Multiskalenprobleme: von der Astrophysik bis zur Klimamodellierung (SCALES) – Leibniz-WissenschaftsCampus Potsdam

Der Leibniz-WissenschaftsCampus SCALES „Multiskalenprobleme: von der Astrophysik bis zur Klimamodellierung“ erforscht komplexe physikalische Systeme, bei denen sich Prozesse über verschiedene Skalenbereiche erstrecken – von kosmischen Dimensionen bis hin zu winzigen (sub)atomaren Skalen. Klassische Methoden können die Wechselwirkungen zwischen diesen Skalen oft nicht vollständig abbilden: Rückkopplungen werden vernachlässigt, wodurch ungenaue Modelle entstehen und fehlerhafte Vorhersagen getroffen werden.

Unser Ansatz kombiniert mehrere Strategien: umfassende Simulationen mit neuartigen Rechenmethoden, hybride Modelle, bei denen lokale Simulationen größere Systeme ergänzen, sowie physikinformierte neuronale Netze zur Beschreibung lokaler Prozesse. Zentral ist die Integration datengetriebener Methoden, die Beobachtungen und hochauflösende Simulationen nutzen, um Modelle kontinuierlich zu verbessern und neue Phänomene zu identifizieren. Die betrachteten Anwendungen reichen von der Astrophysik (z.B. Galaxienentstehung, Neutronenstern-Kollisionen, Exoplaneten) bis hin zu Erdsystemen wie Turbulenz, Klima und dem Wasserkreislauf.

Um Durchbrüche in der Beschreibung solcher physikalischen Multiskalensysteme zu erzielen, ist die enge Zusammenarbeit verschiedener wissenschaftlicher Disziplinen erforderlich. Gleichzeitig leistet das Projekt einen wichtigen Beitrag zur Bewältigung globaler Herausforderungen und stärkt die interdisziplinäre Zusammenarbeit in der Region Potsdam–Berlin.