Gesundheit: Mathe macht’s

Stellen Sie sich vor, plötzlich fahren weniger Busse und Bahnen, aber die Fahrgäste haben kürzere Wartezeiten. Oder die Antennen im Funknetz werden um 30 Prozent ausgedünnt, aber die Kunden haben einen besseren Empfang. „Das widerspricht der Intuition“, sagt Martin Grötschel. Gegen mathematische Gesetze verstoßen derartige Forschungsergebnisse nicht.

Grötschel reist mit verblüffenden Resultaten um den Globus. Der Generalsekretär des Mathematik-Weltverbandes fliegt nach Washington, wo das zuständige Ministerium die Energieversorgung modernisieren möchte, und schickt seine Mitarbeiter nach Sydney, wo sie die Hafenlogistik optimieren. „Inzwischen kommen die Australier auch nach Berlin“, sagt er lachend. Will heißen: ins Forschungszentrum „Mathematik für Schlüsseltechnologien“, kurz: „Matheon“.

Das Zentrum mit seinen 200 Mitarbeitern, darunter 40 Professoren, hat die Mathematik weit über die Landesgrenzen hinaus sichtbar gemacht. Es wird von den drei Berliner Universitäten, dem Konrad-Zuse-Zentrum und dem Weierstraß-Institut gemeinsam getragen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft unterstützt es mit jährlich 5,5 Millionen Euro.

Mit dem „Fest der Mathematik“ am heutigen Donnerstag feiern Grötschel und seine Kollegen aber nicht nur die zweite vierjährige Förderperiode des Matheons. Die Berliner Mathematiker, die seit der Ausrichtung des Weltkongresses vor acht Jahren enger zusammengerückt sind, haben es geschafft, ihre drei Hochschulen auf ein weiteres Gemeinschaftsprojekt zu verpflichten: die Gründung einer Talentschmiede. Die „Berlin Mathematical School“ erhielt beim Elite-Wettbewerb einen Zuschlag von 1,1 Millionen Euro pro Jahr. „Die Zusammenarbeit zahlt sich für alle aus“, sagt Grötschel. Der 58-Jährige ist Sprecher des Matheons und hat dessen Erfolgsgeschichte genauso mitgeschrieben wie Peter Deuflhard oder Jürgen Sprekels. Seine weltweit gefragten Computeralgorithmen entwickelt er aus der „diskreten Mathematik“. Grötschel rechnet ausschließlich mit ganzen Zahlen, nummeriert Bustouren und Verkehrsknotenpunkte, ermittelt Weglängen und stellt Preisgleichungen auf.

„Bei mir hat alles mit dem Telebus angefangen.“ Zu Beginn der 90er Jahre entwarf er mit seinen Mitarbeitern ein Computersystem für den in finanzielle Schwierigkeiten geratenen Behinderten-Fahrdienst. Die Berliner Telebus-Zentrale stellte ihre täglich 1500 Fahrten damals noch per Hand zusammen. Mit einer automatisierten Routenplanung konnte der Telebus-Dienst trotz des stagnierenden Jahresetats fast ein Drittel mehr Fahraufträge bewältigen. Die Busse brachten mehr Menschen an ihr Ziel – und fuhren pünktlicher. Grötschel ahnte seinerzeit nicht, wie viele Ableger die Software bekommen sollte. Nach und nach verbesserten er und andere Forscher die mathematischen Modelle und damit Bus-, Straßen- und U-Bahn-Fahrpläne von Dublin bis Dubai. Die Berliner Verkehrsbetriebe sparen so jährlich Millionenbeträge ein.

Rolf Möhring von der TU optimierte auch die U-Bahn-Fahrpläne der BVG. Seither steigen die werktags 1,4 Millionen Fahrgäste in der Hauptstadt schneller um, die BVG braucht einen Zug weniger. Etwa zur gleichen Zeit wurde das 7800 Kilometer lange Berliner Trinkwassernetz mit seinen über 250 000 Haushaltsanschlüssen von Wissenschaftlern des Zuse-Zentrums mathematisch durchgespült – es lässt sich heute energiesparender und kostengünstiger betreiben.

