a>, Resonator-Podcast, Folge 59, Holger Klein/Helmholtz-Gemeinschaft, 2015.</li></ul>

Modellansatz 202

Gudrun traf sich zum Gespräch mit Janina Gärtner. Sie hat an der KIT-Fakultät Mathematik gerade ihre Promotion mit dem Titel "Continuation and Bifurcation of Frequency Combs Modeled by the Lugiato-Lefever Equation" abgeschlossen. Die Arbeit war Teil der Forschung im SFB 1173: Wellenphänomene und ist interdisziplinär zwischen Mathematik und Elektrotechnik entstanden. Im Zentrum stehen Frequenzkämme, die Janina theoretisch und praktisch betrachtete. Einerseits geht es um analytische Untersuchungen zur Existenz und Regularität von bestimmten Lösungen der zugehörigen Gleichung. Andererseits werden numerisch bestimmte Fälle gelöst, für die sich die Arbeitsgruppe in der E-Technik besonders interessiert. Frequenzkämme sind optische Signale, die aus vielen Frequenzen bestehen und mehrere Oktaven überspannen können. Sie entstehen beispielsweise indem monochromatisches Laserlicht in einen Ringresonator eingekoppelt wird und die resonanten Moden des Ringresonators angeregt werden. Durch Mischung und aufgrund des nichtlinearen Kerr-Effekts des Resonatormaterials werden Frequenzkämme mit unterschiedlichen Eigenschaften erzeugt. Die mathematische Beschreibung des elektrischen Feldes innerhalb des Ringresonators erfolgt durch die Lugiato-Lefever Gleichung. Von besonderem Interesse sind dabei sog. Solitonen-Kerrkämme („Soliton Kerr Combs“ oder auch „Dissipative Kerr-Soliton Combs“), die aus im Resonator umlaufenden zeitlich und räumlich stark lokalisierten Solitonen-Impulsen entstehen. Solitonen-Kerrkämme zeichnen sich durch eine hohe Zahl an Kammlinien und damit eine große optische Bandbreite, durch geringes Phasenrauschen und durch eine hohe Robustheit aus. Ausgangspunkt von Janinas Untersuchungen ist der Existenzbeweis von Soliton-artigen Frequenzkämmen für den Fall, dass die Dispersion positiv ist. Anschließend können die Parameterbereiche angegeben werden, für die das praktisch auftritt. Mathematisch ist der erste Trick, dass man sich auf zeitlich konstante (stationäre) Lösungen beschränkt. Da örtlich nur eine Variable betrachtet wird, wird aus der partiellen eine gewöhnliche Differentialgleichung. Für diese Gleichung betrachtet Janina zunächst einen sehr einfachen Fall (sogenannte homokline Triviallösungen): Lösungen, die gegen eine Konstante streben. Die Gleichung wird dafür zunächst ohne Dämpfungs- und ohne Anregungsterme betrachtet. Es zeigt sich, dass die einzigen homoklinen Lösungen rein imaginär sind. Anschließend wird zuerst die Anregung hinzugenommen und mit Aussagen zu Eindeutigkeit und Verzweigungen können die Lösungen hier fortgesetzt werden. Selbst nach Hinzunahme der Dämpfung funktionieren noch Fortsetzungsargumente in einer gewissen Umgebung. Das passt aber gut zu der Idee, dass man die Verzweigungsstellen finden möchte.  Mit Hilfe der Software pde2path können analytisch alle Verzweigungspunkte bestimmt werden. Anschließend werden anhand von konkreten Beispielen alle primären Verzweigungen vom Ast der Triviallösungen (...)

Frequenzkämme

Gudrun sprach im Janur 2019 mit <a href="https://www.dkfz.de/en/medphys/optimization_algorithms/optimization_algorithms.html">Mark Bangert</a> vom <a href="https://www.dkfz.de/de/index.html">Deutschen Krebsforschungszentrum</a> in Heidelberg. Er arbeitet dort seit vielen Jahren als Physiker in der medizinischen Physik. Sein Thema ist die Optimierung von <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Strahlentherapie">Bestrahlungstherapien</a>. Der Punkt, an dem sich die Arbeit von Mark und Gudrun seit Ende 2018 berühren, ist eine Masterarbeit von Alina Sage in der Bestrahlungsplanung. Ein Gespräch mit ihr werden wir ebenfalls bald veröffentlichen. Es gibt viele und unterschiedliche Betätigungsfelder für Physiker in der medizinischen Physik, unter anderem in der Strahlentherapie oder Radiologie (<a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Computertomographie">CT</a>- und <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetresonanztomographie">MRI-Bildgebung</a>). Marks Hauptaufgabe ist die Simulation und Optimierung von <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Strahlendosis">Strahlungsdosen</a> die <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Tumor">Tumor</a>-Kranke appliziert bekommen, um die Nebenwirkungen zu minimieren und die Wirkung zu maximieren. Die Modelle hierfür haben eine geometrische Basis und berücksichtigen den Strahlungstransport. Hier geht es um die Abschwächung und Auffächerung in Interaktion mit Haut und inneren Organen. Die Therapie an und für sich ist schon stark digitalisiert. Jede Krebstherapie startet mit einem CT-Bild. Basierend darauf wird ein digitales Patientenmodel entwickelt und segmentiert, um den Tumor abzugrenzen. Das Abgrenzen des Tumors leisten hauptsächlich die Mediziner, Methoden der automatischen Bilderkennung halten hier nur sehr langsam Einzug. Anschließend wird entschieden: Wo soll bestrahlt werden und wo soll möglichst viel Energie absorbiert werden - gleichzeitg aber auch: Wo muss man vorsichtig sein (z.B. Herz, Speiseröhre, Niere, Rektum usw.). Anschließend wird dann simuliert, wie Strahlung auf das digitale Modell des Patienten wirkt. Man kann die Dosis und die zeitliche, räumliche Verteilung der Strahlung variieren und optimieren. Das führt auf eine patientenspezifische Optimierung der Dosis-Gabe, die nur für häufig auftretende Tumore gut standardisierbar und automatisierbar ist. Zeitlich hat sich bewährt, dass die Strahlung über 30 Tage in 6 Wochen verteilt verabreicht wird, da sich gesundes Gewebe so besser von der Strahlungsbelastung erholen kann. Aber viele Probleme bleiben offen: Unter anderem können Patienten nicht ganz still halten, sondern müssen beispielsweise atmen. Deshalb bewegt sich der Tumor während der Bestrahlung. Der momentane Ausweg ist, dass man ein größeres Volumen rings um den Tumor markiert. Eine bessere Variante wäre, wenn die Strahlung nur eingeschaltet ist, sobald der Tumor im optimalen Fenster ist oder wenn der Strahl der Tumorbewegung folgt. Dadurch würden die Nebenwirkungen stark verringert. An solchen Fragen forscht Marks Gruppe bevor nach ausführlichen Qualitätssicherungsmaßnahmen derartige Neuerungen zur Standardbehandlung werden. Bestrahlungshard- und Software werden zusammen entwickelt und mit vorhandener Bildgebung integriert. Auch diese Tools müssen verbessert werden, um immer genauer zu werden. Der kranke Mensch ändert sich über den langen Behandlungszeitraum von bis zu 6 Wochen oft sehr stark und der Tumor erst recht. Es wäre also denkbar, den Bestrahlungsplan wöchentlich oder sogar täglich zu aktualisieren. Mark hat in Heidelberg Physik studiert und promoviert und leitet eine Nachwuchsgruppe. <img class="imgcenter" src="https://github.com/becker89/ESTRO2018/raw/master/prostate_1frac.gif" alt="N. Wahl, P. Hennig, H.-P. Wieser, M. Bangert: Smooth animations of the probabilistic analog to worst case dose distribution" title="N. Wahl, P. Hennig, H.-P. Wieser, M. Bangert: Smooth animations of the probabilistic analog to worst case dose distribution" /> N. Wahl, P. Hennig, H.-P. Wieser, M. Bangert: Smooth animations of the probabilistic analog to worst case dose distribution, <a href="https://github.com/becker89/ESTRO2018">https://github.com/becker89/ESTRO2018</a> <h2>Literatur und weiterführende Informationen</h2> <ul><li> <a href="https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-662-54801-1">M. Bangert, P. Ziegenhain: Bestrahlungsplanung</a> In: W. Schlegel e.a. (eds.): Medizinische Physik, Springer 2018.</li><li> <a href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29556480">H. Gabrys e.a.: Design and selection of machine learning methods using radiomics and dosiomics for NTCP modeling of xerostomia</a>, Frontiers in Oncology, Mar 5;8:35, 2018. doi: 10.3389/fonc.2018.00035. </li><li> <a href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29370987">J. Unkelbach e.a.: Optimization of combined proton–photon treatments</a>, Radiotherapy and Oncology, 128(1):133-138, 2018. doi: 10.1016/j.radonc.2017.12.031.</li></ul> <h2>Podcasts</h2> <ul><li> <a href="http://modellansatz.de/systembiologie">L. Adlung, G. Thäter, S. Ritterbusch: Systembiologie</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 39, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2016. </li><li> <a href="https://resonator-podcast.de/2013/res015-dkfz-forscher-christof-von-kalle/">Resonator-Podcast 015: DKFZ-Forscher Christof von Kalle</a>, Resonator-Podcast von Holger Klein/Helmholtz-Gemeinschaft, 2013.</li><li> <a href="https://resonator-podcast.de/2013/res014-das-dkfz-in-heidelberg/">Resonator-Podcast 014: Das DKFZ in Heidelberg</a>, Resonator-Podcast von Holger Klein/Helmholtz-Gemeinschaft, 2013.</li><li> <a href="https://resonator-podcast.de/2015/res069-krebsmythen/">Resonator-Podcast 069: Krebsmythen</a>, Resonator-Podcast von Holger Klein/Helmholtz-Gemeinschaft, 2015.</li></ul>

Modellansatz 201

Gudrun sprach im Janur 2019 mit Mark Bangert vom Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg. Er arbeitet dort seit vielen Jahren als Physiker in der medizinischen Physik. Sein Thema ist die Optimierung von Bestrahlungstherapien. Der Punkt, an dem sich die Arbeit von Mark und Gudrun seit Ende 2018 berühren, ist eine Masterarbeit von Alina Sage in der Bestrahlungsplanung. Ein Gespräch mit ihr werden wir ebenfalls bald veröffentlichen. Es gibt viele und unterschiedliche Betätigungsfelder für Physiker in der medizinischen Physik, unter anderem in der Strahlentherapie oder Radiologie (CT- und MRI-Bildgebung). Marks Hauptaufgabe ist die Simulation und Optimierung von Strahlungsdosen die Tumor-Kranke appliziert bekommen, um die Nebenwirkungen zu minimieren und die Wirkung zu maximieren. Die Modelle hierfür haben eine geometrische Basis und berücksichtigen den Strahlungstransport. Hier geht es um die Abschwächung und Auffächerung in Interaktion mit Haut und inneren Organen. Die Therapie an und für sich ist schon stark digitalisiert. Jede Krebstherapie startet mit einem CT-Bild. Basierend darauf wird ein digitales Patientenmodel entwickelt und segmentiert, um den Tumor abzugrenzen. Das Abgrenzen des Tumors leisten hauptsächlich die Mediziner, Methoden der automatischen Bilderkennung halten hier nur sehr langsam Einzug. Anschließend wird entschieden: Wo soll bestrahlt werden und wo soll möglichst viel Energie absorbiert werden - gleichzeitg aber auch: Wo muss man vorsichtig sein (z.B. Herz, Speiseröhre, Niere, Rektum usw.). Anschließend wird dann simuliert, wie Strahlung auf das digitale Modell des Patienten wirkt. Man kann die Dosis und die zeitliche, räumliche Verteilung der Strahlung variieren und optimieren. Das führt auf eine patientenspezifische Optimierung der Dosis-Gabe, die nur für häufig auftretende Tumore gut standardisierbar und automatisierbar ist. Zeitlich hat sich bewährt, dass die Strahlung über 30 Tage in 6 Wochen verteilt verabreicht wird, da sich gesundes Gewebe so besser von der Strahlungsbelastung erholen kann. Aber viele Probleme bleiben offen: Unter anderem können Patienten nicht ganz still halten, sondern müssen beispielsweise atmen. Deshalb bewegt sich der Tumor während der Bestrahlung. Der momentane Ausweg ist, dass man ein größeres Volumen rings um den Tumor markiert. Eine bessere Variante wäre, wenn die Strahlung nur eingeschaltet ist, sobald der Tumor im optimalen Fenster ist oder wenn der Strahl der Tumorbewegung folgt. Dadurch würden die Nebenwirkungen stark verringert. An solchen Fragen forscht Marks Gruppe bevor nach ausführlichen Qualitätssicherungsmaßnahmen derartige Neuerungen zur Standardbehandlung werden. Bestrahlungshard- und Software werden zusammen entwickelt und mit vorhandener Bildgebung integriert. Auch diese Tools müssen verbessert werden, um immer genauer zu werden. Der kranke Mensch ändert sich über den langen Behandlungszeitraum von bis zu 6 Wochen oft sehr stark und der Tumor erst recht. (...)

