Das Forschungsprojekt Computersimulationen – Neue Instrumente der Wissensproduktion analysiert den Wandel der Wissensproduktion in den Wissenschaften, dessen Ursache in der Einführung des Computers als Simulationsinstrument gründet. Die Forschungsarbeit konzentriert sich dabei auf zwei Aspekte:

1. Konstruktions- und Validierungspraktiken, Unsicherheitsfaktoren: Welche Prozesse des Abwägens und Aushandelns haben Einfluss auf die Auswahlentscheidung für die Konstruktion eines Simulationsmodells und wie beeinflussen sie die Gültigkeit der Simulationsresultate? Welche Möglichkeiten der Validierung von Simulationen zur Abschätzung von Unsicherheiten haben sich etabliert?

2. Öffentliche Vermittlung: Welche Probleme ergeben sich aus der Wissensproduktion mit Computersimulationen für die Wissensvermittlung in die Öffentlichkeit? Wie lassen sich die Unsicherheiten simulativ erworbenen Wissens kommunizieren?

Das Forschungsprojekt ist Teil der Initiative »Wissen für Entscheidungsprozesse – Forschung zum Verhältnis von Wissenschaft, Politik und Gesellschaft« des Bundesministeriums für Bildung und Forschung in Koordination mit der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften.

 

Projektbeschreibung

Seit den 1950er Jahren werden in den Wissenschaften Computersimulationen eingesetzt. Mit dem wachsenden Rechnerpotenzial, der stetigen Weiterentwicklung der Simulationswerkzeuge und Algorithmen sowie den komplexer werdenden Visualisierungstechnologien etabliert sich die Simulation neben Experiment und Messung als ein wichtiges Werkzeug der Wissensgenerierung in den Wissenschaften. Dabei unterliegt das Simulieren als eine Handlung im virtuellen Labor - analog zum Experimentieren im Labor - spezifischen Bedingungen: Zum einen handelt es sich um modellbasiertes Wissen, das im Ereignisraum des Computers in Testläufen zur Anwendung gebracht wird, zum anderen unterliegt es den Bedingungen digitaler und algorithmischer Prozessierung von Informationen. Beide Faktoren begrenzen diese Weise der Wissensproduktion. Die Folge ist ein methodisch inhärentes Unsicherheitspotenzial, das die Frage nach der Gültigkeitskonstruktion simulierter Abläufe aufwirft.

Diesem Aspekt geht das Forschungsvorhaben anhand von Fallstudien nach.

• Untersuchung der Konstruktionspraktiken von Simulationsmodellen anhand von Fallstudien (Konstruktionspraktiken).
• Untersuchung der verschiedenen Validierungspraktiken im Kontext der Fallstudien. Erarbeitung einer Matrix der Validierungsmöglichkeiten sowie einer Typologie von Unsicherheitsfaktoren (Validitätspraktiken). Darstellung der Entwicklung von Validitätsstrukturen am Beispiel älterer Klimamodelle.
• Untersuchung des Umgangs der Forscher mit der Problematik der öffentlichen Wissensvermittlung in punkto Simulationen. Erörterung der Frage, wie sich die Unsicherheitsproblematik von Simulationen in der Öffentlichkeit kommunizieren lässt (Öffentliche Vermittlung).

 

Fallstudien

Für die Durchführung der Fallstudien wurden die Disziplinen der Genetik/Zellbiologie und der Klimaforschung ausgewählt. Die Motivation gründet darin, dass beide Disziplinen von großem öffentlichem Interesse sind und dass sich in beiden Disziplinen ein interessantes Phänomen beobachten lässt. Trotz aller Spezifität des Simulierens sind grundsätzlich zwei unterschiedliche Strategien zu erkennen: Die Strategie der kleinen Modelle und die der großen. Während kleine Modelle den Forschern die Möglichkeit geben, das Verhalten des Modells unter dynamischen Bedingungen zu testen und Aussagen über die Güte des Modells ermöglichen, erlauben große Modelle die möglichst realitätsnahe Einbindung zahlreicher Faktoren eines Prozessgeschehens. Dies hat erhebliche Folgen für die Gültigkeit und Reichweite der Simulationsresultate.

 

Genetik/Zellbiologie

Die in der Explorationsstudie begonnenen Interviews und Beobachtungen am Institut für Theoretische Biologie der Humboldt Universität Berlin sollen fortgesetzt werden. Die Forschergruppe um Prof. Dr. Hans-Peter Herzel arbeitet in einem Forschungsnetzwerk mit der Charité Berlin, dem Max Planck Institut für molekulare Genetik Berlin sowie dem Max-Delbrück-Center Berlin-Buch (SFB Theoretische Biologie: (A) Molekulare Moleküle) an Simulationen der Signaltransduktion, der Modellierung circadianer Rhythmen und der Rekonstruktion genregulatorischer Netzwerke aus Arraydaten für die Chorea Huntington Krankheit. Typisch für die Vorgehensweise dieser Forscher ist die Einbettung in den messtechnischen Kontext sowie die Simulation kleiner Modelle. Im Unterschied dazu verfolgt das Max Planck Institut für die Dynamik komplexer technischer Systeme in Magdeburg die Simulation großer Modelle. Die Forschergruppe um Prof. Dr. Ernst Dieter Gilles simuliert den Zyklus einer Zelle.

