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: KOPF IM BILD

BLICK INS ALL

„Die Frage nach dem Platz der Menschheit in den Weiten des Universums ist so alt wie die Menschheit selbst“, sagt Christiane Helling. „Das Institut für Weltraumforschung nimmt wegweisend an der Beantwortung dieser Frage teil.“ Am Institut für Weltraumforschung IWF der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Graz ist Helling seit Oktober Direktorin. Die Astrophysikerin, zuvor Direktorin des St Andrews Centre for Exoplanet Science und Dozentin für Astronomie und Physik an der University of St Andrews in Schottland, konzentriert sich in ihrer Forschung auf die chemische Vielfalt von Exoplaneten und Braunen Zwergen, Himmelskörpern mit einer Sonderstellung zwischen Sternen und Planeten. Sie bringt einen fächerübergreifenden Ansatz mit. „Das IWF ist in der einmaligen Lage, die klassische Sonnensystem- und Plasmaforschung mit dem sehr jungen Forschungsgebiet der Exoplaneten zu verbinden. Das ermöglicht Synergien und die Erweiterung unseres Wissens über bisher unbekannte Welten.“

TEXT: USCHI SORZ FOTO: CHRISTOPHER MAVRIC

: JUNGFORSCHERINNEN

USCHI SORZ

Die Vienna School of Mathematics (VSM) ist ein Doktoratsprogramm der mathematischen Institute von Universität Wien und TU Wien für exzellente Studierende. Die drei forschen hier

Eva-Maria Hainzl, 31, Institut für diskrete Mathematik u. Geometrie, TU Wien

Mathematik sieht die Steirerin als Kreativberuf. Sie muss es wissen, hat sie doch zunächst an der Kunstuniversität Graz ein Studium der Bühnen- und Kostümgestaltung absolviert und am Theater sowie als Grafikerin gearbeitet. „Ich wollte immer etwas Kreatives machen“, erzählt sie. „Doch mein Exfreund, der selbst Physik studierte, sang und Klavier spielte, überzeugte mich, dass Mathematik so kreativ und spannend wie die Kunst ist. Mittlerweile kann ich das nur bestätigen.“ 2020 hat sie ihr Mathematikstudium an der TU Graz abgeschlossen, nun forscht sie „zur scheinbar einfachsten Aufgabe der Welt: dem Abzählen“. Im Fachgebiet Kombinatorik verwendet man dazu allerdings tiefgreifende Techniken, etwa aus der Wahrscheinlichkeitstheorie oder der komplexen Analysis.

Michael Sedlmayer, 28, Forschungsnetzwerk Data Science, Universität Wien.

Die Zeitlosigkeit der Mathematik hat mich schon als Schüler fasziniert“, sagt der Doktorand. „Der Satz von Pythagoras etwa gilt heute noch wie vor über 2.000 Jahren.“ Das maschinelle Lernen hingegen, ein Anwendungsgebiet von Sedlmayers Forschung zu speziellen Optimierungsproblemen, ist ein Zukunftsthema. „Ich arbeite gerade mit einer Forschungsgruppe am Institut für Geschichte zusammen, wo wir es u. a. zur Klassifikation altertümlicher armenischer Manuskripte verwenden wollen.“ Auch eine Entscheidungslogik für das Heizen von Rotorblättern beschäftigt ihn, es soll dem Vereisen von Windkraftanlagen entgegenwirken. Hinter all dem stecken Optimierungsalgorithmen. Sie kommen bei Fragen zum Einsatz, die herkömmliche Methoden nicht lösen können.

Claudia Wytrzens, 31, Institut für Mathematik,

Universität Wien. Ein Job am AIT (Austrian Institute of Technology) im Bereich Biomedical Systems hat während ihres Studiums der Technischen Mathematik an der TU Wien den Grundstein für ihre Begeisterung für Biomathematik gelegt, sagt die Wienerin. Sie entwickelt komplexe Modelle, um Zusammenhänge zwischen Strukturen im menschlichen Körper herstellen zu können und so etwa die Entstehung und das Verhalten von Fettgewebe besser zu verstehen. „Es gibt die Atome, die sich zu Molekülen verbinden und Zellen bilden, es gibt Gewebe und Organe, es gibt die Körperteile und schließlich den Körper als Gesamtheit. Jede dieser Ebenen kann für sich analysiert und mathematisch modelliert werden. Die Herausforderung ist es nun, all die einzelnen Erkenntnisse und Detailebenen zu vereinen.“

