Willkommen an Bord„Meine Gruppe entwickelt modernste Methoden maschinellen Lernens für die Astrophysik“Prof. Dr. Luisa Lucie-Smith verstärkt die Physik

25. November 2024, von Lucie-Smith/Red.

Foto: privat

Prof. Dr. Luisa Lucie-Smith

Jedes Jahr kommen zahlreiche neue Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an die Universität Hamburg. In dieser Reihe stellen wir sie und ihre Forschungsgebiete vor. Dieses Mal: die Kosmologin Luisa Lucie-Smith.

Prof. Dr. Luisa Lucie-Smith kommt vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in München und ist seit dem 18. November 2024 als Professorin für Astrophysik mit dem Schwerpunkt Maschinelles Lernen in der Astrophysik an der Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften tätig. Sie ist Teil des Forschungsteams an der Hamburger Sternwarte und trägt zum Exzellenzcluster Quantum Universe bei.

Mein Forschungsgebiet in drei Sätzen:

Ich bin Kosmologin und beschäftige mich mit einigen der grundlegendsten Fragen über unser Universum - wie es entstanden ist, woraus es besteht und wie es strukturiert ist. Mit Hilfe numerischer Simulationen erschaffe ich virtuelle Universen, um die Entstehung von Galaxien und kosmischen Strukturen auf großen Skalen zu untersuchen. In Kombination mit Techniken der künstlichen Intelligenz modelliere ich die komplexe Entwicklung des Universums, in der Hoffnung, so Erkenntnisse über die schwer fassbare Natur dunkler Materie und dunkler Energie zu gewinnen.

Und so erkläre ich Freunden und Familie, worum es da geht:

Alle Materie, die wir um uns herum sehen und anfassen können, macht nur fünf Prozent des gesamten „Energiehaushalts“ des Universums aus. Den Rest verstehen wir nicht: Wir vermuten, dass der größte Teil der Materie im Universum aus „dunkler“ Materie besteht, die wir nicht sehen können und die dennoch durch die Schwerkraft alles zusammenhält. Ein weiterer wichtiger Bestandteil des Universums ist eine noch geheimnisvollere Form von Energie, die so genannte „dunkle Energie“. Meine Bemühungen als Kosmologin konzentrieren sich darauf, die Natur dieser beiden Komponenten zu verstehen, indem ich in einem Computer Universen erschaffe, die wie das reale Universum aussehen, vorausgesetzt unsere theoretischen Modelle sind korrekt. Wenn wir Unterschiede zwischen den Vorhersagen unserer Computersimulationen und dem beobachteten Universum feststellen, bedeutet dies, dass wir unser kosmologisches Modell überdenken müssen.

Darum freue ich mich auf Hamburg –  auf die Stadt und die Universität:

Ich freue mich sehr darauf, in Hamburg zu leben, denn die Stadt ist vielfältig, lebendig und an jeder Ecke anders. Ich liebe es, von Wasser umgeben zu sein, und in der Stadt spielen so viele meiner Lieblingsbands. Die Universität ist ein starkes Zentrum für die Forschung in den Bereichen Astrophysik und maschinelles Lernen, daher freue ich mich auf die Zusammenarbeit mit meinen neuen Kollegen und Kolleginnen in beiden Forschungsbereichen in einem unterstützenden Umfeld. Und ich freue mich darauf, Teil des kollaborativen Netzwerks am Exzellenzclusters 'Quantum Universe' zu werden. Hamburg passt sowohl zu meinen persönlichen Interessen als auch zu meinem Berufsleben!

Das sind meine Pläne an der Universität Hamburg:

Mein unmittelbarer Plan ist, meine neue Forschungsgruppe an der Universität Hamburg zu gründen und sie an der Spitze des Bereichs der Kosmologie und der künstlichen Intelligenz zu etablieren. Meine Gruppe wird sich auf die Entwicklung modernster Techniken des maschinellen Lernens konzentrieren, um aus der komplexen großräumigen Struktur des Universums so viele Informationen wie möglich über die Grundlagenphysik zu gewinnen. Ich möchte mich auf die Betreuung von jungen Forschenden konzentrieren und ihnen dabei helfen, die notwendigen Fähigkeiten zu entwickeln, um gute Wissenschaftler:innen zu werden, und sie während ihrer gesamten Laufbahn unterstützen. Insbesondere möchte ich Frauen und unterrepräsentierte Bevölkerungsgruppen in der Wissenschaft fördern und mich stärker in der Wissenschaftskommunikation engagieren. Ich möchte auch eine stärkere Verbindung zwischen Kosmolog:innen in ganz Deutschland schaffen, einschließlich Kolleg:innen aus München, Bonn, Bielefeld und anderen Forschungsstandorten.

Darum sollten Studierende unbedingt meine Veranstaltungen besuchen:

Künstliche Intelligenz, insbesondere maschinelles Lernen, wird immer häufiger eingesetzt. Ein Verständnis dafür, wie diese Algorithmen funktionieren, wann sie anzuwenden sind und wo ihre Stärken und Grenzen liegen, ist für die Studierenden von Vorteil, ganz gleich, welchen beruflichen Weg sie einschlagen wollen. Die Forschung in der Kosmologie und der Astrophysik umfasst riesige und komplexe Datensätze und bietet ein ideales und anspruchsvolles Testfeld für fortschrittliche Methoden des maschinellen Lernens. Mein Ziel ist es, Studierende für interdisziplinäre Projekte zu begeistern. Ich finde es unglaublich bereichernd, Synergien zwischen verschiedenen Bereichen wie maschinelles Lernen und Physik zu entdecken. Sogar der diesjährige Nobelpreis für Physik hat den tiefgreifenden Einfluss der Physik auf grundlegende Techniken des maschinellen Lernens betont!

Blick in die weite Welt: mit diesen internationalen Einrichtungen, Universitäten oder Institutionen arbeite ich zusammen:

Eines der besten Dinge an der Arbeit einer Astrophysikerin ist es, Teil einer großen, internationalen und auch lustigen Gemeinschaft zu sein. Wir reisen um die Welt zu Konferenzen und diskutieren neue Ergebnisse und Techniken und arbeiten gemeinsam daran, zu verstehen, was uns die aktuellen Beobachtungen über das Universum sagen. Ich habe großartige Kolleg:innen auf der ganzen Welt, unter anderem in Europa, in Großbritannien, den USA und Japan.

Darum ist meine Forschung für die Gesellschaft wichtig:

Astrophysikerinnen und Astrophysiker arbeiten nicht direkt an der Lösung gesellschaftlicher Probleme. Wir beschäftigen uns mit grundlegenden Fragen über unsere Existenz und die Welt, in der wir leben. Meine Forschung liegt an der Schnittstelle zwischen Physik und künstlicher Intelligenz und konzentriert sich auf die Entwicklung erklärbarer maschineller Lernmodelle. Ziel ist es, über Black-Box-Ansätze hinauszugehen und Einblicke in die Entscheidungsprozesse der Algorithmen zu geben. Da künstliche Intelligenz zunehmend in unser Leben integriert wird, ist die Erklärbarkeit auch entscheidend dafür, dass wir die Algorithmen wahrheitsgetreu und in der Gesellschaft sicher und ethisch vertretbar einsetzen können. Ich hoffe, direktere Verbindungen zwischen der Gesellschaft, der Industrie und der akademischen Welt herstellen zu können, um unser Wissen über diese Werkzeuge und ihre optimale Nutzung zu teilen.