Universiteit Stellenbosch
Welkom by Universiteit Stellenbosch
Wiskunde en vrae oor die wêreld
Outeur: Afdeling Navorsingsontwikkeling, Division for Research Development
Gepubliseer: 04/11/2019

‘n Bejaarde Albert Einstein het glo eens gekla dat hy nie ‘n sterk genoeg wiskundige onderbou gehad het om die idees te verduidelik waaraan hy in daardie stadium van sy lewe gewerk het nie. Dis ‘n anekdote wat ‘n groot indruk op prof Cang Hui gemaak het – soveel so dat hy wiskunde gaan studeer het pleks van fisika, die vak waarop hy al sedert sy laerskooljare versot was. Fisika se verlies het egter die wins van die vakgebiede van biologie en ekologie geword. Hui gebruik sedertdien sy wiskundige denke in navorsing oor omgewingskwessies soos klimaatsverandering, die impak van bestuiwers en enige groot gros data met ‘n biologiese inslag.

Daaroor getuig die meer as 200 referate, twee boeke, agt hoofstukke en 12 PhD-studente wat hy reeds gelewer het. In 2011 het hierdie B2-gegradeerde navorser ‘n Elsevier Young Scientist-toekenning ontvang. Sy h-indeks plaas hom onder die top 10 navorsers in wiskunde in Suid-Afrika.

Hui is sedert 2004 aan die Universiteit Stellenbosch werksaam, nadat hy as nadoktorale navorser by die Sentrum van Uitnemendheid vir Indringerbiologie (CIB) begin het. Sedert 2014 beklee hy die Suid-Afrikaanse navorsingsleerstoel in wiskundige en teoreties-fisiese biowetenskappe in die Departement Wiskunde, en is ook verbonde aan die African Institute for Mathematical Sciences (AIMS) in Muizenberg.

Hy is ook die volgende spreker in die Afdeling Navorsingsontwikkeling se Forward with Research Impact-lesingreeks. Op Woensdag 5 November om 13:00 sal hy in die US Museum in Ryneveldstraat op Stellenbosch gesels oor die wiskundige speletjies wat plante met ander spesies speel.

Sy Einstein oomblik

Hui, die jongste van twee kinders, is in 1977 in Xi'an in die noordweste van China gebore, die jaar wat die einde van die Chinese kulturele rewolusie ingelui het. Weens die politieke klimaat van die voorafgaande era het sy ouers nooit kans gehad om te studeer nie.

Hui, daarenteen, kon sy kanse aangryp. Van jongs af het die beginsels van fisika gefassineer. Op twaalfjarige ouderdom het hy lid van die Chinese Vereniging vir Fisika geword.

“Ek het fisika baie geniet, en hoe mens sekere soort vrae daarmee kon beantwoord. Dit was oor meer as net berekeninge doen, maar ook oor hoe mens dinge sinvol danksy vergelykings kon verduidelik,” onthou hy.

Hui het die staaltjie oor Einstein en sy wiskundige-wroeginge gelees terwyl hy in 1994 besig was om voor te berei vir sy finale skooleksamens. Op daardie stadium moes hy besluit of hy verder in wiskunde of fisika moes gaan studeer. Hy het in albei vakke uitgeblink.

Vandag kan hy nog goed onthou dat die anekdote deur 'n tydgenoot van Einstein, Arnold Sommerfeld, geskryf is, ter viering van sy 70ste verjaardag: “Einstein het gesê dat as hy weer kon kies, hy eers wiskunde sou leer, omdat sy gebrek aan kennis daaroor hom verhinder het om sekere fisiese konsepte waarin hy later wou werk beter te formuleer.”

Hui was g’n van plan om dieselfde fout as Einstein te maak nie: “Ek’t vir myself gesê dat as ek die fisiese wêreld regtig goed wil verstaan, ek myself eers wiskundig moes voorberei.”

Sy loopbaantrajek was van so ‘n aard dat hy toe nooit na suiwer fisika teruggekeer het nie. Vandag is daar wel ‘n hele paar fisici in Hui se wye netwerk van kollegas met wie hy in Europa, Noord-Amerika, China, Suid-Afrika en Australië saamwerk.

‘n Ander ingesteldheid

Hui beskryf homself as ‘n opgeleide toegepaste wiskundige wat nie net daarop ingestel is om dinge in ‘n formule of ‘n berekening te wil vasvang nie.

“Ek wil 'n stelsel ook kan verstaan, en die dinamika wat dit dryf,” verduidelik hy.

Hui het in 1997 ‘n graad in toegepaste wiskunde aan die Xi’an Jiaotong Universiteit ontvang, tesame met ‘n toekenning vir uitmuntende prestasie op voorgraadse vlak. In sy finale jaar het hy die geluk gehad dat ‘n bekende biowiskundige, prof Zhien Ma, hom in sy jaarprojek oor epidemiologiese modelle begelei het. In die proses het die dinamika en interaksie binne komplekse sisteme hom begin fassineer.

