Der im Februar 2020 verstorbene Freeman Dyson war einer der bedeutendsten Wissenschaftler unserer Zeit. Zwei Jahre vor seinem Tod erschien unter dem Titel „Maker of Patterns“ seine Autobiographie, die in doppelter Hinsicht ungewöhnlich ist. Erstens ist es eigentlich die erste Hälfte einer Biographie, denn sie handelt nur von Ereignissen bis in das Jahr 1978, in dem Dyson 55 Jahre alt wurde. Bis zu seinem Tod im Alter vn 96 Jahren hat Dyson sicher manches erlebt, was noch ein zweites Buch ausfüllen könnte. Die andere Besonderheit ist die Form dieser Autobiographie. Das Buch besteht zum größten Teil aus wörtlich abgedruckten Briefen, die Dyson in seinen jüngeren Jahren zuerst an seine Eltern und später an seine Schwester geschrieben hat. Dyson war ein sehr fleißiger Briefeschreiber und es gelingt ihm deshalb mit nur wenigen verbindenden und aus heutiger Sicht erklärenden Kommentaren, aus seinem Briefmaterial diese Erzählung seiner ersten fünf Lebensjahrzehnte zusammenzufügen.
Im Vorwort des Buches erwähnt er, dass er sich mit dieser Briefform an einem anderen berühmten Wissenschaftler ein Beispiel genommen hat, nämlich an James Watsons Buch „The Double Helix“. Um die Erwartungen aber nicht zu hoch werden zu lassen, betont Dyson, dass er in diesem Buch im Gegensatz zu Watson leider nicht von einer so wichtigen Entdeckung wie der DNA zu berichten habe:
I do not have any great discovery like the double helix to describe. The letters record daily life of an ordinary scientist doing ordinary work.
Wenn man eine ungefähre Ahnung hat, wer Freeman Dyson war, ist das schon ein witziger Satz und die verbleibenden knapp vierhundert Seiten des Buches sind hervorragend geeignet, um diese Behauptung vollständig zu widerlegen. So ziemlich nichts an Dysons wissenschaftlichem Werdegang war „ordinary“ und die Entdeckung, die Dysons Laufbahn geprägt und ihn in den Geschichtsbüchern verweigt hat, ist die der Quantenelektrodynamik – also der Grundlage der modernen theoretischen Teilchenphysik.
Der entscheidende Geistesblitz kam Dyson im Geyhound-Bus auf einer Reise quer durch die USA im Jahr 1948. Er war kurz vorher als junger und unbekannter Mathematiker aus England in die USA gekommen, um dort etwas über Quantenphysik zu lernen. Gerade hatte er den Physiker Julian Schwinger besucht und sich dessen neue Berechnungen zu Streuexperimenten erklären lassen. In diesen Experimenten werden winzige Bestandteile von Atomen auf einander geschossen, um zu erforschen, wie sie sich dabei verhalten und welche neuen Teilchen eventuell aus den Kollisionen entstehen können. Von Rutherfords Entdeckung des Atomkerns bis zu heutigen Experimenten am gigantischen Teilchenbeschleuniger des CERN ist diese Art von Experiment die wichtigste Informationsquelle über die fundamentalen Bestandteile von Materie. Schwinger hatte einen Ansatz entwickelt, mit dem man berechnen konnte, was in solchen Experimenten passiert, aber viele seiner Kollegen verstanden seine Berechnungen nicht und anscheinend war er auch nicht immer sehr bemüht, sie verständlich zu erklären.
Dyson wusste damals, dass man zu Schwingers Ergebnissen komischerweise auch über einen ganz anderen Weg kommen konnte, nämlich mit einem vollkommen anderen, viel anschaulicheren Ansatz von Richard Feynman, mit dem Dyson eng befreundet war. Auf der langen Busreise hatte Dyson nun genug Zeit, in aller Ruhe über beide Methoden nachzudenken und schließlich zu verstehen, dass Richard Feynman und Julian Schwinger ohne es zu wissen nur zwei verschiedene Versionen der selben Theorie benutzten. Wie sich nur wenig später herausstellte, hatte Shin’ichirō Tomonaga im durch den Weltkrieg vom Rest der Welt abgeschiedenen Japan schon einige Jahre vorher mit einer dritten, ebenfalls unabhängig entwickelten Methode, Ergebnisse erzielt, die mit denen von Schwinger und Feynman übereinstimmten. Dyson fügte die drei Ansätze nun in seinem Artikel „The Radiation Theories of Tomonaga, Schwinger, and Feynman“ zu einer einheitlichen Theorie zusammen und legte damit den Grundstein zur heutigen Quantenfeldtheorie, der Theorie über die fundamentalen Bestandteile und Wechselwirkungen der Materie, die jeder Physikstudent gegen Ende seines Studiums lernt.