 

Klimaforschung

Die ebenfalls in der Explorationsstudie begonnenen Interviews und Beobachtungen am Max Planck Institut für Klimaforschung in Hamburg sollen weitergeführt werden. Die Forschergruppe um Dr. Johann Feichter beschäftigt sich mit dem Einfluss der Aerosole auf das Klima. Simuliert werden große Modelle, die möglichst realitätsnah Aufschluss über Klimaveränderungen geben. Neben dem Max Planck Institut beschäftigt sich in Deutschland u.a. das PIC Potsdam Institut für Klimaforschung mit der Simulation von Klimamodellen. Hier werden vor allem Models of Intermediate Complexity untersucht, die das Sensitivitätsverhalten einfacher Modelle studieren.

 

 

Theoretischer Kontext

Die empirische Untersuchung anhand von Fallstudien analysiert die Intentionen, Erwartungen und Entscheidungen der Forscher im Vorfeld der Simulation wie auch bezüglich der Überprüfung der Simulationsresultate. Die gewonnen Ergebnisse werden in den aktuellen Diskurs eingebunden. Eine Reihe neuerer Arbeiten beschäftigt sich mit der Simulation im Anschluss an die Modelltheorie (USA: Winsberg 1999, 2001, 2003; Sismondo 1999, 2001; Norton/Suppe 2001; Casti 1997; Galison 1996; Deutschland/Schweiz: Hartmann 1995, 1996; Schmidt 2000, 2002; Stäudner 1998; Klein 2001; Warnke 2002, Ahrweiler/Gilbert 1998, Merz 2002). Des Weiteren wird untersucht in wie weit das Konzept der Trading Zones (vgl. Galison 1996) alternativ zu Konzepten der Transdisziplinarität (vgl. Gibbons et al. 1994) im Rahmen der Konstruktions- und Validitätsthematik eine spezielle Ausprägung findet und Einfluss auf die Gültigkeitskonstruktion hat. Von großer Bedeutung wird die Möglichkeit der Re-Kontextualisierung von Wissenschaft mit Hilfe der Simulation angesehen. Diese Forderung einer postmodernen Wissenschaft (vgl. Bnoß et al. 1993; Gibbons et al. 1994; Nowotny et al. 2001) geht dabei zu Lasten der Exaktheit wissenschaftlicher Aussagen. Die methodologische Paradoxie der Simulation, dass komplexere Modelle nicht unbedingt exaktere Voraussagen und Erklärungen ermöglichen, begrenzt die Re-Kontextualisierung durch die zunehmende Unsicherheitsproblematik. Die Einbeziehung modell- und computertheoretischer sowie epistemologischer Konzepte versucht eine an der Praxis orientierte Lösung des Problems der Paradoxie zu erarbeiten.

 

 

Gabriele Gramelsberger - Wissenschaftlicher Hintergrund

Die computergestützte Simulation und ihre Visualisierung bilden seit 1996 den Forschungsschwerpunkt von Dr. Gabriele Gramelsberger. Die Magisterarbeit Theorie – Simulation – Experiment (Universität Augsburg 1996 bei Prof. Dr. Klaus Mainzer) setzt sich mit der Simulation als einer neuen wissenschaftlichen Methode auseinander. Zahlreiche Interviews mit Wissenschaftler d 15.10.2007 uuml;lich und Karlsruhe, der GMD St. Augustin, des Fraunhoferinstituts Darmstadt sowie verschiedener Universitäten sind die Grundlage der theoretischen Arbeiten zu den sozialen Praxen des Simulierens und zur Simulation als dritten Weg der Wissenschaften neben Theorie und Experiment. Die Doktorarbeit Semiotik und Simulation (Freie Universität Berlin, 1998 – 2001 bei Prof. Dr. Sybille Krämer) untersucht die semiotischen Voraussetzungen der Computersimulation und ihrer Visualisierung in den Wissenschaften. Die Arbeit trägt dem Phänomen der zunehmenden Transformation von Sachverhalten in Daten durch die Verwendung des Computers als Arbeitsinstrument Rechnung. Mit der Expertise Computersimulationen - Neue Instrumente der Wissensproduktion 2001/2002 konnte der Bereich der Computersimulation in den Förderschwerpunkt »Wissen für Entscheidungsprozesse« eingebracht werden. Mit der gleichnamigen Explorationsstudie von 2003/2004 zum epistemischen Status von Simulationen wurde die Konzentration auf den Aspekt der Validitätspraktiken vorbereitet. Für diese Studie wurden bereits Interviews mit Forschern aus den Bereichen Genetik, Klimaforschung und Gravitationsphysik geführt. Die begonnene Zusammenarbeit wird im vorliegenden Projektvorhaben an der FU Berlin (2004 bis 2007) fortgesetzt und erweitert.

