Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation

Wie sich Musikstücke verschiedener Komponisten und Genres entwickeln, lässt sich unterschiedlich gut erahnen

Ein Modell hilft, die Bewegung von Zellen im Organismus vorherzusagen

Partikel vollführen eine Pendelbewegung, wenn sie in der Atmosphäre zu Boden sinken

Kunststofffasern halten sich deutlich länger in der Atmosphäre als angenommen

Zur diesjährigen Jahresversammlung der Max-Planck-Gesellschaft sind vom 20. bis 22. Juni über 800 interne und externe Gäste nach Göttingen gekommen. Mit stehender Ovation verabschiedete die Festversammlung Martin Stratmann. Patrick Cramer, der neue Präsident der Max-Planck-Gesellschaft, skizzierte in seiner Antrittsrede die Ziele seiner Amtszeit.

Die ersten selbstfahrenden Autos sind bereits im Einsatz. Allerdings ist bisher weder die Technik ausgereift, noch sind alle ethischen Fragen dazu geklärt. Außerdem ist es höchste Zeit, darüber nachzudenken, wie die neue Technologie künftig zu mehr Nachhaltigkeit im Verkehr beitragen kann.

Seit Beginn der Corona-Epidemie in Deutschland hat sich das Leben von Viola Priesemann ziemlich verändert: Nun forscht die Leiterin einer Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation nicht mehr nur zur Informationsverarbeitung im Gehirn, sondern auch zur Ausbreitung des Virus. Und seither gehЪren zu ihrem Alltag auch Politikberatung, Interviews und Auftritte im Fernsehen.

Für Ragnar Fleischmann war es eine überraschende Entdeckung: Was er in Simulationen beobachtete, die den Elektronenfluss in Halbleitern wiedergeben, ähnelte dem Verhalten von Tsunamis und Kaventsmännern auf offener See. Heute erforscht sein Team am Göttinger Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation elektronische Prozesse, um so möglicherweise auch einmal die Vorhersagen der zerstörerischen Wellen zu verbessern.

Auf dem Land kommt man ohne das eigene Auto meist kaum vom Fleck. Denn entweder gibt es gar keinen Nahverkehr, oder Linienbusse fahren nur selten. Ein Team um den Physiker Stephan Herminghaus, Direktor am Göttinger Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, hat deshalb mit dem EcoBus ein System entwickelt, bei dem Kunden einen Bus direkt vor ihre Tür bestellen können. Das Besondere: Anders als viele Rufsysteme soll der EcoBus dem Nahverkehr keine Kunden abgraben, sondern das bestehende Liniennetz ergänzen.

Turbulenz ist allgegenwärtig: Sie wirkt als Geburtshelfer für Planeten, mischt im Zylinder eines Motors Kraftstoff und Luft, erhöht aber auch den Energiebedarf von Pumpen, die Öl durch Pipelines pressen. Björn Hof und sein Team am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen erforschen die Details ihrer Entstehung und suchen Kniffe, die Wirbel dort zu unterbinden, wo sie stören.

Neue Energie braucht auch neue Leitungen. So sollen künftig mehr kleine, dezentrale Wind- und Solaranlagen statt weniger großer Kraftwerke die Republik mit Strom versorgen. Wie das Hochspannungsnetz darauf reagiert und wie es sich dafür optimieren lässt, untersucht die Arbeitsgruppe Netzwerk-Dynamik unter Leitung von Marc Timme am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen.

Wir entwickeln Modell-Agenten, deren kognitive Kapazität beschränkt werden kann und die in Gemeinwohlspielen menschenähnlich agieren. Die Erforschung ihres kollektiven Verhaltens in vernetzten Spielgeometrien soll den Weg zu prädiktiven Simulationen gesellschaftlicher Gleichgewichte und Instabilitäten ebnen. Erste Ergebnisse zeigen bemerkenswerte Universalitäten in der Bereitschaft zur Investition in Gemeingüter, abhängig vom Grad der Vernetzung der Spielgruppen. Diese Ergebnisse korrelieren gut mit Alltagserfahrungen.

Trotz zahlreicher Forschungsansätze ist immer noch nicht ganz klar, wie die einzelnen Bestandteile einer Zelle sich selbst organisieren, um eine lebende Zelle zu bilden. In der kürzlich gegründeten Abteilung Physik lebender Materie suchen wir nach neuer Physik in lebenden Systemen. Dabei überwinden wir Skalengrenzen – von einzelnen Molekülen bis hin zu makroskopischen Systemen – und decken allgemeine Prinzipien auf, die für die Entstehung und Organisation von lebender Materie sowie synthetischer, lebensähnlicher aktiver Materie entscheidend sind. 

Im Frühjahr 2020 wurde die Welt von einem Virus überrascht: SARS-CoV-2 breitete sich zügig aus und stellte jeden einzelnen vor unerwartete Herausforderungen. Wir haben in Göttingen innerhalb von Wochen wegweisende neue Erkenntnisse zur Ausbreitung und Eindämmung von COVID-19 vorgelegt: Wir haben die Ausbreitung analysiert und vorhergesagt, die Aerosolbelastung und Wirksamkeit von Masken quantifiziert und realistische Eindämmungsstrategien entworfen. All diese Erkenntnisse haben wir über Pressearbeit und Stellungnahmen der Öffentlichkeit schnellstmöglich zur Verfügung gestellt.  

Um das Verkehrsaufkommen auf unseren Straßen zu reduzieren, muss die Zahl der Passagiere je Fahrzeug erhöht werden. Dies kann durch Ride-Pooling und durch die Stärkung der Liniendienste geschehen. Mithilfe der Methoden der statistischen Physik haben wir eine Theorie solcher Systeme entwickelt, deren Vorhersagen wir durch Experimente (Pilotprojekte) bestätigen konnten. Wir haben dieses System inzwischen in die Nähe der Marktreife gebracht und streben in naher Zukunft eine kommerzielle Verwertung an mit dem Ziel, die Städte lebenswerter und das Land mobiler zu machen.

Das unzureichende Verständnis der Wolkenphysik ist eine Hauptquelle für die Unsicherheit in Wetter- und Klimamodellen. Neben Wasserdampf bestehen Wolken aus Wassertropfen und Eispartikeln. Ihre Dynamik wird maßgeblich durch den hohen Grad an Turbulenz innerhalb der Wolken beeinflusst. Die Frage nach besseren Wetter- und letztendlich Klimavorhersagen ist daher eng mit dem Verständnis der Turbulenz und ihrer Rolle für die Mikrophysik der Wolken verknüpft. Ein besseres Verständnis dieser Phänomene ist das Ziel neuer experimenteller und theoretischer Untersuchungen am MPIDS..