Die wichtigste Entdeckung
Es sagt viel über Dysons Charakter, wie er später von dieser wichtigsten Arbeit seiner Laufbahn gesprochen hat. Feynman, Schwinger und Tomonaga erhielten den Nobelpreis, und die Entscheidung, des Nobelpreiskomitees nicht auch Dyson auszuzeichnen, gilt bis heute als umstritten. Schließlich war er es, der aus den drei Ansätzen eine erste einheitliche und vor allem auch mathematisch sinnvolle Theorie gemacht hat. Dyson selbst hat sich aber nie über diese Entscheidung beklagt. Im Gegenteil hat er seinen Beitrag zur Entwicklung der Quantenelektrodynamik in späteren Interviews immer mit größter Bescheidenheit dargestellt. Sein Freund Richard Feynman habe die genialen Ideen gehabt und er selbst sei nur derjenige gewesen, der zur richtigen Zeit am richtigen Ort war und diesen Ideen nur noch eine mathematische Formulierung geben musste. Seiner Meinung nach war es nur Zufall gewesen, dass gerade er als erster genug von den Arbeiten Feynmans, Schwingers und Tomonagas verstanden hatte, um ihre Zusammenhänge zu erkennen. Dyson hat alle drei Nobelpreisträger überlebt und es ist sicher zu einem großen Teil seiner Bescheidenheit zu verdanken, dass wir Richard Feynman als das vor Ideen sprudelnde Genie kennen, während Dyson angeblich nur in seinem Windschatten bleiben und hinter ihm aufräumen musste, um seine eigenen wissenschaftlichen Efolge zu haben – „an ordinary scientist doing ordinary work“.
Auch im Brief an die Eltern, in dem er von seiner Entdeckung im Greyhound-Bus erzählt, spielt er seine Einsicht herunter, erkennt aber gleichzeitig ihre Wichtigkeit:
This piece of work is neither difficult nor particularly clever, but it is undeniably important if nobody else has done it in the meantime. I became quite excited over it when I reached Chicago and sent off a letter to Bethe announcing the triumph.
Der hier erwähnte Physiker Hans Bethe war zu dieser Zeit Mentor des jungen, aus Cambridge übergesiedelten Mathematikers Dyson, der sich in den USA nun erst seit wenigen Jahren mit Teilchenphysik beschäftigte. Unter normalen Umständen, so wie „ordinary scientists“ es machen, wäre Bethe wohl Dysons Doktorvater gewesen. Wie Bethe später in Interviews erzählte, hatte Dyson aber das Problem, das er ihm als Promotionsthema gegeben hatte, schon nach wenigen Wochen gelöst. Zu einer Promotion kam es dann nicht mehr. Dyson wurde ohne Doktortitel direkt zum Professor berufen, erst an der Cornell University und dann am Institute of Advanced Study in Princeton, an dem damals auch Einstein und Oppenheimer arbeiteten. Dyson blieb diesem Institut bis zu seinem Lebensende treu.
Bevor Dyson sich in dieser Form in der Wissenschaft etablieren konnte, musste seine neu entwickelte Theorie aber erst gegen ihre Kritiker verteidigt werden. An dieser Stelle tritt mit Robert Oppenheimer ein Mann in Dysons Leben, der in „Maker of Patterns“ sogar eine größere Rolle spielt als der enge Freund Richard Feynman. Oppenheimer, der während des Weltkriegs als Leiter des Los Alamos Laboratory entscheidende Beiträge zum Bau der amerikanischen Atombombe geleistet hatte, galt als einer der führenden Quantenphysiker der Welt. Nach dem Krieg hatte er in Princeton die Leitung des Institute for Advanced Study übernommen und dort hoffte ein ganzes Heer junger Wissenschaftler auf seine Impulse. Auch Dyson zog es nach Princeton, weil er den berühmten Professor für seine neue Quantentheorie begeistern wollte.
Oppenheimer glaubt nicht an die neue Theorie
Dyson wurde bitter enttäuscht. Oppenheimer interessierte sich nicht für die neuen Ideen und hielt sie sogar für grundsätzlich falsch, und das obwohl sie auf Ergebnissen seines ehemaligen Studenten Julian Schwinger basierten. Oppenheimers Widerstand gegen die neue Theorie erklärte sich Dyson später damit, dass die neuen Ideen den alten Methoden, mit denen Oppenheimer und seine Kollegen früher an gewissen Problemen gescheitert waren, noch sehr ähnlich sahen und auf den selben Grundprinzipien beruhten. Oppenheimers Generation hatte erwartet, dass diese Probleme nur mit einer völlig neuartigen Theorie gelöst werden konnten. Deshalb wollte diese ältere Generation zuerst nicht akzeptieren, dass ein auf den alten Grundlagen aufbauender, vergleichsweise konservativer Ansatz, also eine Idee, auf die sie vielleicht sogar selbst hätten kommen können, schon die Lösung sein sollte. Die neue Theorie schien den Alten nicht neu genug.