CHRISTOPH PONAK

: KLIMATECHNOLOGIE

MARTIN HAIDINGER

: HORT DER WISSENSCHAFT

Auch Verzicht Europäische Zivilisation

Wenig beachtet wird, welche enormen Mengen an Ressourcen nötig sind, um die als vorrangige Klimarettung propagierte Energiewende zu vollziehen. Insbesondere braucht sie Beton, Stahl, Aluminium, Kupfer, Silizium, Verbundwerkstoffe sowie Glas. Sie werden alle mit CO2 intensiven Verfahren hergestellt. Im Zeitraum, den wir zur Abwendung einer Erderwärmung von über 2 °C noch haben – rund 15 Jahre, CO2 budgetbasiert –, zeichnet sich nicht ab, dass diese Verfahren ausreichend schnell zu ersetzen sind. Wären deren Produktionskapazitäten global verfügbar, würde ihre Herstellung einen signifikanten Teil des CO2-Budgets zur Einhaltung der Pariser Klimaziele verschlingen. Österreich steht vor einem weiteren Problem: Wir produzieren nur einen vernachlässigbar kleinen Anteil des eigenen Grundstoffbedarfs für die Energiewende.

Setzt das Land auf Windkraft und Fotovoltaik, wird es Ressourcen importieren müssen, die auch anderswo gebraucht werden. Das verursacht zusätzlich CO2-Emissionen in Regionen, deren Ausstoß nicht in unserem (rechnerischen) nationalen Budget aufscheint. Bei einem Anteil von 0,1 Prozent der Weltbevölkerung beträgt der österreichische Anteil am globalen CO2 Budget rund 420 Megatonnen – der jährliche Ausstoß etwa siebzig Megatonnen, was uns sechs Jahre gibt, das Steuer herumzureißen. Zudem entspricht der CO2-Ausstoß Europas erst seit Kurzem in etwa seinem Anteil an der Weltbevölkerung (ca. neun Prozent). Kumuliert verursachte Europa seit Beginn der Industrialisierung jedoch über zwanzig Prozent des ausgestoßenen Treibhausgases. Wir haben daher keinen Anspruch darauf, unseren Lebensstil unverändert zu lassen und unseren Treibhausgasausstoß allein durch den Ausbau erneuerbarer Energiequellen zu verringern – so wichtig deren Rolle auch ist. CO2-Neutralität muss mit Anpassungen des Lebensstils und Bewusstseinsbildung einhergehen. Das wird unangenehm sein und sich wie Verzicht anfühlen. Tatsächlich dient es dem Selbstschutz, weil niemand von den Folgen des Klimawandels verschont bleiben wird. Reiche Nationen haben eine Verantwortung für den Globalen Süden und müssen zur Technologieentwicklung eine radikale Änderung ihres Lebensstils vornehmen.

MEHR VON CHRISTOPH PONAK: ENGINEERS FOR A SUSTAINABLE FUTURE: WWW.ESFUTURE.AT WWW.SHIFTTANKS.AT Nach den Blutbädern des Dreißigjährigen Kriegs in Europa und des Bürgerkriegs in Großbritannien wurde in der Bill of Rights der Rechtsstaat festgeschrieben, eine harmonische Ordnung des Gleichgewichts der öffentlichen Gewalten zwischen König und Parlament.

Den Engländern mit ihrer Staatskirche leuchtet ein, was ihnen der Staatsrechtler Thomas Hobbes in seinem Werk „Leviathan“ ausrichtet, dass die Zeit des Kriegs zwischen den Konfessionen vorbei sei, da der Staat mit seinem Gewaltmonopol sowohl Gesetze macht als auch die „Confession“ bestimmt, während „Faith“, also der private Glaube, den Einzelnen überlassen bleibt. Das deckt sich mit dem christlichen Postulat: „So gebet dem Kaiser, was des Kaisers ist, und Gott, was Gottes ist!“ Hobbes begründet jenes Prinzip des Gesellschaftsvertrags, der sich in Europa nach und nach, wenn auch krötenlangsam und mit vielen Sündenfällen, durchsetzt.

