Work Wednesday


Adventures in Hong Kong

Studies and Work at HKUST


Präsentation

Morgen steht die Präsentation meiner Ergebnisse an.

Ein mathematisches Modell zu präsentieren ist etwas undankbar - entweder man schließt Details ein und präsentiert 30 Minuten lang nur Formeln und alle schlafen ein oder man erklärt nur die Idee und die Leute fragen sich, was man eigentlich das letzte halbe Jahr gemacht hat.

Ich habe mich schlussendlich für die erste Variante entschieden. Dadurch ist es bestimmt nicht der spannendste Vortrag, aber es umfasst die tatsächliche Arbeit und verschafft einigen Respekt. Es sollten so um die 40 Minuten Vortrag sein und dann schließen sich bestimmt noch einmal 20 Minuten Diskussion an.


Wochenende?

Im Gegensatz zu Deutschland haben die Geschäfte hier in Hong Kong (und auch Mainland China) selbstverständlich am Sonntag genau so lange geöffnet, wie an allen anderen Wochentagen.

An der Uni und in den meisten Firmen ist der Samstag praktisch ein regulärer Arbeitstag. Der Sonntag wird gelegentlich in Form von Überstunden für Arbeit genutzt oder wenn ein anderer freier Tag ausgeglichen werden soll.

In der Tat ist HK laut einem ziemlich interessanten Bericht von UBS die Stadt, in der die meisten Wochenstunden (über 50) gearbeitet wird - eine Regelung für maximale Arbeitszeiten gibt es ebenfalls nicht. Dafür gibt es immerhin 17 bezahlte Urlaubstage im Jahr - deutlich mehr, als in Bejing oder Shanghai.


Campus in Wolken

In dieser Jahreszeit ist es in HK ziemlich stark bewölkt.

Wolken auf dem Campus

Sobald die fast gesättigte Luft am Campus aufsteigt, wabern Wolken über den gesamten Campus.


Dokumentation

Nachdem ich in letzter Zeit viel an dem Batteriemodell gearbeitet habe, muss ich jetzt mal ein bisschen Dokumentation schreiben. Weil schon meine Grundschullehrerin in der Kategorie "Schrift und Form" attestierte, dass meine Handschrift für andere Menschen manchmal etwas schwierig zu lesen sein kann, habe ich meine Formeln natürlich im Computer notiert.

screen

Dazu nutze ich LaTex - das erfordert für manche etwas Einarbeitungszeit, aber dann kann man sehr professionelle Texte erstellen. Mit dem Word-Formeleditor würde ich in den nächsten 4 Wochen sicherlich nicht mehr fertig werden.


Was für Probleme beschäftigen mich?

Wenn man physikalische Effekte der echten Welt beschreiben möchte, dann modelliert man diese häufig mit partiellen Differentialgleichungen. Das klingt ziemlich anstrengend und langweilig, aber diese Gleichungen beschreiben, wie sich ein Auto bei einem Unfall verformt, wie sich Wellen auf dem Ozean bewegen und wie die Membran einer Trommel schwingt.

Fluss

Nehmen wir zum Beispiel mal das Problem der Diffusion: Diese Gleichungen beschreiben, wie sich Konzentrationsunterschiede ausgleichen, wie also Materialien von einem Punkt zu einem anderen Punkt fließen. Dieser Fluss N wird nach Fick's erstem Gesetz mit

Flux

beschrieben. Das umgedrehte Dreieck heißt Nabla-Operator und beschreibt eine räumliche Ableitung, so wie man es aus der Schule kennt. Allerdings arbeitet diese spezielle Ableitung in mehreren Dimensionen. Das Ergebnis dieser Operation ist also ein Vektor, der in die Richtung des steilsten Konzentrationsanstieges zeigt. Weil Dinge von hohen Konzentration zu niedrigen Konzentrationen fließen (das kann man übrigens mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik begründen), muss der Fluss in die Gegenrichtung des Gradienten zeigen und wir verwenden deshalb ein Minus. Man kann sich das etwa so vorstellen, wie im Kindergarten: Wenn alle Kinder in einer Ecke stehen sollten, dann ist der Kinderkonzentrationsgradient zu dieser Ecke sehr groß und folglich werden sich die Kinder in die Gegenrichtung (zu all den Spielzeugen) bewegen und gleichmäßig im Raum verteilen. Der Faktor D beschreibt dabei übrigens, wie schnell das geschieht. Ein Altenheim hätte dementsprechend also ein deutlich geringeres D, weil die Senioren sich träger und langsamer bewegen.

Erhaltung

Nur der Fluss alleine hilft uns aber nur in einem Zeitpunkt und nicht bei der Vorhersage, wie sich die Konzentration mit der Zeit entwickeln wird. Dafür wird in der Regel die Erhaltungsgleichung genutzt:

conservation

Der erste Term beschreibt die zeitliche Änderung der betrachteten Größe und der zweite Term beschreibt die Divergenz des Flusses. Das ist sozusagen eine Bilanz aller Flüsse: Wenn alle Kinder zu den Bauklötzen strömen, dann hat dieser Punkt eine positive Divergenz. Man könnte jetzt sagen, dass keine Kinder dazukommen oder verschwinden und die Anzahl der gesamten Kinder deshalb erhalten (Erhaltungsgleichung) bleibt. Bei den Senioren hingehen könnte man etwas makaber annehmen, dass die Anzahl mit der Zeit schrumpft. Das kann man in dem rechten Term f - dem Quellterm - mit einer negativen Zahl modellieren.