In 2001 het sy MSc in Toegepaste Wiskunde aan die Lanzhou Universiteit gevolg, hierdie keer oor hoe mens die metapopulasiedinamika van landskappe kan modelleer. Weer is Hui vir sy akademiese prestasies vereer. In 2004 het hy sy PhD in Wiskundige Ekologie aan dieselfde instelling verwerf. Hy het die ruimtelike en dinamiese kompleksiteite van metapopulasies bestudeer, en gekyk na hoe hierdie voortgesit word.

Tydens sy PhD-jare het hy aangesluit by die Chinese Eko-Ekonomiese Vereniging, en het sodoende eerstehandse ervaring van die natuur en biodiversiteit opgedoen. Sy betrokkenheid by die Nasionale Natuurwetenskaplike Stigting het hom na rivierkomme en vleilande geneem. Daardeur het hy selfs pryse van sy plaaslike provinsiale regering ontvang.

Die omgewingsy van biowiskunde was egter nie aanvanklik sy voorkeurgebied nie. In sy vroeë studentejare het hy sy visier op neurowetenskappe gehad, want op daardie stadium het hy die brein as “die mees besondere komplekse sisteem” beskou. Die geluk was egter nie aan sy kant nie, en as Plan B het sy fokus gesit op ekologiese stelsels en biodiversiteit.

Deesdae dink hy anders hieroor: “Ek reken ekologiese stelsels is selfs meer ingewikkeld as die brein. Ons neurale netwerke, word hier teen sewe jaar oud vasgelê, en kan nie juis daarna vreeslik verander nie. Ekologiese stelsels, daarenteen, bestaan uit talle spesies wat heeltyd in wisselwerking is met mekaar en by mekaar moet aanpas.”

Komplekse sisteme

Hui sien komplekse stelsels in terme van 'n speletjie waarin verskeie spelers betrokke is Almal dra die hoed van die groep of spesie waaraan hulle behoort. Elkeen speel die speletjie om hulself en hul groep te bevoordeel. Dis moeilik om by te hou by wat die eindresultaat van elkeen van hierdie interaksies is, en dit te verduidelik.

“Biologie en die natuurwetenskappe is oor die lewe self. Om dit te probeer verstaan, het mens meer  as net fisiese verklarings of fisika nodig. Mens moet kan vra hoe sekere fenomene deur komplekse stelsels na vore kom. En dis waar wiskunde inkom,” verduidelik hy heel filosofies.

Sy werk lê op die koppelvlak tussen wiskunde en biologie. Hy gebruik én stel nuwe modelle voor. Oor die jare het hy sy vaardighede ook begin gebruik om modelle en teorieë voor te stel waarmee mens ontluikende patrone in hele organisme-biologie te verduidelik. Hy speur fyn deur ekologiese data om die funksie en betekenis van elke spesie binne 'n stelsel te bepaal, en hoe elkeen weer op hul beurt ander dele in dieselfde sisteem beïnvloed.

Een van sy studente is tans besig om die verspreiding van naaldekokerspesies in Afrika te modelleer, om ‘n idee te kry oor hoe verspreiding en beweging in die toekoms dalk deur klimaatsverandering beïnvloed kan word. 'n Ander student bestudeer die dinamika binne woudstelsels, as deel van ‘n veel groter internasionale samewerkingsprojek. Op die plaaslike front is Hui op die punt om weg te trek met ‘n dekadelange projek waarin al die interaksies bestudeer gaan word van spesies wat binne een hektaar fynbosgrond in die Jonkershoek-natuurreservaat gevind word.

'As mens wiskundig dink wanneer jy besig is om ‘n biologiese stelsel te formuleer, vra jy eers wat is aan die gebeur. Jy moet ook die ‘hoe’ verstaan. Dan eers kan jy vra ‘hoekom’,” vertel hierdie pa van twee kleuters, wat dit geniet om die lewe deur die oë van sy spruite te ervaar.

Hy reken alle navorsingspanne wat hul sout werd is moet in die era van “Big Data” 'n sterk wiskundige brein aan boord hê.

“’n Gebrek aan data belemmer lankal nie meer navorsing nie. Dis nie meer die bottelnek van ouds nie. Deesdae gaan dit oor hoe jy die data tot jou beskikking gaan gebruik, en waarop jy gaan fokus,” verduidelik dié wiskundeprofessor. “Ons het informatika nodig om al die inligting wat versamel word, te hanteer. Ons het mense wat modelle kan skep en biowiskundiges nodig om daaraan te werk, sodat ons beter kan verstaan hoe stelsels werk.”