Etwa in dieser Zeit entwickelt auch Isaac Newton seine Gravitationslehre, die das Universum als sich selbst erhaltende Welt stillwaltender Gesetzmäßigkeiten beschreibt. Was für das Weltall gilt, muss auch auf den menschlichen Geist übertragen werden können, der ebenso in sich selbst bestehend von allen willkürlichen Einflüssen frei gedacht wird. Der Philosoph John Locke bringt 1689 sein Hauptwerk „Versuch über den menschlichen Verstand“ heraus. Ein Hauptpunkt: Alles übersinnliche Wissen ist nur das Resultat unserer eigenen Geistestätigkeit. Dieser Dampfhammer zerschmettert die theologischen Gedächtnisübungen aller Konfessionen. Nach Locke sind sie überflüssig. An ihre Stelle tritt die praktische Belehrung und Geistesentwicklung aufgrund einer genauen Beobachtung und Erkenntnis der Natur und der Menschenwelt.

Mit der Trennung von Gemeinwesen und Religion tritt die Sittlichkeit aus dem Schatten der Dogmen. Lebenszweck wird die Glückseligkeit. Sie wurzelt nicht im Bibelglauben, sondern in der irdischen Verwirklichung der Ideen des Guten, Wahren und Schönen.

Das nennt man europäische Zivilisation.

Bis heute tobt der Kampf zwischen dem von Hobbes bemühten Fabelwesen „Leviathan“, der reifen, staatlichen Ordnung, und seinem Widersacher, dem Ungeheuer „Behemot“, dem durch Fanatismus und Sektierertum hervorgerufenen Chaos. Bei Hobbes zivilisiert erst der Staat im Sinne des Leviathan die Gesellschaft, doch die Gefahr des Rückfalls in primitiven Aberglauben atavistischer Kulturen besteht jederzeit. Und jetzt reden wir einmal über die „Scharia“ …

: FINKENSCHLAG

HANDGREIFLICHES VON TONE FINK TONEFINK.AT

ZEICHNUNG (AUSSCHNITT) FLORIAN FREISTETTER

: FREIBRIEF

Setzen – fünf!

Eine Politikerin schreibt eine

Diplomarbeit, die von ihrer Hochschule mit einem „Sehr gut“ beurteilt wird. Später tauchen Zweifel auf, es gibt Plagiatsvorwürfe. Eine Kommission urteilt, dass es „Mängel bei der Einhaltung der Standards guter wissenschaftlicher Praxis“ gegeben hat. Konsequenzen: keine. Die Politikerin behält ihren akademischen Grad, auch an der Note ändern sich nichts. Das wirft Fragen auf: Wie kann es sein, dass eine Arbeit, die offensichtlich mangelhaft ist, dennoch mit einem „Sehr gut“ beurteilt wird?

Natürlich machen Menschen Fehler. Das gilt für Studierende, die Arbeiten schreiben, ebenso wie für diejenigen, die sie beurteilen. Selbst wenn man in diesem Fall naiverweise davon ausgeht, dass die Mängel einfach „nur“ übersehen worden sind, hätte man doch spätestens nach ihrer Aufdeckung reagieren müssen.

Das ist nicht ausreichend passiert. So muss sich die Hochschule nun den Vorwurf fehlender Standards gefallen lassen. Wenn eine mangelhafte Arbeit zu einem Abschluss mit Bestnote führen kann, läuft etwas falsch. Entweder werden Studierende dort nicht gut genug ausgebildet, um vernünftige Arbeiten schreiben zu können. Oder den wissenschaftlichen Mitarbeiter*innen fehlt die Expertise, um Mängel zu entdecken. So oder so gibt es ein großes Problem.

Das ist natürlich unfair, denn die allermeisten, die dort arbeiten oder studieren, werden das ordentlich und seriös tun. Die Hochschule hat jedoch jegliches Vertrauen verspielt und ihren mühsam aufgebauten Ruf zerstört. Ein Abschluss dort wird in den Augen der Öffentlichkeit und denen der wissenschaftlichen Gemeinschaft weniger wert sein als an anderen Hochschulen. Wie soll man sicher sein können, dass nicht auch in anderen Fällen eine mangelhafte Arbeit mit „Sehr gut“ beurteilt worden ist?

Vor allem aber ruiniert so ein Fall jede Motivation bei allen, die es mit der Wissenschaft ernst meinen – und das ist immer noch die Mehrheit. Wenn man so deutlich gezeigt bekommt, dass es völlig egal ist, ob man sich anstrengt und vernünftige Forschung betreibt, weil man auch mit einer mangelhaften Arbeit prima durchkommt: Wer soll sich dann noch anstrengen wollen? Wer soll die Wissenschaft dann noch ernst nehmen?