Nachdem Dyson sich nicht abwimmeln ließ, gab Oppenheimer ihm in seinem Seminar fünf Termine, in denen er seine Theorie den Physikern des Institutes in aller Ausführlichkeit erklären durfte. Die ersten dieser Vorträge waren laut Dyson das reine Desaster. Oppenheimer, der in Dysons Briefen oft „Oppy“ genannt wird, unterbricht Dyson in seinen Vorträgen ständig und erklärt bei jeder Gelegenheit in belehrendem Ton, warum diese neue Theorie falsch sein muss. Erst als Hans Bethe das Institut besucht und sich in einen der Vorträge mit hinein setzt, gelingt ihm es, den ständig störenden Oppenheimer zur Ruhe zu bringen und Dyson ausreden zu lassen. Am Ende der Seminarreihe zeigt Oppenheimer sich tatsächlich überzeugt und beruft Dyson etwas später als Professor an sein Institut. Dyson arbeitete dort bis kurz vor seinem Tod. Das anfänglich schwierige Verhältnis zwischen Oppenheimer und Dyson wurde über die Jahre sehr viel angenehmer und persönlicher. In „Maker of Patterns“ ist häufig von Parties bei Oppenheimers die Rede. Beide Physiker unterstützen sich gegenseitig unter anderem in politischen Fragen, Oppenheimers Frau „Kitty“ gab Dyson Beziehungsratschläge, und am Ende ist es Dyson der als einer der wenigen übrig gebliebene Freunde des schwer an Krebs erkrankten Oppenheimer an dessen Sterbebett sitzt. Dyson schreibt in dieser Zeit:
Kitty believes, perhaps rightly, that I can help Robert to keep alive by keeping his interest in physics. […] On the other hand, I find that Robert is so physically tired from his radiation that my instinct is to hold his hand in silence rather than burden him with particles and equations. It is odd that I feel so personally responsible for him. I never had been close to him until now.
„Maker of Patterns“ bietet dem Leser insgesamt einen weit umfassenden Einblick in die Verläufe von Wissenschaft und Politik in der Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts. Angefangen mit namhaften Mathematikern wie Hardy, Weil, Littlewood, Gödel und Giganten der Physik wie Dirac, Bohr, Wigner, Lee, Yang, deWitt, Hawking und die oben bereits erwähnten, macht der von vielfältigen Interessen angetriebene Dyson Bekanntschaft mit einem bunten Panorama aus Wissenschaftlern und Intellektuellen quer durch die Fachrichtungen. Die Nobelpreisdichte ist hoch in diesem Bekanntenkreis. Durch seinen Mentor Bethe und seinen eigenen Schüler Abdus Salam ist Dyson quasi von Nobelpreisträgern umzingelt.
Trotz dieser gebündelten wissenschaftlichen Experise der Protagonisten bleibt „Maker of Patterns“ aber durch die Briefform ein gut lesbares Stück Wissenschaftsgeschichte. Dysons Briefe, die unverändert abgedruckt und nur durch kurze Einschübe des Autors kommentiert sind, fügen sich zu einer aus erster Hand erzählten Lebensgeschichte zusammen. Die Autobiographie bleibt dadurch abwechslungsreich und für naturwissenschaftliche Laien weitgehend verständlich, denn dem Schreiber war bewusst, dass sich die Empfänger der Briefe – die wie gesagt seine Eltern und seine ältere Schwester waren – nur begrenzt für die technischen Details seiner wissenschaftlichen Arbeit interessierten. Es macht diese Biographie sehr angenehm, dass der spätere Autobiograph Dyson sich nur wenig einmischt und die Erzählung überwiegend dem jungen Briefeschreiber überlässt. Dadurch behält die Darstellung eine authentische Gewichtung der Personen und Inhalte, die nicht durch die heutige zurückblickende Perspektive verfälscht wird. Jugendfreunde und Reisebekanntschaften, die für Dyson damals wichtig waren, dürfen in diesem Buch den gleichen Raum einnehmen, wie spätere Nobelpreisträger.