Bestrahlungstherapie

Gudrun ist zu Besuch an der <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/ETH_Z%C3%BCrich">ETH</a> in Zürich und spricht dort mit <a href="https://people.math.ethz.ch/~kellerla/about">Laura Keller</a>. Laura hat an der ETH Mathematik und theoretische Physik studiert und wurde dort auch promoviert. Anschließend forschte und unterrichtete sie jeweils einige Jahre in <a href="https://www.uni-muenster.de/Cells-in-Motion/de/people/all/stevens-a.php">Münster</a>, <a href="https://www.epfl.ch/">Lausanne</a> und <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Hochschule_Luzern">Luzern</a>. Heute arbeitet sie als Senior Scientist an Strömungsmodellen, wie sie in Anwendungen in der Biologie, z.B. im menschlichen Körper vorkommen. Hier gibt es ganz unterschiedliche biologische und medizinische Fragen. Bekanntlich enthält der menschliche Körper viel Wasser. Die Bewegung von Blut oder Gehirnflüssigkeit ist aber nicht wie die von Wasser, sondern u.a. durch im Fluid gelöste Zellen mitbestimmt, die mit der Flüssigkeit in unterschiedlich breiten Gefäßen transportiert werden. Auch Tumorwachstum lässt sich mit solchen Gleichungen studieren. Wenn man eine konkrete Frage im Blick hat, muss man als nächstes entscheiden, was man genau erreichen will: braucht man ein Modell, mit dem man Beobachtungen im Prinzip nachvollziehen kann oder muss es ein Modell sein, das kalibriert ist und möglichst genau experimentelle Daten abbildet und Prognosen geben kann? Im Einzelnen heißt das zu entscheiden, welche Effekte sind wichtig und werden in das Modell einbezogen? Beispielsweise kann man für eine partikelbehaftete Strömung sowohl Partikel als auch die Strömung gleichzeitig vollständig modellieren oder man homogenisiert beide zu einer Flüssigkeit mit Eigenschaften, die so ungefähr die wichtigen Eigenschaften der Mischung hat. Klassisch nimmt man hier gern <a href="https://en.wikipedia.org/wiki/Oldroyd-B_model">Oldroyd-B-Modelle</a> für Partikelströmungen, da sie sowohl ein <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Elastizit%C3%A4t_(Physik)">elastisches</a> als auch ein <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Viskosit%C3%A4t">viskoses</a> Strömungsverhalten zeigen. Sind gelöste Zellen aber solche Partikel oder nicht? Ein denkbarer Zugang, biologische in Flüssigkeit gelagerte Zellen zu untersuchen wäre es auch, mit den unterschiedlichen Dichten als Hauptinformation zu arbeiten. Es ist nicht so klar, wohin man am sinnvollsten vom Standardmodell abweicht, um die Modelle realitätsnäher zu machen. Laura kommt aus der geometrischen Analysis und macht deshalb besonders gern die Arbeiten zur prinzipiellen mathematischen Absicherung von Modellen. D.h. sie beweist in ihren Arbeiten Existenz, Eindeutigkeit und Regularität von Lösungen der sehr nichtlinearen Gleichungssysteme. Mathematisch ist es immer hilfreich, wenn man im Modell bestimmte Struktureigenschaften wie Symmetrie oder Energieminima ausnutzen kann. Ein wichtiges Thema sind für sie Strömungen ohne Gravitation. Im Experiment kann man z.B. einen horizontalen Zylinder betrachten und durch eine Drehbewegung um die Symmetrieachse die mittlere Gravitation zum verschwinden bringen. Die publikumswirksamen Anwendungen sind hier Probleme mit Muskeln und Bandscheiben im Weltall. Allerdings sind physiologische Befunde für bettlägerige Personen ähnlich wie die für Personen im Weltall, denn denen fehlt der für ihren Bewegungsapparat wichtige Wechsel zur Gravitationsrichtung über den Verlauf des Tages hinweg. Gudrun und Laura lassen den Blick über unterschiedliche Themenfelder und Aufgaben in der biologischen Mathematik für ganz verschiedene mathematische Felder schweifen und sind sich schließlich einig, dass es auf dem Gebiet für unterschiedlichste mathematische Techniken noch sehr viele spannende ungelöste Fragen gibt. Außerdem finden sie es wichtig, eine Arbeitskultur zu schaffen, in der jede/r mit Fragen willkommen ist- sowohl für die Studierenden als auch im Kollegium. <h2>Literatur und weiterführende Informationen</h2> <ul><li> <a href="https://link.springer.com/article/10.1007/s10231-016-0596-1">L.G.A. Keller: Homogenization and concentrated capacity for the heat equation with two kinds of microstructures: Uniform cases</a>. Annali di Matematica Pura ed Applicata 196(3), 791-818, 2017.</li><li> <a href="https://people.math.ethz.ch/~triviere/pdf/pub/keller-mondino-riviere-22-05-13.pdf">https://people.math.ethz.ch/~triviere/pdf/pub/keller-mondino-riviere-22-05-13.pdf</a>L. Keller e.a.:Embedded surfaces of arbitrary genus minimizing the Willmore energy under isoperimetric constraint] Arch. Ration. Mech. Anal. 212, 645-682, 2014.</li><li> <a href="https://www.springer.com/de/book/9783642051944">L.Tartar: The General Theory of Homogenization: A Personalized Introduction</a>. Springer, Heidelberg, 2009.</li></ul> <h2>Podcasts</h2> <ul><li> <a href="http://modellansatz.de/nonhomogenous-fluids">X. Liao, G. Thäter: Nonhomogenous Fluids</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 189, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2018. </li><li> <a href="http://modellansatz.de/cerebral-flow">M. E. Rognes, G. Thäter: Cerebral Fluid Flow</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 134, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2017.</li><li> <a href="http://modellansatz.de/homogenization">A. Khrabustovskyi, G. Thäter: Homogenization</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 116, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2016. </li></ul>

Modellansatz 200

Gudrun ist zu Besuch an der ETH in Zürich und spricht dort mit Laura Keller. Laura hat an der ETH Mathematik und theoretische Physik studiert und wurde dort auch promoviert. Anschließend forschte und unterrichtete sie jeweils einige Jahre in Münster, Lausanne und Luzern. Heute arbeitet sie als Senior Scientist an Strömungsmodellen, wie sie in Anwendungen in der Biologie, z.B. im menschlichen Körper vorkommen. Hier gibt es ganz unterschiedliche biologische und medizinische Fragen. Bekanntlich enthält der menschliche Körper viel Wasser. Die Bewegung von Blut oder Gehirnflüssigkeit ist aber nicht wie die von Wasser, sondern u.a. durch im Fluid gelöste Zellen mitbestimmt, die mit der Flüssigkeit in unterschiedlich breiten Gefäßen transportiert werden. Auch Tumorwachstum lässt sich mit solchen Gleichungen studieren. Wenn man eine konkrete Frage im Blick hat, muss man als nächstes entscheiden, was man genau erreichen will: braucht man ein Modell, mit dem man Beobachtungen im Prinzip nachvollziehen kann oder muss es ein Modell sein, das kalibriert ist und möglichst genau experimentelle Daten abbildet und Prognosen geben kann? Im Einzelnen heißt das zu entscheiden, welche Effekte sind wichtig und werden in das Modell einbezogen? Beispielsweise kann man für eine partikelbehaftete Strömung sowohl Partikel als auch die Strömung gleichzeitig vollständig modellieren oder man homogenisiert beide zu einer Flüssigkeit mit Eigenschaften, die so ungefähr die wichtigen Eigenschaften der Mischung hat. Klassisch nimmt man hier gern Oldroyd-B-Modelle für Partikelströmungen, da sie sowohl ein elastisches als auch ein viskoses Strömungsverhalten zeigen. Sind gelöste Zellen aber solche Partikel oder nicht? Ein denkbarer Zugang, biologische in Flüssigkeit gelagerte Zellen zu untersuchen wäre es auch, mit den unterschiedlichen Dichten als Hauptinformation zu arbeiten. Es ist nicht so klar, wohin man am sinnvollsten vom Standardmodell abweicht, um die Modelle realitätsnäher zu machen. Laura kommt aus der geometrischen Analysis und macht deshalb besonders gern die Arbeiten zur prinzipiellen mathematischen Absicherung von Modellen. D.h. sie beweist in ihren Arbeiten Existenz, Eindeutigkeit und Regularität von Lösungen der sehr nichtlinearen Gleichungssysteme. Mathematisch ist es immer hilfreich, wenn man im Modell bestimmte Struktureigenschaften wie Symmetrie oder Energieminima ausnutzen kann. Ein wichtiges Thema sind für sie Strömungen ohne Gravitation. Im Experiment kann man z.B. einen horizontalen Zylinder betrachten und durch eine Drehbewegung um die Symmetrieachse die mittlere Gravitation zum verschwinden bringen. Die publikumswirksamen Anwendungen sind hier Probleme mit Muskeln und Bandscheiben im Weltall. Allerdings sind physiologische Befunde für bettlägerige Personen ähnlich wie die für Personen im Weltall, denn denen fehlt der für ihren Bewegungsapparat wichtige Wechsel zur Gravitationsrichtung über den Verlauf des Tages hinweg. (...)

Gravitationslose Strömung

Gudrun traf sich im Februar 2019 mit <a href="https://www.imk-asf.kit.edu/mitarbeiter_1572.php">Jennifer Schröter</a> und <a href="https://www.imk-asf.kit.edu/mitarbeiter_3169.php">Christian Scharun</a> vom <a href="https://www.imk-asf.kit.edu/index.php">Institut für Meteorologie und Klimaforschung - Atmosphärische Spurengase und Fernerkundung</a> zum Gespräch. Christian, Sebastian und Gudrun waren auf dem ersten Treffen des <a href="https://www.mathsee.kit.edu/index.php">MATHSEE</a>-Methodenbereichs Mathematische Modellbildung, Differentialgleichungen, Numerik, Simulation ins Gespräch gekommen und hatten ein baldiges Podcastgespräch verabredet. Christian holte noch seine Kollegin Jennifer ins Boot und im Februar 2019 saßen die drei (ohne Sebastian) in Gudruns Büro, um sich über die Weiterentwicklung von Klimamodellen zu unterhalten. Das <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Wetter">Wetter</a> und das <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Klima">Klima</a> werden durch Vorgänge in der <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Erdatmosphäre">Erdatmosphäre</a> in der Kopplung mit Wärme- und Wassertransport in den Ozeanen bestimmt. Auch der Mensch hat darauf einen Einfluss. Zum ersten Mal wurde das wahrscheinlich durch die Entstehung des Ozon-Loches ins breite Bewußtsein geholt. Im Projekt, für das Christian arbeitet, geht es u.a. darum, mit einem Computermodell nachzubilden, inwieweit austretendes <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Methan">Methan</a> (ein Spurengas, das z.B. an Erdgas-Bohrlöchern auftritt) einen Einfluss auf die Entwicklung des Klimas nehmen kann. Grundlage hierfür sind sehr genaue Messungen und die Weiterentwicklung des Computermodells. Im Modell werden Strömungs-, Strahlungs- und chemische Prozesse berücksichtigt. Es wird in enger Zusammenarbeit mit dem <a href="https://www.dwd.de/DE/Home/home_node.html">Deutschen Wetterdienst</a> (DWD), dem <a href="https://www.mpimet.mpg.de/startseite.html">Max-Planck-Institut für Meteorologie Hamburg</a> (MPI-M) und dem <a href="https://www.dkrz.de">Deutschen Klimarechenzentrum (DKRZ)</a> entwickelt. Das Modell wird zur täglichen Wettervorhersage wie auch Klimaprognosen verwendet. Die Gruppe Globale Modellierung <a href="https://www.imk-asf.kit.edu/mod.php">MOD</a> des IMK-ASF fügt ein Modul zur Simulation der atmosphärischen Chemie vom Boden bis in die mittlere Atmosphäre hinzu. Das Thema ist in sich fächerübergreifend, weil physikalische und chemische Prozesse verstanden werden müssen und auf den modernsten Großcomputern simuliert werden. Christian hat sein Lehramtsstudium mit dem ersten Staatsexamen für die Fächer Geographie und Mathematik abgeschlossen. Jennifer ist promovierte Physikerin und seit einigen Jahren Hauptenwicklerin für chemische Prozesse in <a href="https://www.imk-tro.kit.edu/5925.php">ICON-ART</a>. Als ein wichtiges Produkt der Arbeit der Gruppe sieht sie auch an, Daten, die bei der Berechnung entstehen, der Öffentlichkeit in einer nutzbaren Art zur Verfügung zu stellen. In den Punkten der Modellentwicklung, Performanceverbesserung und Bereitstellung von Forschungsdaten arbeitet sie mit dem Rechenzentrum des KITs, dem <a href="https://www.scc.kit.edu/index.php">Steinbuch Center for Computing</a> eng zusammen. <h2>Literatur und weiterführende Informationen</h2> <ul><li> <a href="https://publikationen.bibliothek.kit.edu/1000086297">J. Schröter et al.: ICON-ART 2.1: a flexible tracer framework and its application for composition studies in numerical weather forecasting and climate simulations</a>, Geoscientific model development 11, 4043–4068, 2018.</li><li> <a href="https://www.digitalearth-hgf.de/">Helmholtz-Projekt Digital Earth</a></li></ul> <h2>Podcasts</h2> <ul><li> <a href="http://modellansatz.de/ensemblevorhersagen">S. Hemri, G. Thäter: Ensemblevorhersagen</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 96, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2016. </li><li> <a href="http://modellansatz.de/lokale-turbulenzen">N. Vercauteren, S. Ritterbusch: Lokale Turbulenzen</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 144, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2017.</li><li> <a href="http://omegataupodcast.net/37-meteorologie/">M. Wendisch, M. Voelter: Meteorologie</a>, omegatau Podcast von Markus Voelter, Nora Ludewig, Episode 037, 2010.</li><li> <a href="https://raumzeit-podcast.de/2011/04/21/rz013-die-atmosphaere/">B. Weinzierl, T. Pritlove: Die Atmosphäre</a>, Raumzeit Podcast, Metaebene Personal Media, 2011.</li></ul>