MEHR VON FLORIAN FREISTETTER: HTTP://SCIENCEBLOGS.DE/ ASTRODICTICUM-SIMPLEX

NACHRICHTEN AU S F ORSCHUNG U ND W ISSENSCHAFT

Seiten 6 bis 9

Wie Wissenschaft in unsere alltäglichen Lebensumstände eingreift und sie verändert

: GEBIRGSFORSCHUNG

Österreichs Gletscher zerbröseln

Im Sommer verlorene Masse wird im Winter nicht mehr neu gebildet

JOCHEN STADLER

Durch den Klimawandel schmelzen die Gletscher in Österreich nicht nur immer schneller ab, sie zerfallen oft sogar regelrecht und stürzen in sich zusammen, berichtet Lea Hartl vom Institut für Interdisziplinäre Gebirgsforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW). „Nur wenige, sehr kleine Gletscher, die kaum mehr als solche zu erkennen sind, haben sich ein bisschen einem Gleichgewicht angenähert“, sagt sie. Diese Exemplare haben in der Regel das Glück, dass sie von Lawinen mit sehr viel Schnee gespeist werden.

Hartl untersuchte mit „Machine Learning“-Algorithmen den Schwund der heimischen Gletscher in den vergangenen Jahrzehnten. Zunächst waren die Verluste noch recht gleichmäßig verteilt, die Fließbewegung konnte das Abschmelzen an den Zungen teilweise ausgleichen. „Das ist immer weniger der Fall“, sagt die Forscherin: „Manche Gletscherzungen zerfallen regelrecht.“ Viele Seitenarme verlören außerdem die Verbindung zu den Hauptzungen.

Gletschertore und andere unterspülte Bereiche stürzen in sich zusammen. Solche Phänomene entfernen die Gletscher immer weiter von einem Gleichgewichtszustand, bei dem sie die im Sommer verlorene Masse in der kalten Jahreszeit wieder dazugewinnen, erklärt die Forscherin: „Die Ergebnisse reihen sich in das Gesamtbild der weltweit rapiden Gletscherveränderungen ein, das kürzlich auch im Bericht des Weltklimarates veröffentlicht wurde.“

: KOGNITIONSPSYCHOLOGIE

Das Gehirn ist ohne Körper nicht annähernd so schlau

Tröten, Prusten, Grummeln, Schnauben – so sprechen Elefanten mit uns

Still sitzen und lernen? Nicht ideal, denn man lernt besser und merkt sich etwas leichter, das man mit Bewegungen unterstreicht

JOCHEN STADLER

Muskelbewegungen unterstützen das Gehirn kräftig beim Denken und Lernen, erklärt die Linzer Kognitionspsychologin Manuela Macedonia. Beim Wiedererkennen eines samt Gesten erlernten Wortes schwappt sogar eine Aktivierungswelle durch die Nervenbahnen bis in die Unterarme, berichtet sie im Fachjournal „Scientific Reports“. „Lernt man Begriffe zusammen mit Bewegungen, merkt man sie sich leichter“, sagt Macedonia, die am Institut für Information Engineering der Universität Linz forscht. „Dann profitiert man nämlich von der ausgezeichneten Merkfähigkeit des Bewegungsapparats.“

Will man sich eine Einkaufs- oder Vokabelliste nur mit Durchlesen einprägen, lernt man sie schlechter und vergisst alles schneller, als wenn man bei jedem Wort eine Bewegung durchführt, erklärt die Forscherin: Dann schalten sich zwei Gedächtnissysteme für die Aufgabe zusammen: Jenes für „Wissen“ (das deklarative Gedächtnis) und jenes für „Können“ (das prozedurale Gedächtnis).

Leider herrscht die überholte Weisheit, dass Körper und Geist streng zu trennen sind: „Kinder sol-

Manuela Macedonia, Universität Linz

len in der Schule ruhig sitzen und Inhalte aufnehmen, die rein geistiger Natur seien.“ In Wirklichkeit sei eine „rein geistige Natur“ bloß ein Hirngespinst. Weil die mentalen Fähigkeiten eng mit körperlichen Grundlagen verbunden sind, wäre es viel sinnvoller, wenn sie sich beim Lernen bewegen dürften.

