Wellen faszinieren nicht nur am Strand, auch Forscher wollen verstehen, wie sie sich bilden.
Das hilft bei Anwendungen in Medizin und Automobilentwicklung, ist aber sehr komplex: Denn riesige Mengen an unterschiedlich schweren Molekülen stoßen dabei aufeinander, sagt Chris Wojtan vom Institute of Science and Technology (IST) Austria in Klosterneuburg.
Das Grundprinzip ist eigentlich einfach: Unter Wasser drückt eine riesige Menge an Wassermolekülen aneinander, darüber eine riesige Menge an Luftmolekülen. Die große Zahl an Molekülen und ihre unterschiedlichen Massen bilden aber auch die Herausforderung für Forscher, die eine Welle simulieren wollen. Denn: Nicht jedes Teilchen kann einzeln simuliert werden. Und: Kollidieren ein schweres Wasser- und ein leichtes Luftmolekül, wird das Luftmolekül extrem schnell beschleunigt. Das lässt sich am Computer aber nur schwer simulieren.
Die Forscher wollen daher mit speziellen Gleichungen nachvollziehen, wie die Teilchen durch das Geschwindigkeitsfeld einer Flüssigkeit transportiert werden. Dieses sei verantwortlich für „das interessante Chaos, die Turbulenzen und Verwirbelungen, die die Bewegungen von Flüssigkeiten interessant machen“, so Physiker Wojtan.
Derzeit braucht man für Simulationen eine enorme Rechenleistung. Die Forscher wollen die Berechnungen schneller machen. Um die Vielzahl der Möglichkeiten einzuschränken, nutzen sie Wissen aus Physik und Mathematik. So sollen komplizierte Simulationen von Flüssigkeiten statt auf Supercomputern künftig auf ganz normalen Laptops möglich sein.
Warum aber ist es überhaupt wichtig zu simulieren, wie sich Flüssigkeiten bewegen? Die Erkenntnisse sind nicht nur für die Grundlagenforschung interessant. Sie lassen sich etwa nutzen, um Blutflüsse im menschlichen Körper nachzuvollziehen. Das erlaubt eine nicht invasive Diagnose bestimmter Herzkrankheiten. Aber auch um die Aerodynamik von Autos schnell und günstig in den Berechnungen im Prüfstand zu simulieren, kommen diese Modelle zum Einsatz.
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("Die Presse", Print-Ausgabe, 29.08.2015)