Im Schatten der Atombombe
Dysons Briefe decken eine Zeit von den vierziger bis zu den späten siebziger Jahren ab. Obwohl Dyson in dieser Zeit nicht nur an der Quantenfeldtheorie forschte sondern sich immer neu orientierte und sich mit ganz anderen Bereichen beschäftigte, gab es auch Themen, die über die Jahrzehnte hinweg eine bleibende Rolle in seinem Leben spielten. Eines dieser wiederkehrenden Motive ist die Bedrohung durch die Atombombe. Dyson selbst gehörte nicht zu den Physikern, die die Bombe entwickelt hatten, das war Oppenheimers, Bethes und Edward Tellers Generation. Er gehörte aber, so wie ebenfalls Oppenheimer, zu den Physikern, die nach dem Krieg vor der Bombe warnten und sich politisch für die Abrüstung einsetzten. Selbst bis vor wenigen Jahren hat er in Interviews die Atomwaffen noch immer als die größte Gefahr für die Menschheit bezeichnet. Der befürchtete Klimawandel hatte für ihn nicht dieselbe Bedrohlichkeit. Seine Ansichten zum diesem Thema wurden als eher verharmlosend kritisiert.
Nicht nur Dysons politisches Engagement sondern auch seine wissenschaftliche Arbeit stand in den Jahren nach der Etablierung der Quantenelektrodynamik in gewissem Sinne im Schatten der Atombombe, denn es ging in seinen nächsten Projekten gezielt um eine friedliche Nutzung der Kernenergie. Zunächst war er in einer zehnköpfigen Forschergruppe unter der Leitung von Edward Teller maßgeblich an der Entwicklung des sogenannten TRIGA-Reaktors beteiligt. Die Idee hinter diesem speziellen Typ von Kernreaktor ist, dass sich die radioaktiven Brennstäbe in einer speziellen Flüssigkeit befinden, die bei steigender Temperatur die Reaktionen abbremst. Es kann in einem solchen Reaktor also per Konstruktion nicht zu einer Kernschmelze kommen. Selbst wenn die gesamte Steuerung ausfallen würde bliebe dieser Reaktor absolut sicher. Edward Teller fasste es damals mit den Worten zusammen: „The group was to design a reactor so safe that it could be given to a bunch of high school children to play with, without any fear that they would get hurt.” Der Nachteil dieser sicheren Konstruktion ist allerdings, dass die Leistungsfähigkeit der Anlage stark einschgeränkt und zur Stromerzeugung unbrauchbar ist. Die TRIGA-Reaktoren sind allerdings sehr gut geeignet, um radioaktive Strahlung gezielt für die physikalsiche und medizinische Forschung zu nutzen. Zu diesem Zweck werden sie weltweit an mehreren Universitäten betrieben, unter anderem in Wien und in Mainz.
Das zweite Projekt zur zivilen Nutzung der Kernenergie mit Dysons Beteiligung nannte sich Projekt Orion und war aus heutiger Sicht vollkommen verrückt. Ziel des Projektes war der Bau einer Rakete, die durch die gezielte Detonation mehrerer Atombomben angetrieben wird und zur bemannten Raumfahrt benutzt werden sollte. In Dysons euphorischen Briefen über das Projekt ist die Rede von Flügen zum Mars. Was aus heutiger Sicht nach Wahnsinn klingt, galt zumindest technisch gesehen damals als ein realisierbares Raumfahrtprojekt und wurde über mehrere Jahre hinweg von namhaften Physikern vorangetrieben. Erst mit dem allgemeinen Verbot von Atombombentests musste das Projekt eingestellt werden. Die atombombenbetriebene Rakete verlor damit das Rennen um die ersten bemannten Flüge ins All gegen Wernher von Brauns chemischen Raketenantrieb.