: VERHALTENSBIOLOGIE

Die grauen Riesen können Menschen auf Zurufe mit ganz verschiedenen Tönen erwidern, einer hat sieben unterschiedliche drauf

JOCHEN STADLER

Elefanten antworten Menschen mit Tröten, Prusten, Grummeln, Schnauben und anderen Tönen auf Wortkommandos, berichten Zoologen des Departments für Verhaltens- und Kognitionsbiologie der Universität Wien. Betreuer der Dickhäuter in Zoos, Reservaten und Tierschutzstiftungen in Österreich, Deutschland und Afrika lehrten sie, auf verschiedene Worte mit bestimmten Lautäußerungen zu erwidern.

Angela Stöger und Anton Baotic besuchten dreizehn Afrikanische Elefanten (Loxodonta africana) und ihre Betreuer und beobachteten sie bei der Kommunikation. Sie achteten besonders darauf, wie akkurat die Vierbeiner gelernt hatten, auf Signale der Zweibeiner passende Laute von sich zu geben. Die Elefantendame Iqhwa im Zoo Schönbrunn in Wien kann zum Beispiel auf Kommando tröten und Mogli im Dresdner Zoo zusätzlich schnauben. Der Elefantenbulle Jabu in der „Living with elephants foundation“ in Botswana beherrscht sogar sieben Möglichkeiten, sich akustisch zu artikulieren.

Fast immer – bei mehr als 96 Prozent der Zwiegespräche – antworteten die Elefanten korrekt, berichten die Forscher im Fachjournal „Philosophical Transactions of the Royal Society“. Die Tiere erfüllten laut ihren Beobachtungen alle Anforderungen für Tonäußerungslernen: Laute auf ein Signal hin zu produzieren, auf ein anderes Zeichen hin wieder still zu sein und unterschiedliche Töne auf Kommandos hin auszuführen.

: MATHEMATIK

Dicke Luft in Zahlen ausgedrückt

Iris Rammelmüller berechnet, wie sich Schadstoffe ausbreiten

USCHI SORZ

„Die Klimakrise macht mein Dissertationsthema aktuell“, sagt Iris Rammelmüller. Die Mathematikerin entwickelt an der vom FWF geförderten Doctoral School „Modeling – Analysis – Optimization of discrete, continuous, and stochastic systems“ an

Iris Rammelmüller, Universität Klagenfurt

der Universität Klagenfurt Modelle, mit denen sich die Schadstoffbelastung der Luft berechnen lässt. Dabei bewegt sie sich an der Schnittstelle von Statistik, einem Teilgebiet der Mathematik, und Physik. „In meiner Arbeit trifft die präzise mathematische Sprache auf komplexe Alltagsphänomene“, schildert sie das für sie Reizvolle daran. „Herausfordernd ist, dass es nur wenig Literatur zu dieser Fragestellung gibt.“

Freigesetzte Schadstoffe werden vom Wind erfasst und vermischen sich mit sauberer Umgebungsluft, die Belastung ist also beeinflusst von meteorologischen Bedingungen. Wegen der vielen Gebäude sind diese in Städten ungleichmäßig verteilt, was die Modellierung erschwert. Rammelmüller befasst sich aber auch mit alpinen Regionen und Industriegebieten. „Da geht es etwa um Emissionen, die aus einer Fabriksanlage austreten.“ Zudem testet sie anhand konkreter Messdaten die Anwendbarkeit ihrer Modelle in der Praxis.

Das Potenzial des zugrunde liegenden mathematischen Verfahrens ist groß, wie man zurzeit auch beim ähnlich gelagerten Thema Aerosole sieht. „Solche Probleme zu untersuchen hilft, Gefahrensituationen im Vorhinein zu erkennen. Im Idealfall finden wir adäquate Lösungen.“

Das Zusammenspiel von Theorie und Praxis fasziniert die Oberösterreicherin, die in Salzburg Mathematik studiert hat, schon seit ihrer Schulzeit an der Welser HTL für Elektrotechnik. Auf ihrem wissenschaftlichen Weg hat sie heuer die Teilnahme am 70th Nobel Laureate Meeting in Lindau bestärkt. „Die Nobelpreisträger*innen wissen genau, dass in der Forschung nicht immer alles glatt läuft. Sie haben eindrucksvoll vermittelt, wie man sich davon nicht unterkriegen lässt.“