FIAS: Frankfurts Denkfabrik zwischen Atomkern und KI

Auf dem Riedberg, zwischen den Instituten der Goethe-Universität und den Bauten zweier Max-Planck-Institute, steht ein unscheinbarer Forschungsbau, in dem über einige der größten Fragen der Wissenschaft nachgedacht wird – nicht mit Reagenzgläsern, sondern mit Formeln, Modellen und Rechenzeit. Es ist das Frankfurt Institute for Advanced Studies, kurz FIAS, ein Ort für theoretische Forschung jenseits der Fächergrenzen.

Denken über Disziplinen hinweg

Das FIAS wurde 2004 gegründet, als gemeinnützige Stiftung an der Seite der Goethe-Universität. Es knüpfte an eine Frankfurter Tradition in der theoretischen Physik an, die bis in die Nachkriegsjahrzehnte zurückreicht; zu den treibenden Kräften gehörte der Physiker Walter Greiner, der diese Schule über Jahrzehnte geprägt hatte. Die Idee war so einfach wie anspruchsvoll: Forscherinnen und Forscher ganz unterschiedlicher Fächer unter einem Dach zusammenzubringen, damit sie voneinander lernen.

Physiker sitzen hier neben Neurowissenschaftlern, Informatikerinnen neben Strukturbiologen. Was sie eint, ist weniger der Gegenstand als die Methode – der Versuch, komplexe Systeme mit den Werkzeugen der Theorie und des Rechnens zu durchdringen. In gut einem Dutzend Forschungsgruppen arbeiten Promovierende, Postdocs und erfahrene Wissenschaftler zusammen, viele davon eng verzahnt mit den Fachbereichen der Universität nebenan.

Die Gegenstände könnten kaum verschiedener sein: das Innere eines Atomkerns, das Netzwerk von Nervenzellen im Gehirn, das Zusammenspiel tausender Moleküle, die Muster in riesigen Datenmengen. Und doch ähneln sich die Fragen erstaunlich oft. Wie ordnet sich Materie, wenn unzählige Teilchen aufeinander einwirken? Wo entsteht Struktur, wo vorher keine war? Selbstorganisation heißt das Stichwort, das die Frankfurter Gruppen quer durch die Disziplinen verbindet.

Vom Atomkern zum neuronalen Netz

Ein Schwerpunkt liegt seit den Anfängen in der theoretischen Physik. Gruppen rechnen etwa nach, was geschieht, wenn Atomkerne bei nahezu Lichtgeschwindigkeit aufeinanderprallen und für den Bruchteil eines Augenblicks ein extrem heißer Materiezustand entsteht, wie er kurz nach dem Urknall geherrscht haben muss. Andere modellieren das Innere von Neutronensternen, jenen unvorstellbar dichten Objekten, deren Verschmelzung sich seit einigen Jahren auch in Gravitationswellen nachweisen lässt. Damit ist Frankfurt eng mit der Schwerionenforschung verbunden, wie sie im nahen Darmstadt an der Beschleunigeranlage FAIR vorangetrieben wird.

Ein zweiter Schwerpunkt liegt in den Neurowissenschaften und der Informatik – dort, wo man verstehen will, wie Nervenzellen im Verbund lernen und wie sich dieses Lernen in künstlichen neuronalen Netzen nachbilden lässt. Damit stand das FIAS mitten in der Debatte um künstliche Intelligenz, lange bevor diese zum Schlagwort des Jahrzehnts wurde.

Selbstorganisation – wie aus vielen Einzelteilen ein geordnetes Ganzes wird – verbindet am FIAS die Physik mit Hirnforschung und KI.

Die Redaktion

Das klingt abstrakt, hat aber sehr konkrete Seiten. Wer versteht, wie neuronale Netze im Gehirn und in der Maschine Informationen verarbeiten, begreift auch besser, warum moderne KI-Systeme leisten, was sie leisten – und wo ihre Grenzen liegen. Zugleich nutzen die Gruppen maschinelles Lernen längst als Werkzeug: um Teilchenkollisionen auszuwerten, Moleküle zu simulieren oder Muster in biologischen Daten aufzuspüren. Grundlagenforschung und Zukunftstechnologie liegen hier so dicht beieinander, dass die Übergänge fließend werden.

Der Riedberg als Denkfabrik

Der Ort ist kein Zufall. Der Campus Riedberg im Frankfurter Norden ist seit den 2000er-Jahren zum naturwissenschaftlichen Zentrum der Goethe-Universität geworden: Physik, Chemie, Biochemie, Pharmazie und Geowissenschaften sind hierher gezogen, dazu kamen das Max-Planck-Institut für Biophysik und das Max-Planck-Institut für Hirnforschung. Auf engem Raum stehen so Ausbildung, Grundlagen- und Spitzenforschung nebeneinander – und das FIAS bildet dazwischen ein theoretisches Scharnier.

Institute wie das FIAS sind für den Ruf einer Stadt so wichtig wie unauffällig. Sie produzieren keine Wolkenkratzer und keine Schlagzeilen, sondern Ideen, Modelle und wissenschaftlichen Nachwuchs, der später in aller Welt forscht. Gemeinsam mit Universität und Max-Planck-Instituten machen sie den Riedberg zu einem Ort, an dem Frankfurt denkt statt handelt.

Für eine Stadt, die vor allem für ihren Finanzplatz bekannt ist, ist das ein wertvolles Gegengewicht. Zwischen Banken und Börse gibt es hier Menschen, die den Urknall und das Gehirn zu verstehen versuchen – einige Kilometer nördlich des alten Universitätsviertels in Bockenheim, wo die Goethe-Universität einst ihren Anfang nahm.

Man muss die Formeln an den Whiteboards nicht entziffern können, um zu ahnen, was hier geschieht: Frankfurt denkt an seinen Rändern über die Welt nach – und das ist mehr wert, als die Skyline vermuten lässt. ■