Das Matheon bündelt die Kompetenzen in angewandter Mathematik in einer für Deutschland bislang einzigartigen Weise. Hier finden Ärzte Ansprechpartner, die ihnen helfen, die Strahlung bei der Behandlung von Patienten möglichst gut zu fokussieren, Mobilfunkanbieter holen sich Rat für die Aufstellung ihrer Antennen, Banken stoßen auf neue Ideen, wie sie ihre Gewinne durch eine schnelle Entscheidungsfindung im Computerhandel an der Börse steigern oder Liquiditätsrisiken besser einschätzen können. Die Deutsche Bank hat soeben zugesagt, zu diesem Zweck ein Institut in Berlin mit zwei Stiftungslehrstühlen und drei Millionen Euro jährlich auszustatten. Direktor des Instituts wird der TU-Finanzmathematiker Alexander Schied.

„Man glaubt gar nicht, wie die Mathematik boomt“, sagt Raman Sanyal. Der 28-Jährige ist einer der ersten Stipendiaten der „Berlin Mathematical School“ (BMS), die Nachwuchswissenschaftler aus aller Welt anziehen soll. Sanyal ist in Berlin geboren. „Mit acht Jahren habe ich meinen ersten Computer bekommen“, erzählt er, schließt den Besprechungsraum im 6.Stock des TU-Mathegebäudes auf und wirft die Espressomaschine an. „Der Computer war für meine Spiele nicht lange zu gebrauchen.“ Die Not machte aus Sanyal einen Programmierer. Als Schüler gab er Computerkurse in Wedding, später studierte er Informatik – neben einem Vollzeitjob als Softwareentwickler.

Trotz guter beruflicher Aussichten als Informatiker schwenkte Sanyal zur Mathematik um. „Ich mache meine Promotion mit einer irrsinnigen Begeisterung.“ Er spricht von Dreiecken und Krümmungen, von möglichen Perspektiven auf eine vierdimensionale Welt, von ideal geformten Autokarosserien. Ab und an kommen lässig gekleidete Studenten und Professoren ins Zimmer. Beim Kaffee tauschen sie ihre Gedanken aus und malen mit Kreide an eine der beiden fahrbaren Tafeln. Wer hier seine Ideen zur Diskussion stellt, merkt schnell, ob er auf dem richtigen Weg ist.

In der TU ist die angewandte Mathematik eng mit ingenieurwissenschaftlichen Fragestellungen verbunden, an der FU dominieren Projekte in den Lebenswissenschaften. Die Humboldt-Uni pflegt die Finanz- und reine Mathematik. „In der Kombination der drei Unis können wir jedem, der nach Berlin kommt, ein phantastisches Angebot machen“, sagt Günter Ziegler, BMS-Sprecher und Präsident der Deutschen Mathematiker-Vereinigung. „Unsere Konkurrenten sind die großen amerikanischen Graduiertenschulen.“ Zieglers Ziel: Unter den Doktoranden an der BMS sollen 50 Prozent Ausländer und 50 Prozent Frauen sein.

Caroline Lasser ist bereits einen Schritt weiter als Sanyal. Die 31-Jährige, vor einem Jahr Mutter geworden, leitet eine eigene Nachwuchsgruppe im Matheon. Sie ist in der Welt der Moleküle zu Hause. Wenn sich die Laserphysik weiter so rasant entwickelt wie in den letzten Jahren, werden Wissenschaftler chemische Reaktionen zwischen einzelnen Molekülen bald im Detail abbilden können. Caroline Lasser versucht, diesen Tanz der Moleküle mathematisch zu beschreiben. „Bisher werden die Bewegungen der Atomkerne und der leichteren Elektronen bei solchen Rechnungen voneinander getrennt“, sagt sie. Aber die Methode liefert schlechte Ergebnisse, sobald ein Molekül auch nur Licht aufnimmt und in einen energiereichen Zustand wechselt. Die Quantenmechanik erfordert hier Wahrscheinlichkeitsanalysen und eine komplexe Mathematik. „Wenn man in so einem Gebiet mit neuen mathematischen Modellen kommt, muss man erst einmal zeigen, dass man besser ist.“

Die junge Forscherin malt die Molekülbestandteile an die Wandtafel im Konferenzraum des „Pi-Gebäudes“ der Freien Universität. Sie schraffiert die Energieflächen des Moleküls und skizziert numerische Verfahren. Im Hintergrund blubbert die Espressomaschine.Vielleicht werden Lassers Gedanken bald die synthetische Chemie beflügeln. „Ein Mathematiker ist eine Maschine, die Kaffee in Theoreme verwandelt.“ Ein Bonmot, das unter Mathematikern kursiert. Caroline Lasser hält wie Raman Sanyal einen ziemlich großen Henkelbecher in ihren Händen.

Das „Fest der Mathematik“ beginnt heute um 17 Uhr im TU-Hauptgebäude. Informationen unter: www.matheon.de/fest_der_mathematik.pdf