Fluiddynamik ist die Wissenschaft, die untersucht, wie sich Flüssigkeiten und Gase bewegen. Das betrifft uns alle, denn nach diesen Gesetzen verhalten sich Wasser, Blut und Luft, um nur einige zu nennen. Die Forschung dazu beschreibt, wie sich diese Fluide verformen, beschleunigen, verwirbeln oder beruhigen.
Überall, wo etwas fließt oder sich bewegt, spielt Fluiddynamik eine Rolle: beim Wetter, beim Flug von Flugzeugen, in der Klimaforschung, in Ozeanen, in Maschinen oder im menschlichen Körper.
Fluiddynamik als Millennium-Problem
Die Bewegung von Fluiden folgt zwar klaren physikalischen Gesetzen. Trotzdem sind die entstehenden Gleichungen — vor allem die sogenannten Navier-Stokes-Gleichungen — extrem schwierig zu lösen.
Sie gelten als Herzstück der Fluiddynamik, aber auch als eines der größten ungelösten Probleme der Mathematik, etwa in Form unberechenbarer Turbulenzen. Dieses Problem ist so fundamental, dass es zu den „Millennium-Problemen“ der modernen Mathematik zählt. Für deren Lösung wurde jeweils ein Preis von einer Million US-Dollar ausgesetzt.
Forschende beißen sich seit Jahrzehnten die Zähne an der Fluiddynamik aus. Doch mithilfe von künstlicher Intelligenz könnten bald große Fortschritte gemacht werden, so die Hoffnung. Die KI kann helfen, Strömungen schneller und genauer zu simulieren, Turbulenzen vorherzusagen oder Werte in rechenintensiven Modellen zu schätzen.
Damit wird die Fluiddynamik zu einem Paradebeispiel für einen Wandel in der Wissenschaft: Dort, wo menschliche Mathematik an Komplexität scheitert, kann KI zum Hoffnungsträger werden. Sie eröffnet neue Wege, um alte Rätsel wie die Navier-Stokes-Gleichungen besser zu verstehen. Das zeigt zugleich, wie eng Mathematik, Physik und Datenwissenschaft in Zukunft zusammenarbeiten könnten, um bessere Ergebnisse zu erzielen.
Sollte wirklich ein Millennium-Problem mithilfe einer KI gelöst werden, wäre das ein Wendepunkt.
Manon Bischoff
Manon Bischoff ist Redakteurin für Mathematik und Physik bei Spektrum der Wissenschaft. Im Gespräch mit detektor.fm-Moderator Marc Zimmer erklärt sie, warum die Fluiddynamik so kompliziert ist und welche Hoffnungen die Forschung in künstliche Intelligenz setzt.