Kernmechanismus zur Berechnung von Kipppunkten entdeckt

Lichtenberg-Professor Christian Kühn (TU München) und Christian Bick (Vrije Universiteit Amsterdam) haben eine universelle mathematische Struktur gefunden, die eine Grundlage darstellt für ein besseres Verständnis für das Verhalten von vernetzten Systemen.

Holzwippe
(Illustration: gearstd)

Ob in der Klimaforschung, Epidemiologie oder Neurologie: In vielen Disziplinen gibt es Modelle, um vernetzte Systeme abzubilden. Kritische Veränderungen solcher Systeme eint, dass sie alle einen Kipppunkt haben ‒ wie eine Wippe. Ab diesem Punkt bewegen sie sich vom Grundzustand weg und gehen in einen neuen Zustand über. Dabei kann es sich um einen weichen, leicht umkehrbaren Übergang handeln oder einen harten, schwer umkehrbaren, an dem sich der Systemzustand sprunghaft oder "explosiv" ändert. 

Die Mathematiker Prof. Dr. Christian Kühn von der TU München und Dr. Christian Bick von der Vrije Universiteit Amsterdam haben verschiedene Modelle verglichen und dabei entdeckt, dass viele mathematische Strukturen, die den Kipppunkt betreffen, sich ähneln. Die Forscher reduzierten das Problem auf die einfachste mögliche Gleichung und erkannten so einen universellen Mechanismus, der über die Art des Kipppunktes entscheidet und für möglichst viele der Beispielmodelle gilt. Ihre Erkenntnisse haben sie kürzlich im Fachmagazin Science Advances veröffentlicht.

Universelles mathematisches Werkzeug

Damit haben Kühn und Bick einen neuen Kernmechanismus mathematisch beschrieben, der es ermöglicht zu berechnen, ob es in einem vernetzten System einen weichen oder harten Kipppunkt geben wird. "Wir stellen ein mathematisches Werkzeug bereit, das universell, also sowohl in der theoretischen Physik, in Klimawissenschaften als auch in der Neurobiologie und anderen Disziplinen angewandt werden kann und unabhängig vom speziellen Anwendungsfall funktioniert", sagt Kühn. Seit 2016 ist er Inhaber einer Lichtenberg-Professur der VolkswagenStiftung. Zusätzlich erhielt er weitere Mittel im Rahmen einer Förderung, welche die Stiftung als Reaktion auf die Corona-Pandemie zur Verfügung stellte. Erste Zwischenergebnisse daraus flossen nun in die Publikation ein.  

Mehr zu dem Thema finden Sie in der Pressemitteilung der TU München.