Die Vielfalt in Dysons wissenschaftlichem Lebenswerk ist beispiellos. Nach den Arbeiten in der Zahlentheorie, der Theoretischen Physik und den technischen Anwendungen der Kernenergie folgten unter anderem noch biologische Arbeiten über den Ursprung des Lebens und sogar Beiträge zu theologischen Fragen. Besonders faszinierend finde ich eine ingenieurwissenschaftliche Theorie, die Dyson zur Existenz außerirdischen Lebens entwickelt hat. Seine Grundidee lautet ungefähr so: Was wäre, wenn irgendwo da draußen eine technisch weit fortgeschrittene Zivilisation von Aliens lebt, die über sehr viele Ressourcen verfügt. Dyson glaubte, dass diese Aliens, um weiter expandieren zu können, ein Interesse daran haben müssten, die Energie ihres nächstliegenden Sterns optimal zu nutzen und zu diesem Zweck ein gigantisches Solarkraftwerk um diesen Stern herum zu bauen, der den Stern wie in einer Kugel einschließt. Solche hypothetischen Alien-Kraftwerke sind heute unter dem Begriff der Dyson-Sphären bekannt. Das Interessante an dieser Idee ist, dass man solche Konstruktionen von der Erde aus möglicherweise indirekt beobachten könnte, wenn es sie gäbe. Das kurzwellige Licht des Sterns würde von diesem Kraftwerk absorbiert und in verschiedene Formen von Energie umgewandelt, die dann von den Aliens verbraucht und am Ende überwiegend als Wärmestrahlung ins Weltall abgestrahlt würde. Aus unserer Sicht würde sich also das Lichtspektrum des Sterns in den Infrarotbereich verschieben. Wenn wir solche Effekte von der Erde aus nicht beobachten, sagt das etwas darüber aus, wie selten hochentwickeltes außerirdisches Leben vermutlich ist. Über diese rein technische Betrachtung von möglichen Kraftwerken im Weltall nähert sich Dyson also der Frage an, wie wahrscheinlich die Entstehung von Leben ist.
Freeman Dyson in Berlin
Ich selbst habe Freeman Dyson übrigens einmal „live“ gesehen, als er im Jahr 2014 nach Berlin gereist ist, um in einem Saal der Humboldt-Universität einen Vortrag über das menschliche Gehirn zu halten. Dyson war damals 90 Jahre alt. Seine Enkelinnen waren mit ihm nach Deutschland gereist und saßen in der ersten Reihe. Es ging in diesem Vortrag um die Frage, ob die Arbeitsweise des menschlichen Gehirns eher mit einer digitalen oder einer analogen Rechenmaschine vergleichbar ist. Der Vortrag hat mich damals schon wegen seiner üngewöhnlichen Form sehr beeindruckt. Ein wissenschaftlicher Vortrag ist normalerweise ja eine mediale Show, in der man sich große Projektionen von Daten, Formeln, anschaulichen Grafiken und manchmal sogar Animationen und ganzen Videos zeigt. Nichts davon gab es in Dysons Vortrag. Dyson trat ans Mikrofon und fing einfach an, einen Text vorzulesen. Keine Projektion, keine Bilder, keine Formel, nur eine Vorlesung im wörtlichen Sinne.
Da es nichts anderes gab, musste man sich also wirklich auf Dysons Text konzentrieren. Ich hatte das Gefühl, aus diesem Vortrag deutlich viel mehr mitzunehmen, als aus den üblichen wissenschaftlichen Präsentationen, auch wenn ich ehrlich gesagt heute nicht mehr genau weiß, was Dysons Ansichten über das Gehirn gewesen sind. Der Vortrag berührte in seinen sechzig Minuten allerdings noch eine ganze Reihe anderer wissenschaftlicher Themen und hatte gar nichts mit der harmlosen Altersweisheit zu tun, die man vielleicht erwartet würde, sondern war stellenweise eine ziemlich angriffslustige Kritik aktueller Forschungsprojekte, die auch in Berlin betrieben wurden. Unter anderem erklärte Dyson den versammelten Berliner Teilchenphysikern, dass sie sich statt auf Beschleunigerexperimente lieber auf die Messung kosmischer Teilchenstrahlung konzentrieren sollten, und die in den Vortrag gepilgerten Berliner Informatiker mussten sich anhören, dass die Künstliche Intelligenz eigentlich schon von Anfang an ein Hype war, der immer hinter den Erwartungen zurückbleiben würde. Dyson muss natürlich gewusst haben, dass diese Kommentare nicht allen gefallen konnten, aber wer sich als Fünfundzwanzigjähriger gegen Oppenheimer durchsetzen musste, kann sich als Neunzigjähriger vor ein paar Berliner Professoren nicht mehr fürchten. Auch wenn ich eigentlich mit dem Personenkult, der um manche berühmte Wissenschaftler veranstaltet wird, nicht viel anfangen kann, war Dyson nach diesem Vortrag mein persönlicher Held.
„Maker of Patterns“ ist jedenfalls ein lesenswertes, abwechslungsreiches Buch über einen der größten Wissenschaftler unsrer Zeit. Ohne Pomp und Selbstbeweihräucherung erzählt es von der Erfindung der Quantenfeldtheorie und von einer Reise quer durch die Wissenschaften des zwanzigsten Jahrhunderts, auf der Dyson am Ende doch immer ein Mathematiker geblieben ist. Der im Vorwort versprochene „ordinary scientist doing orninary work“ ist in diesem Buch allerdings nicht aufzufinden.
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