Modellansatz 199

Gudrun traf sich im Februar 2019 mit Jennifer Schröter und Christian Scharun vom Institut für Meteorologie und Klimaforschung - Atmosphärische Spurengase und Fernerkundung zum Gespräch. Christian, Sebastian und Gudrun waren auf dem ersten Treffen des MATHSEE-Methodenbereichs Mathematische Modellbildung, Differentialgleichungen, Numerik, Simulation ins Gespräch gekommen und hatten ein baldiges Podcastgespräch verabredet. Christian holte noch seine Kollegin Jennifer ins Boot und im Februar 2019 saßen die drei (ohne Sebastian) in Gudruns Büro, um sich über die Weiterentwicklung von Klimamodellen zu unterhalten. Das Wetter und das Klima werden durch Vorgänge in der Erdatmosphäre in der Kopplung mit Wärme- und Wassertransport in den Ozeanen bestimmt. Auch der Mensch hat darauf einen Einfluss. Zum ersten Mal wurde das wahrscheinlich durch die Entstehung des Ozon-Loches ins breite Bewußtsein geholt. Im Projekt, für das Christian arbeitet, geht es u.a. darum, mit einem Computermodell nachzubilden, inwieweit austretendes Methan (ein Spurengas, das z.B. an Erdgas-Bohrlöchern auftritt) einen Einfluss auf die Entwicklung des Klimas nehmen kann. Grundlage hierfür sind sehr genaue Messungen und die Weiterentwicklung des Computermodells. Im Modell werden Strömungs-, Strahlungs- und chemische Prozesse berücksichtigt. Es wird in enger Zusammenarbeit mit dem Deutschen Wetterdienst (DWD), dem Max-Planck-Institut für Meteorologie Hamburg (MPI-M) und dem Deutschen Klimarechenzentrum (DKRZ) entwickelt. Das Modell wird zur täglichen Wettervorhersage wie auch Klimaprognosen verwendet. Die Gruppe Globale Modellierung MOD des IMK-ASF fügt ein Modul zur Simulation der atmosphärischen Chemie vom Boden bis in die mittlere Atmosphäre hinzu. Das Thema ist in sich fächerübergreifend, weil physikalische und chemische Prozesse verstanden werden müssen und auf den modernsten Großcomputern simuliert werden. Christian hat sein Lehramtsstudium mit dem ersten Staatsexamen für die Fächer Geographie und Mathematik abgeschlossen. Jennifer ist promovierte Physikerin und seit einigen Jahren Hauptenwicklerin für chemische Prozesse in ICON-ART. Als ein wichtiges Produkt der Arbeit der Gruppe sieht sie auch an, Daten, die bei der Berechnung entstehen, der Öffentlichkeit in einer nutzbaren Art zur Verfügung zu stellen. In den Punkten der Modellentwicklung, Performanceverbesserung und Bereitstellung von Forschungsdaten arbeitet sie mit dem Rechenzentrum des KITs, dem Steinbuch Center for Computing eng zusammen.

Methan

Gudrun unterhält sich in dieser Episode mit <a href="https://fbta.ieb.kit.edu/mitarbeiter_59.php">Marcel Schweiker</a>. Marcel arbeitet in der <a href="http://www.arch.kit.edu/">KIT-Fakultät für Architektur</a> im <a href="https://fbta.ieb.kit.edu/index.php">Fachgebiet Bauphysik &amp; Technischer Ausbau</a>. Die Gruppe schlägt in ihren Themen Brücken zum Bauingenieurwesen, dem Maschinenbau und der Psychologie. Sie interessieren sich für Lösungen im Neubau und Bestand, die langfristig hohen Nutzungskomfort mit niedriger Umwelt- und Ressourcenbelastung verbinden. Marcel hat Architektur in Kassel studiert und sich dabei mehr und mehr für die Rolle des Menschen im umbauten Raum interessiert. Deshalb hat er das Architekturstudium durch ein Ergänzungsstudium Technik-, Wirkungs- und Innovationsmanagement abgerundet. Parallel hat er noch ein Zusatzstudium Energie und Umwelt absolviert und ist zertifizierter Gebäudeenergieberater. Im Anschluss hat er sich für eine Promotion in Japan entschieden. An der <a href="https://www.tcu.ac.jp/english/">Tokyo City University</a> (Laboratory for Built Environmental Research) wurde er 2010 in Umweltinformationswissenschaften promoviert. Seitdem ist er am KIT tätig und hat sich inzwischen auch hier habilitiert. Ein schönes Anschauungsobjekt für die Themen des Gespräches ist das 2015 bezogene <a href="https://www.kit.edu/downloads/pi/KIT_PI_2015_099_Neues_Kollegiengebaeude_Mathematik_am_KIT_eroeffnet(2).pdf">Kollegiengebäude Mathematik</a>. Der erste Sommer im Haus begann nämlich schon mit dem Einzug im April 2015. Damals hatte man sich erhofft, mit den nötigen Beschattungsmaßnahmen für das Atrium noch etwas Zeit zu haben und das Gebäude bezogen, obwohl die Technik noch nicht funktionierte. In mehreren Schritten sind inzwischen die geplanten Maßnahmen für die Lüftung und Beschattung des Gebäudes im Wesentlichen in Betrieb gegangen und zeigen sich als durchaus geeignet, einen Komfort auch im Sommer zu ermöglichen. Trotzdem hat an dem sehr sonnigen Februartag des Gespräches, die niedrig stehende Sonne das Büro sehr aufgeheizt. Im Sommer sorgt die Regelung der Außenbeschattung rechtzeitig für Verdunklung - im Winter hätte Gudrun selbst vor der Mittagspause für Beschattung sorgen müssen, um das zu vermeiden. Schon sind Marcel und Gudrun mitten im Gespräch über das für und wider von Kontrolle durch zentrale Modelle oder durch die Personen im Raum. Ein Forschungsergebnis ist dass, die empfundene Kontrolle sich auf das thermische Empfinden der Personen auswirkt. Ob man ein Fenster prinzipiell öffnen kann oder nicht hat Einfluss auf thermische Zufriedenheit. Solche Experimente werden z.B. im Raumklimateststand <a href="http://lobster-fbta.de/">LOBSTER</a> der Arbeitsgruppe durchgeführt. Dort werden experimentelle Studien durchgeführt, während derer die Studienteilnehmer*innen unter unterschiedlichen Temperatur- und Lichtbedingungen arbeiten. Es werden dabei auch physiologische Reaktionen des Körpers gemessen. Der Teststand hat eine etwa 10mx10m große Grundfläche und enthält zwei Büroräume. Es ist eine Temperaturregelung über alle Wände (inkl. Decke und Boden) möglich. So ist es auch möglich, Bedingungen außerhalb der Norm zu untersuchen. Man weiß, dass sich der menschliche Körper an warme Temperaturen anpassen kann. Überhaupt ist die Wahrnehmung der Temperatur relativ und nicht absolut. Meist unbemerkt wird die Körperkerntemperatur durch Veränderung des Blutflusses vom Körperkern zur Peripherie des Körpers konstant gehalten. Zusammen mit Physiologen und Psychologen hat Marcel eine Metastudie abgeschlossen, welche Einflussgrößen zu individuellen Unterschieden in der Temperaturwahrnehmung führen. Ein Aspekt war hierbei auch, inwieweit sich das Wärmeempfinden von Frauen und Männern unterscheidet. Frauen tendieren zwar dazu sich etwas kühler zu fühlen, aber in einem Bereich von etwa 75% zeigen Frauen und Männern keinen großen Unterschied. Die Untersuchungen der Arbeitsgruppe können helfen, auch ohne aktive Kühlung Gebäude thermisch komfortabel zu gestalten. Auch für die Zukunft, wenn die Temperaturen in Deutschland weiter steigen werden. Prinzipiell sind Großraumbüros zwar schwierig für alle Nutzer gleichzeitig komfortabel thermisch zu beherrschen, gleichzeitig wird untersucht, inwieweit neueste Technik es ermöglicht eine lokale Steuerung der Temperaturen über die Stühle oder Luftauslässe am Schreibtisch zu realisieren, um den individuellen Bedürfnissen von Personen gerecht zu werden. In den Modellen, die Marcel und seine Kolleginnen benutzen, werden Gleichungen für Blutfluss vom Körperkern zur Peripherie benutzt. Außerdem wird sowohl die Strahlungswärme als auch die Konvektion vom Körper betrachtet. Sie werden in Computerprogrammen gelöst, die typischerweise auch Rückwirkungsschleifen enthalten. Zusätzlich braucht es statistische Modelle, die helfen, die experimentellen Daten zu ordnen und zu interpretieren. In naher Zukunft soll auch die Kopplung von thermischen, akustischen und visuellen Anteilen an der Gesamtzufriedenheit gleichzeitig betrachtet werden können. <h2>Literatur und weiterführende Informationen</h2> <ul><li> <a href="https://publikationen.bibliothek.kit.edu/1000087420">M. Schweiker e.a.: Drivers of diversity in human thermal perception – A review for holistic comfort models</a> Temperature, 1–35, 2018. doi:10.1080/23328940.2018.1534490 </li><li> <a href="https://publikationen.bibliothek.kit.edu/1000070545">M. Schweiker e.a.: comf: Functions for Thermal Comfort Research</a> Programme, 2017.</li><li> <a href="https://publikationen.bibliothek.kit.edu/1000056713">M. Schweiker &amp; A. Wagner: The effect of occupancy on perceived control, neutral temperature, and behavioral patterns</a> Energy and buildings 117, 246-259, 2016. doi: 10.1016/j.enbuild.2015.10.051</li><li> <a href="https://publikationen.bibliothek.kit.edu/1000057574 ">M. Schweiker &amp; A. Wagner: A framework for an adaptive thermal heat balance model (ATHB)</a> Building and environment 94, 252-262, 2015. doi: 10.1016/j.buildenv.2015.08.018 </li></ul> <h2>Podcasts</h2> <ul><li> <a href="http://modellansatz.de/raumklima">M. Rösler, G. Thäter: Raumklima</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 143, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2017. </li></ul>

