Stefan Thurner (* 1969 in Innsbruck) ist ein österreichischer Physiker und Komplexitätsforscher. Er leitet das Institut für die Wissenschaft komplexer Systeme an der Medizinischen Universität Wien und ist Mitbegründer und Präsident des Complexity Science Hub (CSH). Thurner ist zudem als externer Professor am Santa Fe Institute tätig.

Seine Forschungsschwerpunkte liegen in der Erweiterung der statistischen Mechanik auf vernetzte komplexe Systeme im Nicht-Gleichgewicht, mit Anwendungen auf Dynamik und Phasenübergänge sozialer, biologischer und ökonomischer Systeme. Zu seinen Beiträgen zählen eine Theorie für Systeme außerhalb des Gleichgewichts, Stresstests von Gesundheitssystemen, agentenbasierte Modellierung systemischer Risiken in Lieferketten und Finanznetzwerken sowie die Quantifizierung von Resilienz. Er ist Autor des Lehrbuchs „Introduction to the Theory of Complex Systems“.

Thurner wurde unter anderem als „Österreichischer Wissenschafter des Jahres 2017“ und mit dem Paul-Watzlawick-Ehrenring (2021) ausgezeichnet.

Leben

Herkunft und Ausbildung Thurner wurde 1969 in Innsbruck, Österreich, geboren. Er promovierte in theoretischer Physik an der TU Wien und in Wirtschaftswissenschaften an der Universität Wien. Seine Habilitation in theoretischer Physik absolvierte er an der TU Wien.

Thurner begann seine akademische Laufbahn in der theoretischen Teilchenphysik, bevor er sich der Erforschung komplexer adaptiver Systeme zuwandte, wobei er auf mathematischer Modellierung und quantitativen Methoden aufbaute.

Beruflicher Werdegang Nach seiner Promotion war Thurner als Postdoktorand an der Humboldt-Universität zu Berlin und der Boston University tätig, bevor er als wissenschaftlicher Mitarbeiter an die Universität Wien wechselte.

Von 2001 bis 2004 war er außerordentlicher Professor an der Universität Wien und beschäftigte sich mit Netzwerken und kollektiver Dynamik in biologischen, sozialen und wirtschaftlichen Systemen. Im Jahr 2001 schloss er seine Habilitation in theoretischer Physik ab und erwarb seinen zweiten Doktortitel in Wirtschaftswissenschaften, wobei er statistische Mechanik mit ökonomischer Modellierung verband, um systemische Risiken und Wachstumsmuster zu untersuchen.

Von 2004 bis 2009 erweiterte er als außerordentlicher Professor an der Medizinischen Universität Wien seine Forschung auf gesundheits- und medizinische Anwendungen, darunter netzwerkbasierte Analysen von Krankenhausdaten, Komorbiditäten und die Resilienz des Gesundheitssystems. Seit 2007 ist er als externer Professor am Santa Fe Institute tätig und war im selben Jahr Fellow am Collegium Budapest. Seit 2009 hat er eine ordentliche Professur für die Wissenschaft komplexer Systeme an der Medizinischen Universität Wien inne.

Im Jahr 2016 war er Mitbegründer des Complexity Science Hub (CSH) in Wien und wurde dessen Präsident. Der Complexity Science Hub ist ein interdisziplinäres Forschungszentrum zur Erforschung komplexer adaptiver Systeme, das elf Mitgliedsinstitutionen und ein globales Netzwerk externer Forschender umfasst.

Forschung Stefan Thurners Forschung wurzelt in der theoretischen Physik komplexer Systeme und zielt auf die quantitative Charakterisierung emergenter Phänomene in hochdimensionalen, nichtlinearen und Nicht-Gleichgewichtssystemen ab. Unter Verwendung von Methoden der statistischen Mechanik, der Netzwerktheorie und agentenbasierter Modellierungen untersucht er die strukturellen und dynamischen Eigenschaften wirtschaftlicher, biologischer und sozialer Systeme.

Grundlagenforschung: Komplexe Systeme Thurner leistete grundlegende Beiträge zur methodischen Quantifizierung von Komplexität in Nicht-Gleichgewichtssystemen. Dazu zählt insbesondere die Herleitung verallgemeinerter Entropiemaße für komplexe Systeme aus First Principles. Er trug zum Verständnis der Statistik offener, angeregter Nicht-Gleichgewichtssysteme bei – mit den sogenannten „sample space reducing processes“, die eine intuitiv einfache und mathematisch handhabbare Erklärung für nicht-gaußsche Statistiken in komplexen Systemen bieten. Er ist Mitautor des Buches „Introduction to the Theory of Complex Systems“ (2018) (zusammen mit Rudolf Hanel und Peter Klimek), das Prozesse wie Fragmentierung, Aggregation und adaptive Rückkopplung formalisiert und aufzeigt, wie lokale Interaktionsregeln ohne zentralisierte Steuerung globale Muster erzeugen – empirisch veranschaulicht durch superlineare Skalierung im städtischen Wachstum und in der sprachlichen Evolution.

