Wie Algorithmen Daten für PhysikerInnen vorsortieren
Wenn Computer Physik machen
Bild: asch
Raus aus dem Elfenbeinturm: Im Blue Square sollen auch komplexe Felder wie Astro- und Teilchenphysik für die Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden.

Vortrag. Prof. Rhode von der TU Dortmund erklärt der Öffentlichkeit im Blue Square, warum moderne Physik ohne Computer nicht mehr denkbar ist und wie Algorithmen unseren jetzigen und künftigen Alltag beeinflussen.

Immer leistungsstärkere Computer und die zunehmende Digitalisierung verändern unser Leben. Computer können schnell und vor allem kostengünstig sehr große Datenmengen verarbeiten. Prof.  Wolfgang Rhode von der Fakultät für Physik der TU Dortmund gab im Rahmen der Veranstaltungsreihe „Neue Fenster zum Universum: Physik mit dem größten Labor der Welt“ des Blue Squares Einblicke in die Datenanalyse und die Rolle von Computern, Algorithmen und Verfahren des maschinellen Lernens bei astrophysikalischen Experimenten und Messungen. 

Wie jede Wissenschaft arbeitet auch die Astro- und Teilchenphysik an immer sensibleren Messmethoden. Je größer die Sensibilität einer Messung, desto genauer können PhysikerInnen Theorien überprüfen oder besondere Ereignisse beobachten. Die Sensibilität von Messgeräten ist vergleichbar mit der Auflösung eines Bildes. Bei einer schlechten Auflösung können zwei nahe Punkte als ein einziger wahrgenommen werden. Mit steigender Auflösung wird das Bild schärfer und man erkennt zwei getrennte Punkte. Wir kennen das Phänomen in abgeschwächter Form beispielsweise von Videoplattformen wie YouTube oder Netflix. Für eine höhere Auflösung sind aber mehr Bildpunkte notwendig. Im Vergleich: Für eine Auflösung von 1920 x 1080 sind mehr als zwei Millionen Bildpunkte notwendig, für eine Auflösung von 256 x 144 nur circa 36.000. Die höhere Sensibilität der Messgeräte und Methoden führt also auch zu einer steigenden Anzahl an Messpunkten. Die Datenmenge ist so stark angestiegen, dass sie durch Computer verarbeitet werden muss. 

Zufallswerte und Simulationen

AstrophysikerInnen nutzen die sogenannte Monte-Carlo-Simulation, um die entscheidenden Informationen von Hintergrunddaten und Rauschen zu isolieren. Dafür wird ein Computer mit mehreren Theorien gefüttert, in welche dann verschiedene Zufallswerte aus dem Wertebereich eingesetzt werden. Durch die komplexen Theorien entstehen dabei vieldimensionale, komplizierte mathematische Konstrukte. Diese werden mit den Messdaten abgeglichen. Ergeben sich Differenzen zum berechneten „Normalzustand“, dem Hintergrund, können PhysikerInnen daraus Informationen ziehen und berechnen. Durch diese „Vorauswahl“ der Algorithmen müssen WissenschaftlerInnen sich nicht mehr alle Daten angucken, sondern erhalten direkt die potentiell interessanten Messpunkte. 

Universität und Öffentlichkeit verbinden

Das Blue Square versteht sich selbst als Brücke zwischen der Ruhr-Universität Bochum und den Bochumer BürgerInnen. Wissenschaft soll aus dem akademischen Elfenbeinturm und für BürgerInnen greifbar werden.  Daher wurde, wie bei jedem Vortrag im Blue Square, im Anschluss eine ausgiebige Diskussion mit Fragen der Öffentlichkeit geführt. Auch für die GästInnen ist der Spagat zwischen Wissenschaft und reduzierter Komplexität für NichtphysikerInnen gelungen: „Das war ein guter Mittelweg zwischen komplexen Themen und guter Umschreibung“, erzählt ein Gast. Es sei super interessant, zu sehen, wie wissenschaftlich „in quasi Star-Trek-Dimesionen“ gearbeitet wird. 

:Andreas Schneider

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