Modellansatz 198

Gudrun unterhält sich in dieser Episode mit Marcel Schweiker. Marcel arbeitet in der KIT-Fakultät für Architektur im Fachgebiet Bauphysik & Technischer Ausbau. Die Gruppe schlägt in ihren Themen Brücken zum Bauingenieurwesen, dem Maschinenbau und der Psychologie. Sie interessieren sich für Lösungen im Neubau und Bestand, die langfristig hohen Nutzungskomfort mit niedriger Umwelt- und Ressourcenbelastung verbinden. Marcel hat Architektur in Kassel studiert und sich dabei mehr und mehr für die Rolle des Menschen im umbauten Raum interessiert. Deshalb hat er das Architekturstudium durch ein Ergänzungsstudium Technik-, Wirkungs- und Innovationsmanagement abgerundet. Parallel hat er noch ein Zusatzstudium Energie und Umwelt absolviert und ist zertifizierter Gebäudeenergieberater. Im Anschluss hat er sich für eine Promotion in Japan entschieden. An der Tokyo City University (Laboratory for Built Environmental Research) wurde er 2010 in Umweltinformationswissenschaften promoviert. Seitdem ist er am KIT tätig und hat sich inzwischen auch hier habilitiert. Ein schönes Anschauungsobjekt für die Themen des Gespräches ist das 2015 bezogene Kollegiengebäude Mathematik. Der erste Sommer im Haus begann nämlich schon mit dem Einzug im April 2015. Damals hatte man sich erhofft, mit den nötigen Beschattungsmaßnahmen für das Atrium noch etwas Zeit zu haben und das Gebäude bezogen, obwohl die Technik noch nicht funktionierte. In mehreren Schritten sind inzwischen die geplanten Maßnahmen für die Lüftung und Beschattung des Gebäudes im Wesentlichen in Betrieb gegangen und zeigen sich als durchaus geeignet, einen Komfort auch im Sommer zu ermöglichen. Trotzdem hat an dem sehr sonnigen Februartag des Gespräches, die niedrig stehende Sonne das Büro sehr aufgeheizt. Im Sommer sorgt die Regelung der Außenbeschattung rechtzeitig für Verdunklung - im Winter hätte Gudrun selbst vor der Mittagspause für Beschattung sorgen müssen, um das zu vermeiden. Schon sind Marcel und Gudrun mitten im Gespräch über das für und wider von Kontrolle durch zentrale Modelle oder durch die Personen im Raum. Ein Forschungsergebnis ist dass, die empfundene Kontrolle sich auf das thermische Empfinden der Personen auswirkt. Ob man ein Fenster prinzipiell öffnen kann oder nicht hat Einfluss auf thermische Zufriedenheit. Solche Experimente werden z.B. im Raumklimateststand LOBSTER der Arbeitsgruppe durchgeführt. Dort werden experimentelle Studien durchgeführt, während derer die Studienteilnehmer*innen unter unterschiedlichen Temperatur- und Lichtbedingungen arbeiten. Es werden dabei auch physiologische Reaktionen des Körpers gemessen. Der Teststand hat eine etwa 10mx10m große Grundfläche und enthält zwei Büroräume. Es ist eine Temperaturregelung über alle Wände (inkl. Decke und Boden) möglich. So ist es auch möglich, Bedingungen außerhalb der Norm zu untersuchen. Man weiß, dass sich der menschliche Körper an warme Temperaturen anpassen kann. Überhaupt ist die Wahrnehmung der Temperatur relativ (...)

Nutzerkomfort

Gudrun met Magdalena Gonciarz in Dresden. They sat down in a very quiet Coffeeshop in <a href="https://hdk-dkk.de/">Dreikönigskirche</a> and talked about their experiences as scientists giving science an image. Magda started <a href="http://www.facebook.com/portraitofscience">Portrait of science</a> in 2016 with two objectives: to show that science is a process with many contributors at all carreer levels and to have a get-away from a demanding PhD-project, to express her creativity and have tangible results. The person who pointed Gudrun in Magda's direction is <a href="https://www.facebook.com/portraitofscience/posts/2100676033292783">Lennart Hilbert</a>, a former co-worker of Magda in Dresden who is now working at KIT on <a href="https://www.itg.kit.edu/hilbert.php">Computational Architectures in the Cell Nucleus</a> (he will be a podcast guest very soon). On the Portrait of Science page one can find photographs of people from Dresden's Life Science campus. Apart from the photographs, one can also find their stories. How and why did they become scientists? What do they do, what are they passionate about? Magda invites us: "Forget the tubes and Erlenmeyer flasks. Science is only as good as the people who do it. So sit back, scroll down and get to know them looking through the lens of Magdalena Gonciarz. Have you ever wondered what kind of people scientists are? Would you like to know what are they working on? What drives and motivates them - spending days in the basement without the sun? Portrait of Science project aims at uncovering more about people who contribute to science at all levels - Research Group Leaders, Postdocs, PhD Students, Staff Scientists and Technicians. All of them are vital for progress of scientific research and all of them are passionate people with their own motivations." When she started the Portrait of Science project, Magda challenged herself to take more pictures. She wanted to show the real people behind science and their personality. This was a creative task, quite different from her work as scientist - done with comparably little time. On top of taking the pictures, interviewees were asked to fill out a questionaire to accompany the story told by the photographs. Surprisingly, the stories told by her co-workers turned out to be quite inspiring. The stories told have shown the passion and the diverse motivations. People mentioned their failures as well. There were stories about accidents and their crucial role in carreers, about coincidence of finding a fascinating book or the right mentor - even as far back as in early childhood sometimes. Sharing ups and downs and the experience that there is a light at the end of the tunnel was a story she needed and which was worth to be shared. Knowing how hard scientific work can be, and how multiple friends and colleagues struggled more than she herself, Magda still strongly feels that it is useful to show that this is not a private and unique experience, but probably a part of the life of every scientist. This struggle can be overcome with time, effort, and help. Magda comes from Poland. During her Master's studies, she had an opportunity to do a research placement at the University of Virginia. During that time she felt welcomed as part of a scientific community in which she wanted to stay. It was a natural decision to proceed with a PhD. She applied to the very prestigious <a href="http://www.digs-bb.de/"> Dresden International Graduate School for Biomedicine and Bioengineering</a> and joined the biological research on proteins and their modifications in the lab of <a href="https://www.mansfeldlab.com/ ">Jörg Mansfeld</a>. After finishing her project, she decided to leave academia. Since 2018 she works for a learning and training agency <a href="https://www.cast-pharma.com/ ">CAST PHARMA</a> and is involved in producing e-Learning solutions for pharmaceutical companies. Magda also talked a bit about her PhD research. As we all know, genes code for proteins. However, one protein can exist in multiple different forms with multiple varying functions. A protein can be post-translationallly modified, i.e., modified after it is created in order to e.g., be relocated, have different interaction partners or become activated or destroyed in a manner of minutes. Recently, modern methods such as mass spectrometry, made it possible to see the multitude of post-translationally modified forms of proteins and allowed further research with the use of biochemistry or imaging techniques to gain insight into functions of these modifications, e.g., at different stages of the cell life. Gudrun and Magda also talked about the challenge to make a broader audience understand what the particular research topic is all about. It is hard to refer to things we cannot see. It is often easier for people with more translatable research to connect it to various diseases, e.g., cancer but still creates a challenge for those working with more basic issues such as developmental biology. What Magda took from her time in academia is much more than her results and her part in the basic research story. She feels that curiosity and quick learning skills are her superpowers. She is able to become familiar with any topic in a short amount of time. She can manage multiple parts of a project. Also she learned resilience and how to deal with challenges and failures on a daily basis, which can prove to be helpful in all areas of life. At the moment, she is still making plans whether to continue the Portrait of Science in the future, maybe in a changed format. <h2>Podcasts</h2><ul><li> <a href="http://modellansatz.de/wissenschaftskommunikation">A. Leßmöllmann: Wissenschaftskommunikation</a>, Gespräch mit G. Thäter im Modellansatz Podcast, Folge 130, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2017. </li><li> <a href="http://modellansatz.de/blackboard">C. Rojas-Molian: Rage of the Blackboard</a>, Gespräch mit G. Thäter im Modellansatz Podcast, Folge 121, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2017.</li></ul>

Modellansatz 197

Gudrun met Magdalena Gonciarz in Dresden. They sat down in a very quiet Coffeeshop in Dreikönigskirche and talked about their experiences as scientists giving science an image. Magda started Portrait of science in 2016 with two objectives: to show that science is a process with many contributors at all carreer levels and to have a get-away from a demanding PhD-project, to express her creativity and have tangible results. The person who pointed Gudrun in Magda's direction is Lennart Hilbert, a former co-worker of Magda in Dresden who is now working at KIT on Computational Architectures in the Cell Nucleus (he will be a podcast guest very soon). On the Portrait of Science page one can find photographs of people from Dresden's Life Science campus. Apart from the photographs, one can also find their stories. How and why did they become scientists? What do they do, what are they passionate about? Magda invites us: "Forget the tubes and Erlenmeyer flasks. Science is only as good as the people who do it. So sit back, scroll down and get to know them looking through the lens of Magdalena Gonciarz. Have you ever wondered what kind of people scientists are? Would you like to know what are they working on? What drives and motivates them - spending days in the basement without the sun? Portrait of Science project aims at uncovering more about people who contribute to science at all levels - Research Group Leaders, Postdocs, PhD Students, Staff Scientists and Technicians. All of them are vital for progress of scientific research and all of them are passionate people with their own motivations." When she started the Portrait of Science project, Magda challenged herself to take more pictures. She wanted to show the real people behind science and their personality. This was a creative task, quite different from her work as scientist - done with comparably little time. On top of taking the pictures, interviewees were asked to fill out a questionaire to accompany the story told by the photographs. Surprisingly, the stories told by her co-workers turned out to be quite inspiring. The stories told have shown the passion and the diverse motivations. People mentioned their failures as well. There were stories about accidents and their crucial role in carreers, about coincidence of finding a fascinating book or the right mentor - even as far back as in early childhood sometimes. Sharing ups and downs and the experience that there is a light at the end of the tunnel was a story she needed and which was worth to be shared. Knowing how hard scientific work can be, and how multiple friends and colleagues struggled more than she herself, Magda still strongly feels that it is useful to show that this is not a private and unique experience, but probably a part of the life of every scientist. This struggle can be overcome with time, effort, and help. Magda comes from Poland. During her Master's studies, she had an opportunity to do a research placement (...)