Systemisches Risiko in Finanznetzwerken Thurner hat sich mit systemischem Risiko und Kaskadeneffekten in Finanznetzwerken befasst. Dazu gehört das Konzept der systemic risk transaction tax – einer Steuer auf das systemische Risiko von Finanzkontrakten –, die darauf abzielt, das systemische Risiko in Finanzsystemen durch eine Umstrukturierung von Finanznetzwerken zu reduzieren. Die Wirksamkeit der Systemrisikosteuer wurde in agentenbasierten Modellen und in einem Gleichgewichtsmodell von DebtRank, einer nichtlinearen Metrik zur Quantifizierung der systemischen Bedeutung von Unternehmen, für Finanzkontrakte nachgewiesen, wodurch es möglich wird, das Systemrisiko von Finanzkontrakten zu schätzen. Dies eröffnet die Möglichkeit, das Systemrisiko von Finanzkontrakten zu messen, indem ihre Fähigkeit bewertet wird, andere Institutionen über direkte bilaterale Verflechtungen hinaus in Bedrängnis zu bringen. Thurner erweiterte den Rahmen des systemischen Risikos auf mehrschichtige Finanznetzwerke, die Kredite, Derivate und Sicherheiten umfassen. Verwandte Methoden, die auf Lieferketten auf Unternehmensebene angewendet wurden, zeigten, dass eine Neuverknüpfung von Lieferbeziehungen hin zu risikoärmeren Konfigurationen die Ausbreitung von Störungen messbar reduziert.

Netzwerkmedizin und Gesundheitssysteme Anhand umfangreicher österreichischer Krankenhausdaten erstellten Thurner und Kollegen auf der Grundlage von ICD-10-Diagnosecodes Netzwerke von Krankheitskomorbiditäten und quantifizierten so das gleichzeitige Auftreten von Erkrankungen in Patientenpopulationen. Agentenbasierte Simulationen wurden eingesetzt, um die Widerstandsfähigkeit des Gesundheitssystems zu modellieren und dabei Kapazitätsgrenzen sowie Versagenskaskaden bei unterschiedlicher Patientenbelastung zu ermitteln. Während der COVID-19-Pandemie bewertete seine Gruppe die Wirksamkeit nicht-pharmazeutischer Maßnahmen in 79 Gebieten anhand ihrer Auswirkungen auf die effektive Reproduktionszahl und war Mitbegründer und Mitwirkender des österreichischen nationalen Konsortiums für epidemiologische Prognosen, das wöchentliche Prognosen für medizinisches Fachpersonal und staatliche Gesundheitsbehörden bereitstellte.

Ökonomie Thurner hat Ansätze der Komplexitätsforschung auf die ökonomische Modellierung angewandt, einschließlich einer linearen Antworttheorie zur Quantifizierung der sektoralen Resilienz gegenüber Schocks in der Weltwirtschaft. Er betrieb frühe Forschung zu Lieferkettennetzwerken auf Unternehmensebene und zeigte, dass die Aggregation wirtschaftlicher Daten auf Branchenebene die Ausbreitung von Störungen durch Produktionsnetzwerke erheblich unterschätzen kann. Verwandte Methoden wurden auf die Dekarbonisierungsplanung angewendet, wobei sich zeigte, dass eine netzwerkbasierte Auswahl von Unternehmen nach systemischer Relevanz erhebliche Emissionsreduzierungen erzielen könnte, während die wirtschaftlichen Auswirkungen auf Produktion und Beschäftigung begrenzt blieben.

