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2023 | Buch

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Die Macht der Computermodelle

Quellen der Erkenntnis oder digitale Orakel?

verfasst von: Bernd Simeon

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

Unsichtbar und zugleich omnipräsent, erobern sich Computermodelle ständig neue Anwendungsfelder. Ihre Macht verdanken sie den immensen Kapazitäten moderner Rechnersysteme, und sie wird zusätzlich befeuert durch das maschinelle Lernen aus riesigen Datenbergen.

Digitale Patienten, Szenarien zum Klimawandel, Missionen zu fernen Planeten, das Jonglieren an den Finanzmärkten, die Entwicklung nuklearer Waffensysteme – anhand vielfältiger Episoden und persönlicher Erlebnisse des Autors bietet Ihnen dieses Buch Einblick in eine faszinierende Welt, die zu einer wesentlichen Quelle des Erkenntnisgewinns geworden ist. Doch die unaufhaltsame Mathematisierung schürt auch Ängste: Sind wir, wie Goethes Zauberlehrling, schon tief im Netz der Algorithmen und Computermodelle verstrickt und verlieren die Kontrolle über ihre Macht?

Wie ein modernes Orakel stillen Computermodelle unsere Sehnsucht nach einer berechenbaren Zukunft. Doch es lauern Fallstricke, aufgrund derer ihre Prognosen gravierend danebenliegen können. Blindes Vertrauen beim Laien wie auch starre Modellgläubigkeit beim Experten resultieren dann in Fehlentscheidungen, dem Versagen technischer Systeme oder ökonomischem Desaster. Kann man diesen Fallstricken entgehen?

Zum Lesen dieses Buches benötigen Sie Neugierde sowie Offenheit für Überraschendes, aber keine Fachkenntnisse. Eine Fülle von Abbildungen veranschaulicht die wesentlichen Zusammenhänge, ergänzt um spannende Anekdoten aus Wissenschaft und Technik. Wollen Sie mehr erfahren? Dann kommen Sie mit auf diesen Streifzug durch den Kosmos der Computermodelle.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Streifzug durch eine neue Ära

Zusammenfassung

Computermodelle tasten die Wirklichkeit immer besser ab und haben sich in Kombination mit mächtigen Algorithmen zum wesentlichen Werkzeug des Erkenntnisgewinns entwickelt. Mit diesem Vormarsch der berechenbaren Welt geht eine unaufhaltsame Mathematisierung einher, die sämtliche Wissenschaftsdisziplinen wie auch viele Lebensbereiche tief durchdringt. Die vermeintliche Exaktheit von Zahlen und Formeln und die suggerierte Unfehlbarkeit des Computers erzeugen dabei häufig blindes Vertrauen, schüren aber aber auch Ängste: Sind wir, wie Goethes Zauberlehrling, schon tief im Netz der Computer und Algorithmen verstrickt und verlieren die Kontrolle? Kommen Sie mit auf einen Streifzug durch die aktuelle Entwicklung und lernen Sie anhand von Episoden aus Wissenschaft und Technik die Themen dieses Buches kennen wie auch die Menschen, die die Entwicklung vorantreiben.

Bernd Simeon

Kapitel 2. Die Roboter kommen

Zusammenfassung

Sicher haben Sie sich längst an selbständig arbeitende Rasenmäher und Staubsauger gewöhnt, genauso an den Anblick menschenleerer Fabrikhallen, in denen Industrieroboter rund um die Uhr ihren Dienst tun. Es braucht wenig Fantasie, um sich auszumalen, dass es schon bald sehr viel autonomer agierende Maschinen geben wird, die uns Menschen in vielen Situationen zur Hand gehen oder gänzlich ersetzen. Roboter sind einerseits reale Objekte, die den Gesetzen der Mechanik unterliegen, andererseits erfordern sie ein schnelles Rechnerhirn, auf dem ausgefeilte Algorithmen zur Steuerung implementiert sind. Damit eignen sie sich gut, um das Wechselspiel zwischen der Realität und einem Computermodell als virtuellem Abbild zu erläutern. Daneben lernen Sie eine zentrale Metapher dieses Buches kennen: Ein Papierball wird von einem Fluss transportiert und beschreibt dabei eine Bahnkurve. Was das mit Computermodellen zu tun hat? Lassen Sie sich überraschen.

Bernd Simeon

Kapitel 3. Computermodelle bahnen den Weg

Zusammenfassung

Der Begriff Computermodell steht für all das, was sich mit mathematischen Modellen und Algorithmen beschreiben, erkunden, verstehen und letztlich vorhersagen lässt. Ihr Einfluss wächst beständig und durchdringt Wissenschaft und Technik immer tiefer. Dieses Kapitel stellt exemplarisch Glanzstücke der Entwicklung vor, wobei insbesondere historische Aspekte zur Sprache kommen. Die Erkundung der Geheimnisse des Weltraums wie auch die numerische Wettervorhersage kann man mit Fug und Recht als Meilensteine bezeichnen. Dazu zählen ferner die bereits in den 1960er-Jahren entdeckten chaotischen Systeme, die im Hinblick auf die Analyse des Klimawandels nichts an Aktualität verloren haben. Erfahren Sie mehr über diese Anfänge, die man manchmal auch als die Steinzeit der Computermodelle bezeichnet, und das, was man daraus für die Gegenwart lernen kann.