Portrait of Science

Gudrun spricht in dieser Episode mit Colin Bretl und Niko Wilhelm. Beide sind zur Zeit des Gespräches Bachelorstudenten am <a href="https://www.kit.edu/">Karlsruher Institut für Technologie (KIT)</a>. Colin studiert Mathematik und Niko Informatik. Bevor sie sich für ein Studium am KIT entschieden haben, hatten sie an der <a href="https://www.karlsruhe.dhbw.de/startseite.html">Dualen Hochschule Karlsruhe (DHBW)</a> ein <a href="https://www.karlsruhe.dhbw.de/wi/studieninhalte-profil.html">Bachelorstudium Wirtschaftsinformatik</a> abgeschlossen. Die beiden haben im Wintersemester 2018/19 an Gudruns <a href="http://www.math.kit.edu/ianm2/lehre/mathmodelsim2018w/de">Vorlesung Modellbildung</a> teilgenommen. Wie schon in unserer ersten Podcastepisode besprochen wurde, gehört zum Programm der Vorlesung, dass die Studierenden sich in Gruppen finden, selbst ein Projekt suchen und bearbeiten. Colin und Niko haben die Arbeit von Fluglotsen betrachtet. Sie haben modelliert, wie die anfliegenden Flugzeuge am besten auf die Landebahn zugeteilt werden. Am Beispiel des Flughafens Heathrow (mit Daten vom 1. August 2018) wurde ihr erstelltes Modell getestet. Als mathematische Methode haben sie hierfür <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Warteschlangentheorie">Warteschlangentheorie</a> augewählt. Die beiden haben das Modell selbst erarbeitet, es programmiert und eine Ausarbeitung angefertigt. Die Podcastepisode zeigt, wie und warum sie ihr Problem gewählt haben und welche Schritte zum Erfolg (oder auch zum Misserfolg) geführt haben. Die Überwachung einer Flugbewegung durch Fluglotsen findet z.B beim Landeanflug auf einen Zielflughafen statt. Wollen mehrere Luftfahrzeuge in einem kurzen Zeitraum nacheinander landen, gehört es zu den Aufgaben des Lotsen, diese Reihenfolge festzulegen. Infolgedessen werden den einzelnen Luftfahrzeugführern Streckenanweisungen mitgeteilt (bspw. ob diese einmal oder mehrfach ein Warteschleife fliegen sollen). Im trivialen Fall, dass zwischen zwei ankommenden Luftfahrzeugen genug Zeit liegt, kann jedes Luftfahrzeug auf möglichst direktem Weg zur Landebahn geführt werden. Der Durchsatz, also wie viele Luftfahrzeuge in einem Zeitintervall landen können, ist in diesem Fall optimal. Bei hohem Verkehrsaufkommen gestaltet sich die Überwachung durch Fluglotsen schwieriger. Es müssen nicht nur Sicherheitsabstände zwischen den Luftfahrzeugen eingehalten werden, sondern auch physikalische Besonderheiten des Luftverkehrs und technische Restriktionen berücksichtigt werden. Diese wirken sich negativ auf den Durchsatz aus. Außerdem erschweren die Rahmenbedingungen eine mathematische Untersuchung. Im Projekt von Colin und Niko wird die Problemstellung nur für Flugzeuge, die durch Radar identifiziert werden können, betrachtet. Darunter fallen u.a. große Passagiermaschinen, wie sie an internationalen Verkehrsflughäfen vorzufinden ist. Solche Flugzeuge machen den größten Anteil an kontrollierten Flugbewegungen aus. Mit Hilfe des mathematischen Modells sollen die Grundlagen dafür geschaffen werden, verschiedene Lotsen-Strategien auf ihren Durchsatz hin zu untersuchen. Es konzentriert sich dabei zunächst auf das Standardanflugverfahren bei hohem Verkehrsaufkommen und geht davon aus, dass Flugzeuge in der Reihenfolge ihrer Ankunft landen dürfen. Wenn eine Landung nicht unmittelbar eingeleitet werden kann, müssen die Flugzeuge Standard-Warteschleifen fliegen. Die Warteschleife ermöglicht es, die Mindestgeschwindigkeit zum Fliegen aufrecht zu erhalten. Prinzipiell kreist ein Flugzeug in einer Warteschleife über einem festen Punkt. Mehrere Flugzeuge können in unterschiedlicher Höhe dieselbe Warteschleife nutzen. Für den Datensatz von Heathrow am 1. August 2018 stellte sich heraus: Zu Spitzenzeiten kommen 50 Flugzeuge pro Stunde an. In diesem Fall ist das System nicht stabil. Das bedeutet, die Lastspitze könnte im Modell nicht dauerhaft durchgehalten werden. Stabilität ist bei 38 Flugzeugen pro Stunde gerade noch so gegeben. Nach dem mathematischen Modell könnte der Flughafen Heathrow also 38 Flugzeuge pro Stunde abarbeiten, was fast dem Mittelwert über alle Anflüge am 1.8. 2018 zwischen 06:00 und 23:00 etwa entspricht (das waren im Datensatz 39,1). <h2>Literatur und weiterführende Informationen</h2> <ul><li> <a href="http://www.math.kit.edu/ianm4/seite/ma-fluglotsen/media/modellierung_ankommender_flugzeuge.pdf">C. Bretl &amp; N. Wilhelm: Modellierung ankommender Flugzeuge</a> - Beschreibung mithilfe von Warteschlangen am Beispiel des Flughafens London Heathrow, 2019.</li><li> <a href="https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-3-662-53065-8_2">J. Reichmuth and P. Berster: Past and Future Developments of the Global Air Traffic.</a> in: M. Kaltschmitt &amp; U. Neuling (Eds.): Biokerosene - Status and Prospects, Springer, 2018. <a href="https://doi.org/10.1007/978-3-662-53065-8_2">https://doi.org/10.1007/978-3-662-53065-8_2</a></li><li> <a href="https://www.springer.com/de/book/9783642329111">K.-H. Waldmann and U. M. Stocker: Stochastische Modelle - Eine anwendungsorientierte Einführung</a>. 2nd ed. Springer, 2013.</li><li> <a href="https://www.springer.com/de/book/9783642396311">D. Baum: Grundlagen der Warteschlangentheorie</a>. Springer, 2013.</li><li> <a href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9781119453765">F. Shortle et al.: Fundamentals of Queueing Theory</a>. Wiley, 2018</li><li> <a href="https://ops.group/blog/2016-16th-edition-icao-doc-4444/">ICAO: Doc. 4444 Air Traffic Management</a>, 2016.</li></ul> <h2>Podcasts</h2> <ul><li> <a href="http://www.math.kit.edu/ianm4/seite/ma-modellbildung/de">G. Thäter, S. Ritterbusch: Mathematische Modellbildung</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 1, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2013. </li><li> <a href="http://modellansatz.de/flugunfaelle">B. Sieker, S. Ritterbusch: Flugunfälle</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 175, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2018.</li><li> <a href="http://omegataupodcast.net/262-mit-lufthansas-a380-nach-hkg-teil-1/">S., J., C., A., M. Völter: Mit Lufthansas A380 nach Hong Kong Teil 1</a>, Folge 262 im omega tau Podcast, Markus Völter und Nora Ludewig, 2017.</li><li> <a href="http://omegataupodcast.net/263-mit-lufthansas-a380-nach-hkg-teil-2/">S., J., C., A., M. Völter: Mit Lufthansas A380 nach Hong Kong Teil 2</a>, Folge 263 im omega tau Podcast, Markus Völter und Nora Ludewig, 2017. </li><li> <a href="https://cre.fm/cre211-ziviler-luftverkehr">S. Müller, T. Pritlove: Ziviler Luftverkehr</a>, CRE 211, Metaebene Personal Media, 2016.</li></ul>

Modellansatz 196

Gudrun spricht in dieser Episode mit Colin Bretl und Niko Wilhelm. Beide sind zur Zeit des Gespräches Bachelorstudenten am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Colin studiert Mathematik und Niko Informatik. Bevor sie sich für ein Studium am KIT entschieden haben, hatten sie an der Dualen Hochschule Karlsruhe (DHBW) ein Bachelorstudium Wirtschaftsinformatik abgeschlossen. Die beiden haben im Wintersemester 2018/19 an Gudruns Vorlesung Modellbildung teilgenommen. Wie schon in unserer ersten Podcastepisode besprochen wurde, gehört zum Programm der Vorlesung, dass die Studierenden sich in Gruppen finden, selbst ein Projekt suchen und bearbeiten. Colin und Niko haben die Arbeit von Fluglotsen betrachtet. Sie haben modelliert, wie die anfliegenden Flugzeuge am besten auf die Landebahn zugeteilt werden. Am Beispiel des Flughafens Heathrow (mit Daten vom 1. August 2018) wurde ihr erstelltes Modell getestet. Als mathematische Methode haben sie hierfür Warteschlangentheorie augewählt. Die beiden haben das Modell selbst erarbeitet, es programmiert und eine Ausarbeitung angefertigt. Die Podcastepisode zeigt, wie und warum sie ihr Problem gewählt haben und welche Schritte zum Erfolg (oder auch zum Misserfolg) geführt haben. Die Überwachung einer Flugbewegung durch Fluglotsen findet z.B beim Landeanflug auf einen Zielflughafen statt. Wollen mehrere Luftfahrzeuge in einem kurzen Zeitraum nacheinander landen, gehört es zu den Aufgaben des Lotsen, diese Reihenfolge festzulegen. Infolgedessen werden den einzelnen Luftfahrzeugführern Streckenanweisungen mitgeteilt (bspw. ob diese einmal oder mehrfach ein Warteschleife fliegen sollen). Im trivialen Fall, dass zwischen zwei ankommenden Luftfahrzeugen genug Zeit liegt, kann jedes Luftfahrzeug auf möglichst direktem Weg zur Landebahn geführt werden. Der Durchsatz, also wie viele Luftfahrzeuge in einem Zeitintervall landen können, ist in diesem Fall optimal. Bei hohem Verkehrsaufkommen gestaltet sich die Überwachung durch Fluglotsen schwieriger. Es müssen nicht nur Sicherheitsabstände zwischen den Luftfahrzeugen eingehalten werden, sondern auch physikalische Besonderheiten des Luftverkehrs und technische Restriktionen berücksichtigt werden. Diese wirken sich negativ auf den Durchsatz aus. Außerdem erschweren die Rahmenbedingungen eine mathematische Untersuchung. Im Projekt von Colin und Niko wird die Problemstellung nur für Flugzeuge, die durch Radar identifiziert werden können, betrachtet. Darunter fallen u.a. große Passagiermaschinen, wie sie an internationalen Verkehrsflughäfen vorzufinden ist. Solche Flugzeuge machen den größten Anteil an kontrollierten Flugbewegungen aus. Mit Hilfe des mathematischen Modells sollen die Grundlagen dafür geschaffen werden, verschiedene Lotsen-Strategien auf ihren Durchsatz hin zu untersuchen. Es konzentriert sich dabei zunächst auf das Standardanflugverfahren bei hohem Verkehrsaufkommen und geht davon aus, dass Flugzeuge in der Reihenfolge ihrer Ankunft landen dürfen. (...)

Fluglotsen

Gudrun ist zu Gast bei der <a href="https://www.fu-berlin.de/sites/frauenbeauftragte/index.html">Gleichstellungsbeauftragten der FU in Berlin</a>, um über ihr <a href="https://www.fu-berlin.de/sites/mintoring/index.html">MINToring</a>-Projekt zu reden. Das ist seit einiger Zeit eine Einladung an Schülerinnen zum Einstieg in die Physik und Informatik. Das Projekt entwickelte dafür eine Reihe von Angeboten, nämlich: <ul><li> alle 2 Wochen werden verschiedene Workshops an der FU veranstaltet (ab der 7. Klasse);</li><li> es werden <a href="https://www.fu-berlin.de/sites/mintoring/betriebspraktikum/index.html">Betriebspraktika</a> in den Fachbereichen Physik und Informatik vermittelt und begleitet (ab der 9.Klasse);</li><li> Tage an der Uni im Herbst, in denen man in Vorlesungen der Informatik, Physik und Bioinformatik hineinschnuppern kann</li><li> Workshops an den Schulen </li></ul> Gudrun spricht außer mit der Frauenbeauftragten Mechthild Koreuber (Mathematikerin, promoviert in Wissenschaftsgeschichte) auch mit den beiden Koordinatorinnen des MINToring-Projekts Anette Dietrich (Koordinatorin Mathematik und Informatik) und Audrey Houillon (Koordination Physik). Audrey hat in München Physik studiert und in Paris am <a href="http://www.cnrs.fr/index.html">CNRS</a> im Gebiet Neurowissenschaften promoviert. Das ist ein interdisziplinäres Forschungsthema zwischen Physik, Informatik, Psychologie und Biologie. An der TU Berlin hat sie eine Zeit als Postdoc im Gebiet computational Neuroscience gearbeitet und ist dann in die Jugend- und politische Bildung gewechselt bevor sie die Koordinationsstelle an der FU übernahm. Anette ist am Institut für Informatik, hat in Erziehungswissenschaften über Geschlechter- und in der Rassismusforschung promoviert. Ausgangspunkt für die Projektidee war für Mechthild eine Erfahrung am Rande der Abiturfeier ihrer Tochter. Aus einem Physik Leistungskurs mit 50% Mädchen wollte damals keines Physik studieren oder hatte dies als Möglichkeit auch nur in Erwägung gezogen. Wieso? Sie dachte darüber nach, wie kann man junge Frauen und Mädchen motivieren, sich für diese Fächer zu entscheiden und konkret etwas gegen den niedrigen Frauenanteil in den MINT-Fächern tun? Sie stellte sich dabei zunächst ein Projekt vor, dass interessierte Mädchen in der Abiturstufe anspricht. Interesse würde sich z.B. über die Teilnahme an Leistungskursen herausfinden lassen. Das ist aber leider z.B. in der Informatik nicht durchführbar. weil es dort fast keine Leistungskurse gibt. Außerdem wurde schnell klar, dass man schon mit jüngeren Schülerinnen beginnen sollte, um den Übergang zu den Aktionen am Girls'day zu sichern, wo die FU für Schülerinnen der Klassenstufen 5-10 jährlich etwa 1000 Plätze in ungefähr 80 kleinen Gruppen anbietet. Ein zentrales und einzigartiges Werkzeug im MINToring Projekt ist die Möglichkeit zum Betriebspraktikum an der FU. So ein Praktikum ist in der 9. oder 10. Klasse für 2-3 Wochen für alle Berliner Schüler vorgesehen. Manche intessieren sich auch für ein freiwilliges Praktikum in den Sommerferien. Es ist unüblich, so ein Praktikum an einer Universität durchzuführen. Vor allem aus dem Grund, dass sich wenige Menschen vorstellen können, dass das geht. Das Projekt MINTOring bietet aber hierfür einen Rahmen und kann Schülerinnen deshalb direkt dafür einladen. Den Rahmen bilden Einführungskurse und andere Workshops (wie z.B. für Programmiersprachen) für eine kleine Gruppe Schülerinnen und ein Abschlussvortrag mit ausführlicher Auswertung und Einordnung der Erfahrungen. Zentral ist die Forschungsarbeit in den Arbeitsgruppen (2-5 Tage) im individuellen Zuschnitt auf das Interesse jeder Schülerin. In der Zeit erleben sich die Mädchen selbst als kompetent und ihre Arbeit würd wertgeschätzt. Das Feedback der Schülerinnen war bisher stets sehr positiv. Sie schätzen am Praktikum, dass sie neues gelernt haben, Erfahrung mit Forschung sammeln durften und in der Gruppe erlebt haben, dass sie mit ihren Interessen willkommen sind und geschätzt werden. Dazu kommen ganz besondere Erlebnisse, wie dass sich eine Professorin für sie ganz persönlich interessiert und im Kontakt bleiben möchte, was in Summe zu einer sehr emotionalen Erfahrung führt, die in Erinnerungen bleibt. Für so eine erfolgreiche Arbeit musste natürlich Skepsis überwunden werden. Es ist inzwischen leichter, Ideen für altersgerechte Forschungsprojekte zu finden, nachdem es viele gelungen Beispiele gibt. Trotzdem ist nach wie vor ein großer Anteil an Arbeitszeit für die Koordination des Projekts dadurch gebunden, dass Arbeitsgruppen für Schülerinnen gefunden werden. Es ist schön, wenn inzwischen auch schon Arbeitsgruppen auf das Projekt zukommen, die durch Kritik am schlechten Frauenanteil dazu gedrängt werden, selbst auch aktiv zu werden. Konkrete Projekte aus der jüngsten Vergangenheit sind: <ul><li> die Umsetzung eines <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Needleman-Wunsch-Algorithmus">Needleman-Wunsch-Algorithmus</a> am Computer. Das ist ein Optimierungsalgorithmus aus der Bioinformatik, der zum Vergleich zweier Nukleotid- bzw. Aminosäuresequenzen eingesetzt wird.</li><li> ein Bio-Informatik-Projekt, wo in enger Zusammenarbeit mit dem Juniorprofessor ein Datensatz zu Krebstumoren mit der Programmiersprache R analysiert wurde.</li></ul> Aber auch einen Betrag liefern zu können, um ein kaputtes Mikroskop zu reparieren, ändert das Verständnis davon, wie Forschung gemacht wird. Wenn Erwachsene sagen: Ich weiß das nicht, ich muss erst probieren, um eine Lösung zu finden, dann hinterlässt das einen Eindruck. Inzwischen gibt es tatsächlich schon mehr Interessentinnen für ein Praktikum, als aufgenommen werden können. Das Projekt wurde zuerst durch das Professorinnenprogramm und später durch das Chancengleichheitsprogramm finanziert. Inzwischen werden statt dieser Drittmittel Haushaltsmittel der FU eingesetzt. In der Zukunft wäre es wichtig, dass die Finanzierung der Koordinierungsstellen auf Dauer von der FU Berlin sichergestellt wird und sich auch andere Universitäten ein Beispiel nehmen. Eine Erweiterung auf andere Fächer ist auch im Moment schon in Arbeit. Zusätzlich zu dieser Art von Projekten muss sich in der Gesellschaft noch einiges ändern. In anderen Ländern ist es viel selbstverständlicher, dass Frauen in technische Fächer gehen. Es ist erstaunlich, wie stark das Selbstbewußtsein schon leidet, wenn die Entscheidung für ein MINT-Fach ständig durch die Umgebung in Frage gestellt wird. Hier wäre mehr Ermutigung in der Schule ein guter Anfang. <h2>Podcasts</h2> <ul><li> <a href="http://modellansatz.de/studienbotschafterinnen">A. Sage, L. Schenk, G. Thäter: Studienbotschafterinnen</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 194, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2019. </li><li> <a href="http://modellansatz.de/meisterklasse">B. Böttcher, G. Thäter: Meisterklasse</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 158, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2018. </li><li> <a href="http://modellansatz.de/cammp">G. Thäter, K. Wohak: CAMMP</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 165, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2018. </li><li> <a href="http://modellansatz.de/cammp-week">K. Wohak, M. Hattebuhr, E. Bastian, C. Beizinger, G. Thäter: CAMMP-Week</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 174, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2018.</li><li> <a href="http://modellansatz.de/schuelermarketing">S. Schäfer, I. Häuser, G. Thäter: Schülermarketing</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 191, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2018.</li><li> <a href="http://modellansatz.de/gender-mathematik">A. Mischau, M. Koreuber: Gender und Mathematik</a>, Gespräch mit G. Thäter im Modellansatz Podcast, Folge 142, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2017. </li><li> <a href="http://podcast-kombinat.de/monika-jungbauer-gans-frauen-in-der-wissenschaft-gleiche-chancen-ungleiche-voraussetzungen/">M. Jungbauer-Gans: Frauen in der Wissenschaft – Gleiche Chancen, Ungleiche Voraussetzungen?</a> Zentrum für Gender Studies und feministische Zukunftsforschung, Podcast Kombinat, Universität Marburg, 2016.</li><li> <a href="http://modellansatz.de/schuelerlabor">E. Dittrich, G. Thäter: Schülerlabor</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 103, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2016.</li></ul>

