Mathematik als Basis und verbindende Sprache der Naturwissenschaften

Vor Ostern teilte mir ein Nachhilfeschüler, den ich in Mathematik unterrichte, freudestrahlend mit, dass seine Familie in den Osterferien ein Ferienerlebnis auf einem modernen Kreuzfahrtschiff geplant habe. Ich fragte ihn, ob er sich vorstellen könne, dass an dem Entstehen „seines  Schiffes“ eine Heerschar höchst kompetenter Naturwissenschaftler, Ingenieure und Techniker vieler verschiedener Sparten mitgewirkt hat, ohne die und deren solide Kenntnisse auf vielen Gebieten der Physik das Schiff schlechterdings gar nicht hätte gebaut werden können.

Damit das Schiff auf seiner Fahrt elegant und ökonomisch durch die Meeresfluten gleitet, mussten die Schiffbauer die Linien des Schiffskörpers und sowie die Abmessungen und die Form der Propeller auf der Basis der geltenden physikalischen Gesetze optimieren. Auch die Forderung, dass das Schiff in allen Seegangsverhältnissen und in den sehr unterschiedlichen Beladungszuständen stabil im Wasser schwimmt, ist nicht selbstverständlich.

Aus den Medien ist inzwischen auch denen, die sich mit diesen Themen nicht näher beschäftigen, bekannt geworden, dass die Stabilität, aber auch die mechanische Festigkeit des Schiffskörpers mit seinen vielen Decks und Aufbauten nicht nur durch die normalen Seegangsverhältnisse, sondern zusätzlich noch durch die sporadisch, aber dann heftig auftretenden so genannten Monsterwellen mit Wellenhöhen über 20m aufs Äußerste strapaziert werden. Derartige Vorgänge kann man mit dem aktuellen Kenntnisstand der maritimen Wissenschaften berechnen und die Struktur des Schiffes entsprechend auslegen.

Ein kurzer Blick in den Maschinenraumbereich des Schiffes soll das Bild abrunden:
Hier ist einerseits das Tummelfeld der Maschinenbauingenieure: Solide Ingenieurskenntnisse – das heißt Anwendung physikalischer Grundlagen – auf vielen verschiedenen Gebieten:
Diverse Prozesse der Wärme- und Kühltechnik, der Antriebs- und Ladungstechnik, sowie der Verfahrenstechnik müssen beherrscht werden.
Eine große Rolle spielt die Versorgung der elektrischen Verbraucher an Bord, deren größte auf einem modernen Kreuzfahrtschiff die elektrischen Antriebsanlagen der Schiffspropeller sind. Die installierte Leistung des Kraftwerkes auf so einem Schiff liegt inzwischen locker in der Größenordnung des Energiebedarfes einer Stadt wie zum Beispiel Lübeck. Um derartige Großanlagen technisch und ökonomisch mit der erforderlichen Zuverlässigkeit entwerfen und ausführen zu können, müssen praktisch alle „Register der Elektrophysik gezogen werden“.
Die Arbeitsgrundlage hierfür sind die auf die jeweiligen Anwendungsgebiete zutreffenden Gesetze der Physik. Diese sind wohl ausnahmslos mit Hilfe mathematischer Ausdrucksmittel formuliert. Die Berechnungen erfordern die Kenntnisse und Handhabung mathematischer Methoden: Mathematik ist also die verbindende Sprache der Verständigung sowohl im jeweils eigenen Fachgebiet als auch – gebietsübergreifend – zu den anderen Gewerken hin. Das Schiff soll ja schließlich ein großes funktionierendes Ganzes werden, bei dem die Schnittstellen zwischen den vielen Teilsystemen bestens passen müssen.

Was folgt daraus: Damit auch in Zukunft Schiffe dieser Art für den Ferienspaß der Menschen aber natürlich auch für die vielen anderen Aufgaben gebaut werden können, werden kontinuierlich Experten benötigt, die die Kompetenz und die Erfahrung in den beschriebenen Feldern der Naturwissenschaften besitzen. Und, um es noch einmal deutlich zu sagen: Ohne solide Kenntnisse der Mathematik und ihrer Methoden ist dieses Ziel undenkbar.
Also gilt es, vor allem junge Menschen und Schüler im Alter der Bildung und Ausbildung für die Naturwissenschaften und die Mathematik zu begeistern und eine entsprechende Grundhaltung unserer Gesellschaft zu schaffen, auf deren Boden diese Begeisterung wachsen und gedeihen kann.