Supercomputer als Politikberater?

2006 schlug Deep Fritz den damaligen Weltmeister Wladimir Kramnik. 2011 triumphierte Watson in der US-Rateshow Jeopardy über zwei menschliche Mitspieler. Supercomputer werden immer intelligenter, durch Simulationen sollen sie nun auch die Zukunft vorhersagen. Welche Chancen und Risiken sich ergeben, und wo Computerprognosen an ihre Grenzen stoßen, beleuchtet kurz vor der Supercomputing-Konferenz in Hamburg Michael Resch, Direktor des Höchstleistungsrechenzentrums Stuttgart, im Interview.

Supercomputer sollen zunehmend auch gesellschaftliche Entwicklungen darstellen, etwa die Folgen von Flüchtlingsströmen berechnen oder die Verkehrsentwicklung voraussagen. Dafür braucht es komplexe Simulationen – wie werden diese Simulationen erstellt?

Supercomputer als Politikberater? mit Professor Michael Resch

Die Basis jeder Simulation ist ein Modell. Die Aufgabe des Modells ist es, alle relevanten Wechselwirkungen darzustellen. Wenn man so ein Modell hat, kann man daraus eine mathematische Beschreibung machen. Diese wiederum kann man in ein Programm überführen und dann den Rechner mit der Berechnung beauftragen. Wesentlich ist diese Abfolge von Schritten. Kritisch sind die Übergänge. Habe ich das richtige Modell? Übertrage ich also die Realität wirklich vollständig in das Modell? Ist meine mathematische Beschreibung korrekt? Ist mein mathematischer Lösungsansatz korrekt? Ist mein Programm korrekt? Es gibt viele Fehlerquellen, und man muss immer konsequent den Fehler im Auge haben, wenn man simuliert.

In welchen wissenschaftlichen Disziplinen sind Simulationen üblich? Wer initiiert sie und was verspricht man sich davon?

Simulationen sind Hilfswerkzeuge. Traditionell stammen Simulationen aus dem Bereich der Physik und Ingenieurswissenschaften. Ziel ist dabei die bessere Verständlichkeit einer Fragestellung. Notwendig war dabei immer schon die Zusammenarbeit unterschiedlicher Disziplinen. Für die Lösung von Ingenieursproblemen sind etwa die Arbeiten des deutschen Mathematikers David Hilbert (1862-1943) von herausragender Bedeutung. Ohne seine Arbeiten wäre vieles nicht möglich, was wir heute im Automobilbau oder in der Luft- und Raumfahrt machen.

In den letzten Jahren sind Simulationen auch in andere Bereiche eingedrungen. Beispiele dafür sind Wirtschaftssimulationen und Simulationen im Sozialbereich. In diesen Bereichen wird die interdisziplinäre Arbeit noch wichtiger. Darüber hinaus wird Simulation aber auch so wichtig in der Gesellschaft, dass sich Soziologen und Philosophen damit auseinandersetzen. Im Mittelpunkt stehen dabei Fragen der Bedeutung und Auswirkung von Simulation. In der Soziologie gibt es hier interessante Ansätze von Prof. Ortwin Renn, der sich insbesondere mit den Aspekten des Risikos auseinandersetzt. In der philosophischen Diskussion hat Prof. Winsberg vor kurzem ein sehr spannendes Buch zum Thema „Science in the age of computer simulation“ vorgelegt, in dem er der Frage nachgeht, was Simulation ist und was sie bedeutet. Diese Ansätze müssen in Zukunft zusammengeführt werden. Deshalb haben wir vom HLRS vor einigen Jahren eine Diskussionsreihe zu diesem Thema gestartet.

Wie zuverlässig sind diese Simulationen?

Simulationen sind nur so zuverlässig wie die verwendeten Modelle. Wird ein vereinfachtes Modell eingesetzt, so bekommt man auch nur vereinfachte Aussagen. Wir müssen also in erster Linie an den Modellen arbeiten, um deren Zuverlässigkeit zu erhöhen. Im Bereich der klassischen Strömungsmechanik gelingt uns das schon sehr gut. Prof. Göde hat etwa eine Wasserturbine ausschließlich durch Simulationen und gänzlich ohne Experimente entworfen. Aus dem Computermodell wurde die reale Turbine eins zu eins in ein Produkt übertragen, wurde von der ENBW eingebaut und lieferte exakt die vorhergesagten Leistungsdaten. In anderen Bereichen leiden Simulationen noch an den Unzulänglichkeiten von Modellen. In der Klimasimulation etwa ist uns bewusst, dass wir noch nicht alle relevanten physikalischen Effekte in den Modellen abgebildet haben. Bei diesen Simulationen müssen wir weiter auf eine Kombination von Messungen, experimentellen Untersuchungen und Simulationen zurückgreifen und daher mit einer bestimmten Unsicherheit leben.

Gibt es Wissenschaftsbereiche, die zu komplex sind, um dort Vorhersagen auf der Grundlage von Simulationen treffen zu können?

