Mathematik ist überall drin

Chirurgie - Medikamente - Nanochips

Prof. Dr. Dr. h.c. Deuflhard
Präsident des Zentrums für Informationstechnik, Berlin

Die Serie der wissenschaftlichen Vorträge aus Anlass der 125-Jahr-Feier des Luitpold-Gymnasiums begann am 23. Januar 2004 wie es einem mathematisch-naturwissenschaftlichen Gymnasium gebührt, mit einem Mathematiker, Peter Deuflhard, einem Absolventen unserer Schule. An die 60 Gäste, Lehrer und Schüler, teils mit Eltern, ehemalige Schüler, davon insbesondere seine damaligen Klassenkameraden, wollten sich die einmalige Veranstaltung mit dem hochkarätigen Fachmann nicht entgehen lassen und hatten sich rechtzeitig einen Platz im großen Musiksaal gesichert.

In Vertretung des Schulleiters begrüßte sein Stellvertreter Gunther Fuchs den bedeutenden Mann und überreichte ihm ein kleines Geschenk unserer Schule: Ein Druck des 125-Jahr-Fest- Fotos. Dem Motto des Abends gemäß deutete Fuchs mit leichtem Schmunzeln die mathematischen Vorarbeiten und Planungen der Aufnahme an.

Peter Deuflhard hat hier 1963 zusammen mit bekannten Wasserburgern - Helmut Hackl, Jim Jäger, Bernd Joa, Ingo Jung, Ferdinand Steffan, Barbara Wenzl, usw. - sein Abitur abgelegt. Obwohl Mathematik mit Musik und Geschichte zu seinen Lieblingsfächern gehört hatte, hatte er zunächst überhaupt nicht daran gedacht, dass sich daraus sein Beruf ergeben könnte, begann er seinen Lebenslauf. Zwar hatte ihm Mathematik immer Spaß gemacht ("Mathematik ist schön", versicherte er glaubhaft der gespannten Zuhörermenge), aber zunächst studierte er in München Physik. Die naturphilosophische Ecke in Richtung zur Quantenmechanik und Relativitätstheorie hatte es ihm angetan.

Erst der Streit mit seinem Physik-Doktorvater über eine mathematische Lösung führte ihn wieder zur Mathematik, zur numerischen Mathematik, die sich in dieser Zeit als die Computermathematik entwickelte. Viele in der klassisch unlösbar scheinenden mathematischen Probleme konnten mit Rechnern in kurzer Zeit numerisch gelöst werden. So hat Deuflhard zum Beispiel eine geeignetere Flugbahn für den Wiedereintritt des Raumtransporters in die Erdatmosphäre erarbeitet und durchkalkuliert. Während bei der NASA-optimierten Flugbahn der Shuttle immer noch auf 1600°C aufheizt, wies Deuflhard nach, dass bei "seiner" Bahnform der Temperaturwert 850ºC nicht überschritten wird. Das Columbiaunglück letztes Jahr hätte es damit nicht gegeben!

Ein wichtiges Lebensziel ist für ihn die Motivierung junger Leute für die Mathematik. Denn so gut wie alle Bereiche unseres Lebens sind mit Mathematik zu bewältigen, auch wenn es der einzelne oft nicht wahrnimmt. Zu dem von Deuflhard bei seinen Vorträgen gern angewandten Spiel, bei dem Zuhörer Lebensbereiche angeben dürfen und er dann den Bezug zur Mathematik herstellt, kam es diesmal leider nicht. Deuflhard ist u.a. Mitbegründer des Zuse-Institut-Berlin (ZIB) bei dem es beachtenswerterweise gelungen ist, die 3 Berliner Universitäten an einen Tisch zu bringen, oder des Berlin Center for Genom Based Bioinformatics.

An einigen Beispielen erläuterte Deuflhard seine Arbeiten:

Krebsbekämpfung
Für die Hyperthermierung, bei der Tumore durch mehrere Sendeantennen punktgenau erhitzt werden, müssen genaue mathematische Modelle der Körper (incl. Tumore) wie der Wellenformen berechnet und angewendet werden.

Chirurgie
3-dimensionale Computermodelle für das Umstellen und Korrigieren von fehlentwickelten oder beschädigten Knochen dienen zur Vorausplanung und Optimierung der Eingriffe. Am Beispiel eines Buben, der ohne Kinn geboren wurde, zeigte Deuflhard, wie die Bewegung vorhandenen Knochenmaterials geplant, diskutiert und optimiert wird oder auch der Gesichtsmuskulatur, damit des Patienten etwa ein Lächeln ermöglicht wird.

Entwicklung von Medikamenten
In einer umfangreichen Molekülbibliothek sind digital die geome-trischen Formen der Wirkstoffmoleküle und ihre Reaktionsweisen und die der Krankheitserreger abgespeichert. Sie werden in Simulationsprogrammen aufeinander abgestimmt, so dass herkömmliche Lebendexperimente weitgehend eingespart werden können, weil das Suchen und Einpassen von Wirkstoffmolekülen zunächst in der Computersimulation abläuft (bcbio). Dabei spielt es eine wichtige Rolle, dass etwa bei Virenmolekülen auch deren Bewegungsdynamik einzurechnen ist.

Nanochips
In heutigen Rechenanlagen wird viel Zeit für Licht-Elektro-Licht-Signalumwandlungen verloren. Ziel ist die "integrierte Optik", bei der der gesamte Datenverarbeitung optisch abläuft. Hier ist noch eine Unmenge Physik, Ingenieurtechnik und Mathematik zu investieren. Zur Zeit wird an so genannten "Photon-Kristalle" gearbeitet, in denen Lichtsignale in 1-nm-Bohrungen (milliardstel Meter!) verlustfrei laufen und "rechnen" sollen.

An den eigenen Fortschritten auf diesem Gebiet zeigte Deuflhard mit Genugtuung, dass kleine Institute wie das ZIB in Spezialbereichen den Eliteuniversitäten durchaus gewachsen oder gar überlegen sein können.

So erhielt der Zuhörer im Verlauf der ebenso beeindruckenden wie kurzweiligen 2 Vortragsstunden des ein gutes Bild von den Möglichkeiten und den derzeitigen Entwicklungen der numerischen Mathematik. Eine Unmenge von Aufgaben erwartet die interessierten, die hier mitmachen wollen, so Deuflhard.  Die Begeisterung für dieses mathematische Arbeiten soll u.a. in Programmen wie "Universitäten gehen in die Gymnasien" erweckt und weitergegeben werden.

Aus dem anschließenden Gespräch mit den Zuhörern konnte man noch allerhand Persönliches vom Referenten zu erfahren. Zum Beispiel Erinnerungen an seine Wasserburger Schulzeit. Insbesondere klang eine besondere Hochachtung vor seinem Mathelehrer, Herrn Ritter, heraus. Schließlich hatte schließlich jeder von der Faszination der Mathematik etwas mitbekommen und spürte vielleicht ein bisschen mit Stolz, dass da "einer von uns" ganz vorne entwickelt und gestaltet.

O. Höchstetter