Modellansatz 195

Gudrun ist zu Gast bei der Gleichstellungsbeauftragten der FU in Berlin, um über ihr MINToring-Projekt zu reden. Das ist seit einiger Zeit eine Einladung an Schülerinnen zum Einstieg in die Physik und Informatik. Das Projekt entwickelte dafür eine Reihe von Angeboten, nämlich: alle 2 Wochen werden verschiedene Workshops an der FU veranstaltet (ab der 7. Klasse); es werden Betriebspraktika in den Fachbereichen Physik und Informatik vermittelt und begleitet (ab der 9.Klasse); Tage an der Uni im Herbst, in denen man in Vorlesungen der Informatik, Physik und Bioinformatik hineinschnuppern kann; Workshops an den Schulen. Gudrun spricht außer mit der Frauenbeauftragten Mechthild Koreuber (Mathematikerin, promoviert in Wissenschaftsgeschichte) auch mit den beiden Koordinatorinnen des MINToring-Projekts Anette Dietrich (Koordinatorin Mathematik und Informatik) und Audrey Houillon (Koordination Physik). Audrey hat in München Physik studiert und in Paris am CNRS im Gebiet Neurowissenschaften promoviert. Das ist ein interdisziplinäres Forschungsthema zwischen Physik, Informatik, Psychologie und Biologie. An der TU Berlin hat sie eine Zeit als Postdoc im Gebiet computational Neuroscience gearbeitet und ist dann in die Jugend- und politische Bildung gewechselt bevor sie die Koordinationsstelle an der FU übernahm. Anette ist am Institut für Informatik, hat in Erziehungswissenschaften über Geschlechter- und in der Rassismusforschung promoviert. Ausgangspunkt für die Projektidee war für Mechthild eine Erfahrung am Rande der Abiturfeier ihrer Tochter. Aus einem Physik Leistungskurs mit 50% Mädchen wollte damals keines Physik studieren oder hatte dies als Möglichkeit auch nur in Erwägung gezogen. Wieso? Sie dachte darüber nach, wie kann man junge Frauen und Mädchen motivieren, sich für diese Fächer zu entscheiden und konkret etwas gegen den niedrigen Frauenanteil in den MINT-Fächern tun? Sie stellte sich dabei zunächst ein Projekt vor, dass interessierte Mädchen in der Abiturstufe anspricht. Interesse würde sich z.B. über die Teilnahme an Leistungskursen herausfinden lassen. Das ist aber leider z.B. in der Informatik nicht durchführbar. weil es dort fast keine Leistungskurse gibt. Außerdem wurde schnell klar, dass man schon mit jüngeren Schülerinnen beginnen sollte, um den Übergang zu den Aktionen am Girls'day zu sichern, wo die FU für Schülerinnen der Klassenstufen 5-10 jährlich etwa 1000 Plätze in ungefähr 80 kleinen Gruppen anbietet. Ein zentrales und einzigartiges Werkzeug im MINToring Projekt ist die Möglichkeit zum Betriebspraktikum an der FU. So ein Praktikum ist in der 9. oder 10. Klasse für 2-3 Wochen für alle Berliner Schüler vorgesehen. Manche intessieren sich auch für ein freiwilliges Praktikum in den Sommerferien. Es ist unüblich, so ein Praktikum an einer Universität durchzuführen. Vor allem aus dem Grund, dass sich wenige Menschen vorstellen können, dass das geht. (...)

MINToring

Als Technische Universität ist das <a href="http://www.kit.edu/">Karlsruher Institut für Technologie (KIT)</a> vor allem ein Lernort für junge Männer. Der Anteil von Frauen in den technischen Fächern ist in Deutschland seit vielen Jahren weit von 50% entfernt und es gibt ganz unterschiedliche Ideen, wie man mehr Studentinnen "ins Boot holen" kann. Am KIT erproben wir seit dem Jahr 2018 die Entsendung von <a href="http://www.kit.edu/kit/studienbotschafterinnen.php">Studienbotschafterinnen</a> an Schulen. Sie gestalten dort zwei Unterrichtsstunden mit einem spannenden Thema aus der Mathematik oder Physik und stehen anschließend für Fragen zur Verfügung über alles, was mit dem Studium im Allgemeinen und dem Studium am KIT im Besonderen zu tun hat. Bisher wurden (im Rahmen dieses Programms) über 50 Schulen und über 1000 Schüler besucht (Stand Ende 2018). Für die Mathematik sind <a href="https://www.kit.edu/kit/studienbotschafterinnen_alina.php">Alina Sage</a> und <a href="http://www.kit.edu/kit/studienbotschafterinnen_lea.php">Lea Schenk</a> unterwegs. Alina studiert <a href="http://www.math.kit.edu/lehre/seite/ma-tema/">Technomathematik am KIT</a> und Lea hat Mathe und Chemie für das <a href="http://www.math.kit.edu/lehre/seite/lehramt/">Lehramt am Gymnasium</a> studiert. Sie macht jetzt noch einen Masterabschluss in Mathematik. In der Episode schildern beide ihre persönlichen Erfahrungen mit ihrer Rolle als Studienbotschafterin und mit dem Mathematik-Studium am KIT. <h2>Literatur und weiterführende Informationen</h2> <ul><li> <a href="https://www.wnoz.de/Wenn-im-Klassenzimmer-die-Erde-bebt-f967f556-ecd7-4df1-a2ca-280b0fc70f57-ds">Artikel im Weinheimer Boten</a></li><li> <a href="http://www.math.kit.edu/didaktik/seite/schuelerlabor/">Schülerlabor Mathematik</a></li><li> <a href="https://psi.physik.kit.edu">Schülerlabor Physik</a></li><li> <a href="https://www.gpi.kit.edu/Schueler.php">Schülerlabor Geophysik</a></li></ul> <h2>Podcasts</h2> <ul><li> <a href="http://modellansatz.de/schuelerlabor">E. Dittrich, G. Thäter: Schülerlabor</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 103, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2016.</li><li> <a href="http://modellansatz.de/meisterklasse">B. Böttcher, G. Thäter: Meisterklasse</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 158, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2018. </li><li> <a href="http://modellansatz.de/cammp">G. Thäter, K. Wohak: CAMMP</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 165, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2018. </li><li> <a href="http://modellansatz.de/cammp-week">K. Wohak, M. Hattebuhr, E. Bastian, C. Beizinger, G. Thäter: CAMMP-Week</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 174, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2018.</li><li> <a href="http://modellansatz.de/schuelermarketing">S. Schäfer, I. Häuser, G. Thäter: Schülermarketing</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 191, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2018.</li></ul>

Modellansatz 194

Als Technische Universität ist das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) vor allem ein Lernort für junge Männer. Der Anteil von Frauen in den technischen Fächern ist in Deutschland seit vielen Jahren weit von 50% entfernt und es gibt ganz unterschiedliche Ideen, wie man mehr Studentinnen "ins Boot holen" kann. Am KIT erproben wir seit dem Jahr 2018 die Entsendung von Studienbotschafterinnen an Schulen. Sie gestalten dort zwei Unterrichtsstunden mit einem spannenden Thema aus der Mathematik oder Physik und stehen anschließend für Fragen zur Verfügung über alles, was mit dem Studium im Allgemeinen und dem Studium am KIT im Besonderen zu tun hat. Bisher wurden (im Rahmen dieses Programms) über 50 Schulen und über 1000 Schüler besucht (Stand Ende 2018). Für die Mathematik sind Alina Sage und Lea Schenk unterwegs. Alina studiert Technomathematik am KIT und Lea hat Mathe und Chemie für das Lehramt am Gymnasium studiert. Sie macht jetzt noch einen Masterabschluss in Mathematik. In der Episode schildern beide ihre persönlichen Erfahrungen mit ihrer Rolle als Studienbotschafterin und mit dem Mathematik-Studium am KIT