Es gibt zwei Bereiche, in denen wir an die Grenzen unserer Konzepte stoßen. Zunächst ist das im physikalischen Bereich alles, was zu groß oder zu klein ist, um experimentell untersucht zu werden. Ohne solche Experimente haben wir dann oft nicht genügend Grundlagen, um ein tragfähiges Modell zu bilden. Beispiele dafür sind die Astrophysik (deren Galaxien sich Experimenten völlig entziehen und Messungen sehr schwierig machen) oder die Bereiche der Nanotechnologie, wo Messungen und Beobachtungen ebenfalls sehr schwierig, wenn nicht unmöglich sind.

Auf der anderen Seite haben wir jene Bereiche, die durch menschliches Handeln beeinflusst werden. Peter Handke sagt schon in seinem Erstlingswerk „Die Hornissen“: „Was unter Menschen geschehen wird, die, wie man sagt, ihre Taten nicht nach den Naturgesetzen ausrichten, ist nicht berechenbar“. Er trifft damit genau unser Problem: Wir können oft statistische Aussagen über das Verhalten von Menschen machen, aber keine exakten. Ob ein Mensch in Panik nach links oder rechts läuft, ist nicht vorhersehbar. Ob ein Autofahrer die Autobahn im Stau verlässt oder nicht, ob er dabei seinem Navigationssystem folgt oder nicht, ist für den einzelnen Fahrer nicht beantwortbar.

Zunehmend gewinnt man den Eindruck, dass sich Entscheidungsträger in Politik, Militär oder Wirtschaft von diesen Simulationen in ihren Entscheidungen leiten lassen. Welche Gefahren sind damit verbunden?

Der Eindruck ist richtig. Die Mächtigkeit des Werkzeuges Simulation ist in vielen Bereichen erkannt worden. Und bevor wir von Gefahren sprechen, sollten wir darauf verweisen, dass Simulationen in diesen Bereichen auch sehr viel Positives bewirkt haben. Die Risiken und Gefahren liegen aber im Wesentlichen darin, dass Laien mit den Ergebnissen komplexer Simulationen konfrontiert werden und daraus einfache Entscheidungen ableiten sollen.

Es ist natürlich das Ziel jeder Simulation, Ergebnisse und Phänomene zusammenzufassen, am besten in einem Bild oder einem Film. Der Philosoph Vilem Flusser spricht hier davon, dass es die Aufgabe technischer Bilder sei, die Information „zusammenzuraffen“. Die Gefahr besteht darin, dass dem Sehenden nicht mehr bewusst ist, was hier zusammengerafft wurde. Wenn ein Klimawissenschaftler von einer Erhöhung der Durchschnittstemperatur von 2,5 Grad spricht, so weiß er, dass hinter dieser Zahl sehr viele Simulationsexperimente stehen und dass eine Reihe von Unsicherheiten in den Modellen vorhanden sind. Die Zahl 2,5 drückt für ihn aus: Das ist aufgrund unseres Wissens und im Rahmen unserer Modelle die beste Schätzung, die wir geben können – wir wissen aber auch, dass es eine Variabilität in dieser Zahl gibt.

Überträgt man diese Zahl nun, etwa über die Medien, in die Öffentlichkeit, so wird daraus eine harte Zahl. Der Laie weiß dann nur noch: „Der Computer hat berechnet, dass es in Deutschland um 2,5 Grad wärmer sein wird“. Wir stehen mit der Simulation hier in jenem Dilemma, das Ulrich Beck schon 1986 in seinem Buch „Risikogesellschaft“ so prägnant beschrieben hat: Wir müssen die Frage beantworten, wie man mit Wahrscheinlichkeiten und Risiken umgehen kann, und wie man sie in die politische und gesellschaftliche Debatte trägt.

Die Bedeutung von Simulationen nimmt zu. Braucht es eine gesellschaftliche Debatte über den Umgang mit diesen Simulationen? Welche Themen müssten dabei in den Vordergrund?

So eine Debatte ist überfällig. Die Zeitungsberichte über Simulationsergebnisse häufen sich, und die Bedeutung der Simulationen wird dabei immer auf einfache Zusammenhänge reduziert. Es gibt eine Reihe von Bereichen, in denen wir hier tätig werden müssen. Die Wissenschaft hat die Aufgabe, ähnlich wie in der Physik, Grundkonzepte der Simulation in die Öffentlichkeit zu bringen. Wenn wir über Higgs-Teilchen diskutieren können, so sollten wir auch über Konvergenz sprechen können.

Daneben gibt es einen Bildungsauftrag. Das Verständnis für Simulation muss Bestandteil des Bildungskanons werden – nicht als eigenständiges Fach wie das von Fachdisziplinen immer wieder gefordert wird, sondern als eine fachübergreifende grundlegende Disziplin. Eine der wesentlichen Aufgaben wird es sein, die Politik mit den Möglichkeiten und Risiken der Simulation vertraut zu machen. Alle diese Dinge brauchen Zeit und Energie. Will man jedoch mit Simulation einen Beitrag für die gesellschaftliche und wirtschaftliche Entwicklung der Bundesrepublik leisten, so muss man diesen Weg gehen.

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