Bernd Simeon

Kapitel 4. Wo viel Licht...

Zusammenfassung

Der rasante Vormarsch der Computermodelle bleibt nicht ohne Schattenseiten. Das, was mit der heutigen Software möglich ist, und das, was man im strengen Sinne verstanden hat, klafft immer weiter auseinander. Blindes Vertrauen in die Aussagekraft einer Simulation kann daher schnell zu Fehlschlüssen mit teilweise dramatischen Auswirkungen führen. Dieses Kapitel behandelt weitere Themenfelder, in denen Computermodelle unverzichtbar geworden sind, und geht gezielt auf Problemkreise ein. Ob es um das Entwerfen technischer Konstruktionen oder das Jonglieren mit Finanzprodukten geht, bei allem Fortschritt gibt es auch von Pleiten, Pech und Pannen zu berichten. Neugierig geworden? Dann treten Sie zunächst einmal ein in die Welt der Geometrie.

Bernd Simeon

Kapitel 5. Lernende Modelle

Zusammenfassung

Bei genauem Hinsehen umfasst das sich stürmisch entwickelnde Gebiet der künstlichen Intelligenz ein ganzes Bündel an Technologien, die sich meist rund um das maschinelle Lernen entfalten. Die Wissensschätze, die in den heute verfügbaren enormen Datenmengen vermutet werden, sollen mittels ausgefeilter Algorithmen gehoben werden. In diesem Kapitel geht es vor allem darum, das Potential dieser Methoden zu beleuchten, um die auf klassischen Modellierungsansätzen beruhenden Simulationsverfahren weiterzuentwickeln oder gar zu ersetzen. Lässt sich so die Krise der Modelle entschärfen? Ein Ausflug ins Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz erlaubt einen Blick hinter die Kulissen und lässt erahnen, wie vielfältig wir alle in Zukunft mit lernenden und autonom agierenden Systemen zu tun haben werden.

Bernd Simeon

Kapitel 6. Zu neuen Ufern in der Biomedizin

Zusammenfassung

Wie kaum ein anderes Wissenschaftsfeld hat die medizinische Forschung unmittelbare Konsequenzen für jeden von uns. Biologische Prozesse werden zum Teil schon recht lange mithilfe von Computermodellen untersucht, doch nur langsam wächst ihr Einfluss und findet Eingang in die Behandlung von Patienten. Eine wesentliche Herausforderung liegt hier in der Vielzahl an Effekten und Skalen, die ein virtuoses Selektieren und detaillierte Kenntnisse in Medizin, Biochemie und Biophysik erfordern. Wie weit trägt der Ansatz, bei dem der Mensch als biologische Maschine gesehen wird, die es auf Fehler und Auffälligkeiten zu durchleuchten und dann zu reparieren gilt? Computermodelle zum Blutfluss durch das Herz, zur Skelettmuskulatur und zur regenerativen Meniskustherapie illustrieren im Folgenden den Stand der Wissenschaft. Das Thema COVID-19 bietet zudem die Gelegenheit, grundsätzliche Fragen rund um das Spannungsfeld zwischen den Modellen und der Gesellschaft zu beleuchten.

Bernd Simeon

Kapitel 7. Quo Vadis

Zusammenfassung

Welche Einsichten und welche Perspektiven lassen sich aus den Episoden und Streifzügen dieses Buchs ableiten? Um die Zukunft der Computermodelle zu beleuchten, lohnt sich ein Blick zurück auf sieben Dekaden voll rasanter Expansion. Neben dem fachlichen Aspekt geht es in diesem Schlusskapitel um die Rolle der Menschen, die die Entwicklung vorantreiben. Genauso stellt sich die Frage, wie die Gesellschaft mit der zunehmenden Omnipräsenz von algorithmisch ermittelten Analysen, Diagnosen und Prognosen zurechtkommen kann. Andrea Saltelli hat dazu ein Manifest verfasst, das einen empfehlenswerten Leitfaden darstellt. Als zentrale Botschaft empfiehlt er, die eigene Unwissenheit anzuerkennen und die gebotene Skepsis gegenüber den eigenen wie auch den fremden Resultaten stärker ins Bewusstsein zu rücken. Am Ende steht der Versuch eines Ausblicks: Angenommen, Sie leben im Jahr 2035 und blicken auf die heutige Zeit zurück. Was hat sich als wegweisend erwiesen, und an welchen Stellen hätte man besser Korrekturen vorgenommen?

Bernd Simeon

Backmatter

Titel: Die Macht der Computermodelle
verfasst von: Bernd Simeon
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-662-66299-1
Print ISBN: 978-3-662-66298-4
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-66299-1

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