Studienbotschafterinnen

Gudrun hat sich im Spätsommer 2018 zum dritten Mal mit <a href="https://twitter.com/oliverbeige">Oliver Beige (@oliverbeige)</a> in Berlin verabredet. Oliver beschäftigt sich unter anderem mit mathematischen Modellen für ökonomische Prozesse und hat neben der wissenschaftlichen Expertise auch sehr unterschiedliche praktische Erfahrungen. Der Plan für das Gespräch war, sich über <a href="https://en.wikipedia.org/wiki/Bayesian_inference">Baysean Updates</a> zu unterhalten. Kurz gesagt ist das ist eine Möglichkeit, bessere Entscheidungen mit wenigen und unsicheren Informationen zu treffen. Der Name beschreibt schon die zentrale Idee: Der <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Satz_von_Bayes">Satz von Bayes</a> wird verwendet, um die Wahrscheinlichkeit für eine Hypothese neu zu berechnen, wenn mehr Informationen verfügbar werden. Entscheidungen unter unsicheren Informationen muss man selbst im Alltag und für die eigene Zukunft ständig treffen, weshalb sich die Hörerschaft sicher gut vorstellen kann, dass dies eigentlich eine fast unlösbare Aufgabe ist. Für Unternehmen geht es in der mittleren und Langzeitplanung darum, das Potential von Mitarbeitern und von Ideen richtig einzuschätzen. Lässt sich ein Produkt mit den eigenen Mitteln zur Marktreife entwickeln und wie wird der Markt in 5-30 Jahren dafür aussehen? Vor allem wenn es um einen Markt geht, den es noch gar nicht gibt. Ein Beispiel hierfür ist automatisiertes Fahren. Die Idee gibt es schon seit etwa 30 Jahren und auch Schritte in der Entwicklung, aber bis heute gibt es noch nichts auf dem Markt. Schon Anfang der 1990er Jahre gab es große Erwartungen, was <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Neuronales_Netz">neuronale Netze</a> und <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Maschinelles_Lernen">Machine Learning</a> hier bald leisten werden, aber diese Begeisterung war um die Jahrtausendwende schon wieder erloschen. Heute erleben die Ideen eine Renaissance, denn es gibt nun viele Daten, genug Rechenpower und ein Zusammenwirken von Statistik und Informatik ist so endlich möglich. Damals wie heute stellt sich aber die Frage: Wie viel Geld und andere Ressourcen sollte man einsetzen und zu welchem Zeitpunkt endgültig entscheiden, sich ganz hinter das neue Produkt zu stellen oder die Pläne ad acda zu legen. Der Versuch, hierfür Modelle zu finden, die alle Zweige und Eventualitäten nachbilden ist nicht sinnvoll umsetzbar, weil zu viele Informationen geschätzt werden müssen und je weiter in die Zukunft geplant werden muss, desto unwägbarer sind Zahlenwerte hierfür. Deshalb ist es bessser, hier mit einfachen Modellen zu arbeiten, die sich gut anwenden lassen, aber auch nur Teile von Entscheidungsprozessen vereinfachen. Ein Beispiel hierfür ist das Baysean updating. Experten wissen einiges, sind aber nicht perfekt - vor allem wegen unvollständiger Information. Mit Hilfe von Wahrscheinlichkeitsrechnung läßt sich berechnen, was der Beitrag der Experten sein kann und ob sie nützlich sind. Hierzu werden gut testbare Annahmen gut ausformuliert und am Markt getestet in einzelnen Entscheidungsstufen. Die Kosten für den Test werden möglichst niedrig gehalten. Anschließend weiß man z.B., welches für Kunden das wichtigstes Feature ist und kann dies zuerst entwickeln (Minimal Viable Product) - die anderen erst später. Oliver ist Karlsruher Wirtschaftingenieur und hat diese über Wettbewerb in Netzwerken in den USA promoviert, an der <a href="https://www.berkeley.edu">UC Berkeley</a> nahe am Silicon Valley, zu Zeiten des <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Dotcom-Blase">dot-com Booms</a>. In Deutschland wird solche Forschung meist im Unternehmen gemacht. In den USA gibt es neben dieser Forschung in Unternehmen auch noch sogenanntes <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Wagniskapital">Venture Capital</a>. Die Investoren erwarten nicht, dass alle unterstützten Ideen am Ende Profit bringen - man weiß, dass die meisten Ideen zu nichts führen. Es reichen im Verlauf einiger Jahre nur wenige durchschlagende Ideen mit einem riesigen Profit, um das System interessant zu machen. Kurz gesagt gibt es damit einen Marktplatz für Ideen. Heute gibt es das auch als sogenannte Gründerszene in Deutschland (besonders in Berlin) aber noch längst nicht in dem Umfang wie in den USA. Das Gespräch dreht sich in weiten Kreisen und behandelt neben Mathematik und ökonomischen Entscheidungen auch interessante Beispiele aus 30 Jahren. Außerdem verlieren sie sich in unterschiedlichsten Fragen rings um neue Techniken, die auch einbeziehen, wie sich die Rolle von Autos für die Gesellschaft ändert und ändern muss und wie der rechtliche Rahmen für den Austausch von Informationen zwischen Fahrzeugen geregelt werden müsste. Es ist eine schreckliche Vorstellung, wenn Autos für Hackerangriffe anfällig sind. Anscheinend ist es aber nach wie vor so, dass wir eher bereit sind, mit menschlichen Fehlern zu leben als mit Fehlern, die Algorithmen machen, obwohl autonom fahrende Fahrzeuge wohl viele Tote und verletzte Personen vermeiden könnten. <h2>Literatur und weiterführende Informationen</h2> <ul><li> <a href="https://en.wikipedia.org/wiki/Expected_value_of_sample_information">Wikipedia: Expected value of sample information</a></li><li> <a href="http://eprints.lse.ac.uk/12474/">C. Howson &amp; P. Urbach: Scientific Reasoning: The Bayesian Approach</a> (3rd ed.). Open Court Publishing Company. ISBN 978-0-8126-9578-6, 2005.</li><li> <a href="https://www.crcpress.com/Bayesian-Data-Analysis/Gelman-Carlin-Stern-Dunson-Vehtari-Rubin/p/book/9781439840955 ">A.Gelman e.a.: Bayesian Data Analysis</a> Third Edition. Chapman and Hall/CRC. ISBN 978-1-4398-4095-5, 2013.</li><li> <a href="https://web.archive.org/web/20130228060536/http://www.cogsci.ucsd.edu/~ajyu/Teaching/Tutorials/bayes_dt.pdf">Yu, Angela: Introduction to Bayesian Decision Theory</a> cogsci.ucsd.edu, 2013.</li><li> <a href="https://towardsdatascience.com/introduction-to-bayesian-networks-81031eeed94e">Devin Soni: Introduction to Bayesian Networks</a>, 2015.</li><li> <a href="https://medium.com/@trialsanderrors/the-4-ps-of-silicon-valley-risk-capital-1249354d1d0c">Oliver Beige: The 4P's of Silicon Valley Risk Capital, ein Tweetstorm</a>, 2018.</li><li> <a href="https://arxiv.org/abs/1901.03214">G. Nuti, L. Rugama, A.-I. Cross: Efficient Bayesian Decision Tree Algorithm</a>, arXiv:1901.03214 stat.ML, 2019.</li></ul> <h2>Podcasts</h2> <ul><li> <a href="http://modellansatz.de/flugunfaelle">B. Sieker, S. Ritterbusch: Flugunfälle</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 175, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2018. <a href="http://modellansatz.de/flugunfaelle">http://modellansatz.de/flugunfaelle</a></li><li> <a href="http://modellansatz.de/wahlprognosemodelle">O. Beige, G. Thäter: Wahlprognosemodelle</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 149, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2017. <a href="http://modellansatz.de/wahlprognosemodelle">http://modellansatz.de/wahlprognosemodelle</a></li><li> <a href="http://modellansatz.de/mikrooekonomik">O. Beige, G. Thäter: Mikroökonomik</a>, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 140, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2017. <a href="http://modellansatz.de/mikrooekonomik">http://modellansatz.de/mikrooekonomik</a></li></ul>

Modellansatz 193

Gudrun hat sich im Spätsommer 2018 zum dritten Mal mit Oliver Beige (@oliverbeige) in Berlin verabredet. Oliver beschäftigt sich unter anderem mit mathematischen Modellen für ökonomische Prozesse und hat neben der wissenschaftlichen Expertise auch sehr unterschiedliche praktische Erfahrungen. Der Plan für das Gespräch war, sich über Baysean Updates zu unterhalten. Kurz gesagt ist das ist eine Möglichkeit, bessere Entscheidungen mit wenigen und unsicheren Informationen zu treffen. Der Name beschreibt schon die zentrale Idee: Der Satz von Bayes wird verwendet, um die Wahrscheinlichkeit für eine Hypothese neu zu berechnen, wenn mehr Informationen verfügbar werden. Entscheidungen unter unsicheren Informationen muss man selbst im Alltag und für die eigene Zukunft ständig treffen, weshalb sich die Hörerschaft sicher gut vorstellen kann, dass dies eigentlich eine fast unlösbare Aufgabe ist. Für Unternehmen geht es in der mittleren und Langzeitplanung darum, das Potential von Mitarbeitern und von Ideen richtig einzuschätzen. Lässt sich ein Produkt mit den eigenen Mitteln zur Marktreife entwickeln und wie wird der Markt in 5-30 Jahren dafür aussehen? Vor allem wenn es um einen Markt geht, den es noch gar nicht gibt. Ein Beispiel hierfür ist automatisiertes Fahren. Die Idee gibt es schon seit etwa 30 Jahren und auch Schritte in der Entwicklung, aber bis heute gibt es noch nichts auf dem Markt. Schon Anfang der 1990er Jahre gab es große Erwartungen, was neuronale Netze und Machine Learning hier bald leisten werden, aber diese Begeisterung war um die Jahrtausendwende schon wieder erloschen. Heute erleben die Ideen eine Renaissance, denn es gibt nun viele Daten, genug Rechenpower und ein Zusammenwirken von Statistik und Informatik ist so endlich möglich. Damals wie heute stellt sich aber die Frage: Wie viel Geld und andere Ressourcen sollte man einsetzen und zu welchem Zeitpunkt endgültig entscheiden, sich ganz hinter das neue Produkt zu stellen oder die Pläne ad acda zu legen. Der Versuch, hierfür Modelle zu finden, die alle Zweige und Eventualitäten nachbilden ist nicht sinnvoll umsetzbar, weil zu viele Informationen geschätzt werden müssen und je weiter in die Zukunft geplant werden muss, desto unwägbarer sind Zahlenwerte hierfür. Deshalb ist es bessser, hier mit einfachen Modellen zu arbeiten, die sich gut anwenden lassen, aber auch nur Teile von Entscheidungsprozessen vereinfachen. Ein Beispiel hierfür ist das Baysean updating. Experten wissen einiges, sind aber nicht perfekt - vor allem wegen unvollständiger Information. Mit Hilfe von Wahrscheinlichkeitsrechnung läßt sich berechnen, was der Beitrag der Experten sein kann und ob sie nützlich sind. Hierzu werden gut testbare Annahmen gut ausformuliert und am Markt getestet in einzelnen Entscheidungsstufen. Die Kosten für den Test werden möglichst niedrig gehalten. Anschließend weiß man z.B., welches für Kunden das wichtigstes Feature ist und kann dies zuerst entwickeln (Minimal Viable Product) (...)

