Semesterferien. Vorlesungsfreie Zeit für Professoren, die nun geistigen Austausch mit Gleichgesinnten auf Konferenzen und Workshops suchen, oder Musse haben, neuen Ideen und Gedanken nachzugehen. Just zu dieser Zeit stehen die Olympischen Spiele vor der Tür, deren Symbol – die olympischen Ringe – auch auf Wissenschaftler inspirierend wirken können. «Ringe sind in unserer Gesellschaft, in Religion und Wissenschaft archetypische Symbole», sagt Petros Koumoutsakos, Professor am Computational Science and Engineering Laboratory der ETH Zürich. «Die ineinander verschlungenen olympischen Ringe sind eines der meistbeachtesten Symbole unserer Zeit.»

Ringstrukturen als faszinierendes Phänomen

Ringe sind es auch, die Koumoutsakos bei seinen Studien faszinieren. Ringstrukturen bilden sich beispielsweise im Blut, wenn sich Herzklappen öffnen und schliessen, durch den Flügelschlag eines Vogels, oder die Flossenbewegung eines Fisches. Koumoutsakos simuliert mit Hilfe von massiv parallel arbeitenden Supercomputern beispielsweise Luftwirbel, wie sie Flugzeuge generieren oder Wasserwirbel, wie sie Fische erzeugen. Durch die Simulationen wird für den Forscher die Dynamik der Wirbelstrukturen sichtbar, wie sie sich entwickeln und allmählich auflösen. Das kann etwa dabei helfen, die Flugsicherheit zu erhöhen, oder aktuelle Fragen, etwa bezüglich der Form- und Bewegungsoptimierung von Wind- und Wasserkraftwerken, zu klären.

Entknoten mit dem Supercomputer

Nun hat der ETH Professor zusammen mit seinem Doktoranden Wim van Rees für einmal einen scheinbar spielerischen Ansatz gewählt und im Supercomputer «Monte Rosa» des CSCS (Nationale Hochleistungsrechenzentrum der Schweiz) die olympischen Ringe als Wirbel betrachtet und diese durch numerische Simulationen «entknotet».
Ringförmige Wirbel treten reichlich auf während der Olympischen Spiele, betonen die beiden Forscher. Etwa durch das Paddel beim Rudern, durch die Schwimmbewegungen von Händen und Füssen, oder an Fahrradhelmen durch Luftverwirbelungen.

Von Wirbeln umgeben

Die olympischen Ringe haben die Wissenschaftler aus gegebenem Anlass zum «Spielen» verführten. Sie möchte damit augenzwinkernd auf ihre Forschung und auf die Bedeutung von Turbulenzen und Wirbelstrukturen aufmerksam machen. Was Koumoutsakos und sein Doktorand hier scheinbar spielerisch angehen, ist ein wichtiges Element in der sogenannten Knotentheorie und in der Erforschung von Turbulenzen. Die olympischen Ringe zu entknoten, soll ein ästhetischer Hinweis darauf sein, dass wir von mehr Wirbeln umgeben sind, als wir ahnen. Wirbel, deren Auswirkungen essentiell in der klassischen Fluiddynamik, wie auch in der Quanten-Fluiddynamik und darüber hinaus seien, sagt Koumoutsakos.