Sozialwissenschaften Thurner wendet computergestützte Methoden auf soziale Dynamiken an, darunter Gruppenbildung und Meinungspolarisierung. Eine Studie aus dem Jahr 2023 nutzte ein von Spin-Glas-Modellen inspiriertes Selbstorganisations-Framework, um zu modellieren, wie Homophilie die Entstehung sozialer Gruppen begünstigt, und leitete Gruppengrößenverteilungen ab, die mit empirischen Daten aus Online-Communities übereinstimmen. Eine Studie aus dem Jahr 2025 zeigte mathematisch, dass zunehmende soziale Vernetzung ab einem kritischen gesellschaftlichen Konnektivitätsschwellenwert abrupte Polarisierung auslösen kann, und verknüpfte den seit 2000 beobachteten Anstieg enger Freundschaften mit gemessenen Polarisierungstrends in westlichen Gesellschaften. Zu früheren Arbeiten gehört eine 2010 in PNAS veröffentlichte Studie über soziale Netzwerke, die von mehr als 300.000 Spielern des Massive Multiplayer Online Games (MMOG) Pardus gebildet wurden. Die Untersuchung bezog verschiedene Ebenen wie Kommunikation, Handel und Konflikt in einem sozialen Online-Netzwerk ein und deckte geschlechtsspezifische Interaktionsmuster auf, welche Verhaltensasymmetrien der Offline-Welt widerspiegeln.

Rezeption und Wirkung Thurner hat über 300 peer-reviewte Artikel veröffentlicht und hält drei Patente. Zu seinen meistzitierten Beiträgen zählen Arbeiten zu Netzwerkdynamik, systemischen Risiken und sozialen Systemen.

Thurner engagiert sich in der Vermittlung von Komplexitätswissenschaft an ein breites Publikum. Der Österreichische Klub der Bildungs- und Wissenschaftsjournalisten wählte ihn zum Wissenschaftler des Jahres 2017 und würdigte damit seine Bemühungen in diesem Bereich. Der seit 1994 jährlich vergebene Preis wurde zuvor unter anderem an Anton Zeilinger und Josef Penninger verliehen und zeichnet Wissenschafter aus, die ihre Forschungsgebiete einem breiten Publikum näherbringen.

Im Jahr 2021 erhielten Thurner und sein ehemaliger Doktorand und Kollege Peter Klimek den Paul-Watzlawick-Ehrenring der Wiener Ärztekammer, in Anerkennung ihrer Arbeit zur Prognose des COVID-19-Pandemieverlaufs mittels Big Data sowie ihrer Beratungstätigkeit für die österreichische Bundesregierung während der Krise.

Während der Pandemie richtete Thurner einen Teil der Forschungskapazitäten des Complexity Science Hub auf COVID-19-bezogene Fragestellungen aus, beriet verschiedene Stellen der Bundesregierung und kommunizierte die Forschungsergebnisse an die Öffentlichkeit.

Kontroversen

Interpretation von COVID-19-Befunden In einem Fachartikel aus dem Jahr 2020 führten Thurner und Kollegen das anhaltende lineare – statt exponentielle – Wachstum der COVID-19-Fallzahlen in mehreren Ländern auf die spärliche Besetzung der Kontaktnetzwerke zurück. Sie argumentierten, dass eine lineare Ausbreitung unter Bedingungen der sozialen Distanzierung möglich sei und dass Standard-SIR-Modelle, die von einer homogenen Durchmischung ausgehen, für die Dynamik der frühen Eindämmung ungeeignet seien. Die Kritiker Kuśmierz und Toyoizumi hielten dem entgegen, dass ein lineares Wachstum in Small-World-Netzwerken nur nahe dem kritischen Punkt (R ≈ 1) auftrete, und stellten in Frage, ob die beobachteten Muster die vorgeschlagene spezifische Netzwerktopologie erfordern. Thurner und seine Mitautoren antworteten, dass sich ihr Modell ausdrücklich auf den Bereich nahe dem kritischen Punkt beziehe, und bezeichneten die Kritik als Fehlinterpretation des Umfangs der Arbeit.

Auszeichnungen (Auswahl) 2017: Wissenschafter des Jahres des Klubs der Bildungs- und Wissenschaftsjournalisten 2021: Paul-Watzlawick-Ehrenring der Wiener Ärztekammer, gemeinsam mit Peter Klimek

Publikationen (Auswahl)

Bücher

2020: S. Thurner: Die Zerbrechlichkeit der Welt. Kollaps oder Wende. Wir haben es in der Hand, edition a, Wien 2020, ISBN 978-3-99001-428-8 2018: S. Thurner, R. Hanel, P. Klimek: Introduction to the Theory of Complex Systems, Oxford University Press, Oxford 2018, ISBN 9780198821939 2012: S. Thurner, H. Meyer-Ortmanns: Principles of evolution: from the Planck epoch to complex multicellular life. Springer, Berlin / Heidelberg 2011, ISBN 978-3-642-26802-1 2012: S. Thurner: Systemic financial risk, Steinbeis/OECD Publishing, Stuttgart / Paris, ISBN 978-3-941417-93-9

Fachartikel und Buchkapitel