Risikoentscheidungen

Gudrun spricht mit <a href="http://www.haus-der-astronomie.de/home/poessel/">Markus Pössel</a> in Heidelberg. Er ist Physiker und leitet das <a href="http://www.haus-der-astronomie.de">Haus der Astronomie</a> auf dem Königstuhl dort. Gudrun und Markus kennen sich schon lange aus der Ferne. Sie haben sich auf twitter über Themen ausgetauscht, die mit Wissenschaftskommunikation verbunden sind. Anlass für ein tiefergehendes Gespräches war, dass Markus eine <a href="https://arxiv.org/abs/1812.10557">wissenschaftliche Arbeit</a> veröffentlicht hat, in der er einen elementaren Zugang zum ersten <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Noether-Theorem">Noether Theorem</a> beschreibt mit Hilfe von zwei Beispielen. Kurz nach dem sehr erfolgreichen Experiment <a href="https://twitter.com/hashtag/Noethember?src=hash">#noethember</a>, wo <a href="http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2018/11/13/noethember-ein-ganzer-monat-fuer-emmy-noether/">im November 2018 ein Monat lang Emmy Noethers Leben und Forschung</a> in unterschiedlichster Weise erinnert wurde, ist diese Podcastepisode ein etwas verspäteter Beitrag. Markus widmet sich in seiner wissenschaftlichen Arbeit elementaren Zugängen zu faszinierenden physikalischen Themen. Persönlich interessiert er sich dabei insbesondere für die <a href="https://arxiv.org/abs/1812.11589">Allgemeine Relativitätstheorie</a>, und insbesondere für deren Anwendungen in der Astrophysik. Dafür ist das Haus der Astronomie als gemeinschaftliche Einrichtung der <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Max-Planck-Gesellschaft">Max Planck Gesellschaft</a> und der <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Klaus_Tschira_Stiftung">Klaus Tschira Stiftung</a> (mit der <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Ruprecht-Karls-Universit%C3%A4t_Heidelberg">Universität</a> und der Stadt Heidelberg als weiteren Partnern) ein geeignetes Dach, denn es wurde dafür gegründet, astronomische Forschung für alle Bevölkerungsschichten erfahrbar zu machen. Der Einstieg in astronomische Themen funktioniert oft gut über Phänomene, die an der Intuition rütteln oder interessante Extreme von Theorien sind. Auch wenn Astronomie selten zum Schulstoff gehört, spricht es Schülerinnen und Schüler direkt an. Dass das Interesse an Astronomie gross ist, zeigt z.B. die <a href="https://roseproject.no/">ROSE-Studie</a>. Deswegen bietet Astronomie einen so guten Einstieg in MINT-Fächer. Die Wissenschaftler in Heidelberg kommunizieren gern. Jeden zweiten Donnerstag im Monat findet die <a href="https://www.haus-der-astronomie.de/de/veranstaltungen/faszination-astronomie">Vorlesungsreihe Faszination Astronomie</a> über aktuelle Forschungsergbnisse statt. Es gibt außerdem sogenante <a href="https://www.mpia.de/en/outreach/team">MPI-Outreach Fellows</a>, die sich besonders für Bildungs-und Öffentlichkeitsarbeit interessieren. Sie werden weitergebildet und in die tägliche Arbeit eingebunden. Neben den regelmäßigen Vorträgen gibt es auch <a href="https://klangforum-heidelberg.de/veranstaltung/sternbild-mensch-i-auftakt-zur-sechsteiligen-konzertreihe-des-klangforum-heidelberg">ganz besondere Veranstaltungen</a> wie zuletzt im November mit dem <a href="https://klangforum-heidelberg.de/">Klangforum Heidelberg</a>, wo es zur Musik eine interaktive Planetariumsvorführung gab. Es werden ständig Fortbildungen für Physiklehrer und -lehrerinnen organisiert. Auch für Grundschullehrkräfte gibt es in Zusammenarbeit mit der Forscherstation der Klaus Tschira Stiftung Programme, um zu sie zu Ansprechpartnern für die natürliche Neugier der Kinder zu machen. Auch die Studierenden, die sich an der Universität Heidelberg als Physiklehrer ausbilden lassen führt ein mehrwöchiger Kompaktkurs ins Haus der Astronomie. Darüber hinaus arbeiten immer einmal wieder Praktikanten im Haus der Astronomie und Markus betreut wissenschaftliche Abschlussarbeiten. Im Moment ist es oft im Themengebiet der Kosmologie zusammen mit dem <a href="https://www.mpia.de/de">MPI für Astronomie</a> nebenan, z.B.in der Auswertung der <a href="http://www.illustris-project.org/">Illustris-Simulationen</a>. In diesem Computerexperiment wird das Universum von der Urknallphase bis heute erforscht. Neben den Hochglanzthemen wie Sterne und Raumfahrt gibt es aber auch andere Themen, die kommuniziert werden sollten, weil sie in der Physik einen wichtigen Platz haben. Ein Beispiel hierfür sind die zwei Noether-Theoreme. Im ersten wird das extrem allgemeines Resultat formuliert, dass die Existenz von Symmetrie der Existenz einer Erhaltungsgröße entspricht. Es lässt sich noch relativ einfach formulieren und inhaltlich nachvollziehen, aber man braucht sehr tief liegende Mathematik, um das Ergebnis zu beweisen und wirklich zu verstehen, wo der Knackpunkt liegt, der diese Beziehung zwischen Symmetrie und Erhaltungsgrößen greifbar macht. Markus hat in seiner Arbeit zwei Beispiele angeführt, für die man die expliziten Lösungen der Bewegungsgleichungen kennt. Das hilft, in konkreten und elementaren Rechnungen den Zusammenhang von Symmetrie und Energieerhaltung zu sehen. Das erste Beispiel ist die Bewegung im (konstanten) Schwerefeld, das zweite der harmonischer Oszillator. Die Grundidee ist, dass eine Verschiebung des Anfangszeitpunktes bei den Berechnungen die Bahn des Körper nicht ändert. Wenn man zwei unterschiedliche Anfangszustände vergleicht, führt der Koeffizientenvergleich auf Gleichungen, die genau der Energieerhaltung entsprechen (konkret bleibt Summe aus potentieller und kinetischer Energie konstant). Beim harmonischen Oszillator braucht man zusätzlich noch trigonometrische Formeln. Markus wünscht sich noch mehr Zeit dafür, die Materialen konsistenter zu sammeln und aufzubereiten....und wer sich für Weltraum interessiert, sollte <a href="https://twitter.com/dlr_next">DLR_next auf Twitter</a> folgen! <blockquote class="twitter-tweet">Sneak preview: unseren <a href="https://twitter.com/mpoessel?ref_src=twsrc%5Etfw">@mpoessel</a> könnt ihr in Kürze im Podcast <a href="https://twitter.com/modellansatz?ref_src=twsrc%5Etfw">@modellansatz</a> hören. Mit Themen von <a href="https://twitter.com/HdAstro?ref_src=twsrc%5Etfw">@HdAstro</a> und <a href="https://twitter.com/hashtag/wisskomm?src=hash&amp;ref_src=twsrc%5Etfw">#wisskomm</a> bis zu Emmy Noether! <a href="https://t.co/zcSduq9Ke6">pic.twitter.com/zcSduq9Ke6</a>&mdash; Haus der Astronomie (@HdAstro) <a href="https://twitter.com/HdAstro/status/1073248102499401728?ref_src=twsrc%5Etfw">13. Dezember 2018</a></blockquote> <h2>Literatur und weiterführende Informationen</h2> <ul><li> Praktikanten (intl. Sommerpraktikum 2017) haben ihr Projekt - Simulation von Galaxien-Kollisionen - zusammengeschrieben, und es ist jetzt auf <a href="https://arxiv.org/abs/1812.00779 ">arXiv</a></li><li> <a href="http://www.einstein-online.info/">Allgemeine Relativitätstheorie allgemeinverständlich</a> - eines von Markus Pössels Projekten zum Einsteinjahr 2005:</li><li> <a href="https://arxiv.org/abs/1812.10557">M. Pössel: Energy conservation in explicit solutions as a simple illustration of Noether's theorem</a>, Am. J. Phys., in press</li><li> <a href="https://arxiv.org/abs/1812.11589">M. Pössel: Relatively complicated? Using models to teach general relativity at different levels</a></li><li> Informationen über die <a href="http://www.forscherstation.info/">Forscherstation</a> Klaus-Tschira-Kompetenzzentrum für frühe naturwissenschaftliche Bildung:</li><li> Informationen zu <a href="http://www.haus-der-astronomie.de/de/angebote/forschung-praktika">Praktika für Schüler*innen</a> im Haus der Astronomie:</li><li> Informationen zu <a href="http://www.haus-der-astronomie.de/de/angebote/staatsexamensarbeiten">Bachelorarbeiten am Haus der Astronomie</a></li><li> Projekt <a href="http://www.haus-der-astronomie.de/raum-fuer-bildung">Raum für Bildung</a> zur Horizons-Mission von Alexander Gerst (gemeinsam mit DLR und Joachim Herz Stiftung)</li><li> <a href="http://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2011/05/22/der-schonste-satz-der-klassischen-physik/">http://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2011/05/22/der-schonste-satz-der-klassischen-physik/</a></li><li> <a href="https://www.nature.com/articles/d41586-018-07519-2">A: Irwin: Astronomers have an outsize passion for outreach</a> nature, 26 November 2018 </li><li> <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Olberssches_Paradoxon">Olbers Paradoxon</a></li></ul> <h2>Podcasts</h2> <ul><li> <a href="http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2016/05/20/sternengeschichten-folge-182-emmy-noether-und-die-erhaltungssaetze-der-physik/">F. Freistetter: Emmy Noether und die Erhaltungssätze der Physik</a>, Sternengeschichten Podcast Folge 182, 2016.</li><li> <a href="https://www.br.de/mediathek/podcast/die-entdeckungen-grosser-forscher/emmy-noether/44983">E. P. Fischer: Emmy Noether</a>, Die Entdeckungen großer Forscher, BR Podcast, 2013.</li></ul>

Modellansatz 192

Gudrun spricht mit Markus Pössel in Heidelberg. Er ist Physiker und leitet das Haus der Astronomie auf dem Königstuhl dort. Gudrun und Markus kennen sich schon lange aus der Ferne. Sie haben sich auf twitter über Themen ausgetauscht, die mit Wissenschaftskommunikation verbunden sind. Anlass für ein tiefergehendes Gespräches war, dass Markus eine wissenschaftliche Arbeit veröffentlicht hat, in der er einen elementaren Zugang zum ersten Noether Theorem beschreibt mit Hilfe von zwei Beispielen. Kurz nach dem sehr erfolgreichen Experiment #noethember, wo im November 2018 ein Monat lang Emmy Noethers Leben und Forschung in unterschiedlichster Weise erinnert wurde, ist diese Podcastepisode ein etwas verspäteter Beitrag. Markus widmet sich in seiner wissenschaftlichen Arbeit elementaren Zugängen zu faszinierenden physikalischen Themen. Persönlich interessiert er sich dabei insbesondere für die Allgemeine Relativitätstheorie, und insbesondere für deren Anwendungen in der Astrophysik. Dafür ist das Haus der Astronomie als gemeinschaftliche Einrichtung der Max Planck Gesellschaft und der Klaus Tschira Stiftung (mit der Universität und der Stadt Heidelberg als weiteren Partnern) ein geeignetes Dach, denn es wurde dafür gegründet, astronomische Forschung für alle Bevölkerungsschichten erfahrbar zu machen. Der Einstieg in astronomische Themen funktioniert oft gut über Phänomene, die an der Intuition rütteln oder interessante Extreme von Theorien sind. Auch wenn Astronomie selten zum Schulstoff gehört, spricht es Schülerinnen und Schüler direkt an. Dass das Interesse an Astronomie gross ist, zeigt z.B. die ROSE-Studie. Deswegen bietet Astronomie einen so guten Einstieg in MINT-Fächer. Die Wissenschaftler in Heidelberg kommunizieren gern. Jeden zweiten Donnerstag im Monat findet die Vorlesungsreihe Faszination Astronomie über aktuelle Forschungsergbnisse statt. Es gibt außerdem sogenante MPI-Outreach Fellows, die sich besonders für Bildungs-und Öffentlichkeitsarbeit interessieren. Sie werden weitergebildet und in die tägliche Arbeit eingebunden. Neben den regelmäßigen Vorträgen gibt es auch ganz besondere Veranstaltungen wie zuletzt im November mit dem Klangforum Heidelberg, wo es zur Musik eine interaktive Planetariumsvorführung gab. Es werden ständig Fortbildungen für Physiklehrer und -lehrerinnen organisiert. Auch für Grundschullehrkräfte gibt es in Zusammenarbeit mit der Forscherstation der Klaus Tschira Stiftung Programme, um zu sie zu Ansprechpartnern für die natürliche Neugier der Kinder zu machen. Auch die Studierenden, die sich an der Universität Heidelberg als Physiklehrer ausbilden lassen führt ein mehrwöchiger Kompaktkurs ins Haus der Astronomie. Darüber hinaus arbeiten immer einmal wieder Praktikanten im Haus der Astronomie und Markus betreut wissenschaftliche Abschlussarbeiten. Im Moment ist es oft im Themengebiet der Kosmologie zusammen mit dem MPI für Astronomie nebenan, z.B.in der Auswertung der Illustris-Simulationen. (...)

Noether-Theorem

Bei genauem Hinsehen finden wir die Naturwissenschaft und besonders Mathematik überall in unserem Leben, vom Wasserhahn über die automatischen Temporegelungen an Autobahnen, in der Medizintechnik bis hin zum Mobiltelefon. Woran die Forscher, Absolventen und Lehrenden in Karlsruhe gerade tüfteln, erfahren wir hier aus erster Hand.

PODLIST

Modellansatz

Mathematik und ihre Anwendungen

Neue Episoden

Emmy Noether

Modellansatz

Frequenzkämme

Modellansatz

Bestrahlungstherapie

Modellansatz

Gravitationslose Strömung

Modellansatz

Methan

Modellansatz

Nutzerkomfort

Modellansatz

Portrait of Science

Modellansatz

Fluglotsen

Modellansatz

MINToring

Modellansatz

Studienbotschafterinnen

Modellansatz

Risikoentscheidungen

Modellansatz

Noether-Theorem

Modellansatz