Laufzeit: 1.10.2004 – 30.09.2007

 

Veranstaltungen

20.-22.09.2007: The Societal and Cultural Influence of Computer Based Simulation – Symposium, Berlin (BBAW)

23.11.2006: Dealing with Uncertainty – Simulation, Evaluation and Public Communication – Projektworkshop, Berlin (BBAW)

27.10.2006: Simulation, Evaluierung und öffentliche Vermittlung – Workshop, Berlin (BBAW)

4.5.2005: Forschen in interdisziplinären Feldern: Methoden, Erfahrungen, Probleme – Workshop, Berlin

 

Literatur zur Thematik

Ahrweiler, Petra / Gilbert, Nigel (1998): Computer Simulations in Science and Technology Studies. New York.

Bell, A. (1989): Hot news. Media reporting and public understanding of the climate change issue in New Zealand. Victoria University. [Forschungsbericht]

Bonß, Wolfgang / Hohlfeld, Rainer / Kollek, Regine (Hg.) (1993): Wissenschaft als Kontext – Kontexte als Wissenschaft. Hamburg.

Casti, John L. (1997): Would-be-worlds. How Simulation is Changing the Frontiers of Science. New York.

Galison, P. (1996): »Computer Simulation and the Trading Zone.« In: P. Galison / D. J. Stump (Hg.): The Disunity of Science: Boundaries, Contexts, and Power. Stanford, S. 118-157.

Gibbons, Michael u.a. (1994): The New Production of Knowledge: The Dynamics of Science and Research in Contemporary Societies. London.

Gramelsberger, Gabriele (1996): Theorie – Simulation – Experiment. Computergestützte Simulation als erkenntnistheoretische Erweiterung der Erklärungs- und Prognosemöglichkeiten in den Naturwissenschaften. Augsburg. [Magisterarbeit, Universität Augsburg, Institut für Philosophie und Wissenschaftstheorie: Prof. Dr. Klaus Mainzer, 1996]

Gramelsberger, Gabriele (2001): Semiotik und Simulation: Die Fortführung der Schrift ins Dynamische. Entwurf einer Symboltheorie der numerischen Simulation und ihrer Visualisierung. Berlin. [Doktorarbeit, FU Berlin, Institut für Philosophie: Prof. Dr. Sybille Krämer, 2001] [http://darwin.inf.fu-berlin.de/2002/118/]

Gramelsberger, Gabriele (2002): Computergestützte Forschung. Computersimulationen als neue Instrumente der Wissensproduktion. Expertise im Rahmen des BMBF-Förderschwerpunktes »Wissen für Entscheidungsprozesse«. Berlin, S. 44 ff. [http://www.sciencepolicystudies.de/ Expertisen.htm]

Gramelsberger, Gabriele (2004): Computersimulationen in den Wissenschaften. Neue Instrumente der Wissensproduktion: Schnittstellen zwischen Theorie und Experiment. Explorationsstudie im Rahmen des BMBF-Förderschwerpunktes »Wissen für Entscheidungsprozesse«. Berlin, S. 80 ff.

Gramelsberger, Gabriele (2005): »Vom Verschwinden der Orte in den Daten.« In: Gegenworte, BBAW, H.16.

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Gramelsberger, Gabriele (2007): »›Die präzise elektronische Phantasie der Automatenhirne.‹ Eine Analyse der Logik und Epistemik simulierter Weltbilder.« In: Martina Heßler / Dieter Mersch: Die Logik der Bilder [im Erscheinen]

Gramelsberger, Gabriele (2007): »Simulation – Analyse der organisationellen Etablierungsbestrebungen der (neuen) epistemischen Kultur des Simulierens am Beispiel der Klimamodellierung.« In: Jost Halfmann: Organisation(en) der Forschung [im Erscheinen]

Gramelsberger, Gabriele (2007): »In-Silico-Virtualitäten.« In: Georg Vrachliotis u.a.: Unfold Architecture – Grundbegriffe zwischen Kunst, Wissenschaft und Technologie. Basel. [im Erscheinen]

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Winsberg, E. (2003): »Simulated Experiments: Methodology for a Virtual World.« In: Philosophy of Science, January.