Randbedingungen

Um das Problem vollständig zu beschreiben, benötigen wir noch ein paar Randbedigungen und eine Anfangsbedingung. Diese enthalten in diesem Fall so Informationen, dass Menschen nicht durch Wände gehen können und wie die Konzentration am Anfang verteilt ist. Das kann man auch klug aufschreiben:

BC and IC

Lösung

Leider kann man diese Methoden im Gegensatz zur Schulmathematik meistens nicht einfach analytisch lösen. Deswegen habe ich das mal in meinem Computer numerisch berechnet:

Kindergarten:

Kindergarten

Seniorenheim:

Seniorenheim

Die weißen Pfeile repräsentieren den Fluss und je roter die Farbe ist, desto höher ist die Konzentration.

Was hat das mit meiner Arbeit zu tun? Sehr viel - diese Gleichung ist eine stark vereinfachte Form einer Gleichung, die ich auch bei der Batteriesimulation löse. Allerdings gibt es da noch mehrere Effekte und Kopplungen zu anderen Gleichungen, die neue Herausforderungen bringen.


Campus

Auch nach drei Monaten freue ich mich jedes Mal wieder, wenn ich am Balkon des akademischen Hauptgebäudes vorbeilaufe. Die Lage dieses Campus direkt am Hang zum Meer ist einfach unbeschreiblich schön.

Sunrise

Hier habe ich noch einem Link zu meinem Panorama vom Campus.


Gut, dass ich einen großen Schreibtisch habe

Nachdem ich in der letzten Zeit viel Code geschrieben und Simulation durchgeführt habe, ist es jetzt an der Zeit, mal ein bisschen etwas zu dokumentieren und am theoretischen Modell zu arbeiten.

Desk

Glücklicherweise reicht der Schreibtisch über die gesamte Länge des Zimmers.


Lantau

Das Gute am chinesischen Neujahr ist, dass dies auch Ferienzeit ist. Den Work Wednesday haben wir deshalb in einen Wandertag auf Lantau verwandelt.

Neben dem Disneyland und dem Flughafen ist der Big Buddha sicherlich die meistbesuchte Attraktion auf Lantau. Allerdings wurde der Buddha erst vor 23 Jahren errichtet und mit dem Gedanken und den hunderten Touristen verliert diese Ecke ziemlich an Authentizität.

Big Buddha

Nach einem überteuertem (aber leckerem) Maiskolben, der mir zur Belustigung aller Umstehenden fast von einer der vielen anwesenden Kühe geklaut wurde, haben wir uns noch das Po Lin Kloster angeschaut. Wenn man aber schon ein paar buddhistische Tempel gesehen hat, sind die ganzen Räucherkerzen und Statuen aber auch schon bekannt.

Po Lin Monestry

Also haben wir uns auf die bewährte Strategie verlassen, einem touristischen Ort durch einen kleinen Fußmarsch zu entkommen. Eine Stunde späte fanden wir uns dann in 930 Metern Höhe auf dem Lantau Peak wieder.

Lantau Peak

Von hier oben wirkte der Big Buddha ziemlich klein und wir hatten super Wetter, da wir teilweise über den Wolken waren.

Lantau Peak

Auf der anderen Seite des Berges lag ein langer Strand, den wir noch rechtzeitig vor dem Sonnenuntergang mit ein paar Snacks aus dem Hipster-Supermarkt neben der Surfschule erreichten.

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Mit dem Ausblick lässt es sich doch arbeiten

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Gedanken zu wissenschaftlichen Publikationen

Man meint, in der Wissenschaft wird immer sehr akkurat gearbeitet und die Community strebt nach etwas höherem, dem großen Ganzen.

Schlussendlich ist Wissenschaft aber genau das gleiche, wie die freie Wirtschaft: Es geht darum, schnell Ergebnisse zu produzieren und an den Mann zu bringen. Es geht um Geld, Connections und renommierte Marken.

Manche Paper, die wir in der Gruppe wöchentlich diskutieren, weisen überraschende Inkonsistenzen auf. Manchmal werden sie überraschend schnell reviewt und es ist spannend, die Beziehungen einzelner Wissenschaftler zueinander zu beobachten.

Wenn ich derzeit nach Daten zu einer bestimmten Materialgruppe suche, dann gibt es unzählige Gruppen, die jeweils über leicht modifizierte Materialien berichten - geradeso als ob sie die einfachste Lücke für eine neue Publikation suchten. Nachfolgende Berichte zu weiteren Eigenschaften des 'neuen' Materials sind dann erheblich schwieriger zu finden.

Die tatsächliche Reproduzierbarkeit trennt aber dann die Spreu vom Weizen. 100-fach zitierte Publikationen basieren offensichtlich tatsächlich einer sehr innovativen Erkenntnis und wurden von anderen Gruppen überprüft.