Freeman Dyson

Freeman Dyson (2005)

Freeman John Dyson (* 15. Dezember 1923 in Crowthorne, Berkshire; † 28. Februar 2020 in Princeton, New Jersey) war ein britisch-US-amerikanischer Physiker und Mathematiker.

Leben und Werk

Freeman Dyson – ein Sohn des englischen Komponisten George Dyson – studierte Mathematik in Cambridge auch bei Godfrey Harold Hardy, wo er 1945 seinen Bachelorabschluss machte. Dyson veröffentlichte in den 1940er-Jahren u. a. mathematische Arbeiten über die Theorie der Partitionen und Diophantische Approximation aus dem Umfeld des Thue-Siegel-Roth-Theorems. Freeman Dyson arbeitete während des Zweiten Weltkriegs als Analytiker beim britischen Bomber Command. Nach dem Krieg wechselte er in die theoretische Physik und ging nach Princeton (USA), wo er 1948/49 und ab 1950 Mitglied des Institute for Advanced Study war. Ab 1953 war er ein ständiges Mitglied und Professor. 1957 wurde er US-amerikanischer Staatsbürger.

In den Nachkriegsjahren beschäftigte sich Dyson mit dem Beweis der Äquivalenz der zwei Formulierungen der Quantenelektrodynamik (QED), die zu dieser Zeit existierten, der anschaulichen Diagramm-Formulierung von Richard Feynman und des Variationsansatzes von Julian Schwinger und Shinichirō Tomonaga. Seine Aufsätze trugen wesentlich zur Akzeptanz der Feynman’schen Formulierung der QED bei. Auch der sog. Dyson’sche Zeitordnungsoperator, der in der Quantenmechanik eine grundlegende Rolle spielt, ist nach ihm benannt.

Nach den Erfolgen in der QED wollte er ab 1950 ähnliche Diagrammverfahren als Professor an der Cornell University auf die Mesonentheorie der starken Wechselwirkung und speziell auf die damals zum Beispiel in Chicago unter Leitung von Enrico Fermi durchgeführten Streuexperimente von Mesonen an Nukleonen anwenden. Trotz scheinbar guter Übereinstimmung mit dem Experiment brachte ihm ein Besuch bei Fermi in Chicago die Ernüchterung. Dieser riet ihm davon ab, sich weiter damit zu beschäftigen, die Theorie würde kein klares physikalisches Bild wiedergeben und mathematisch nicht konsistent sein, die Erfolge seien nur Folge geschickt den Experimenten angepasster Parameter. Dyson wandte sich daraufhin zunächst der Festkörperphysik zu.

Von 1957 bis 1961 war er Mitarbeiter am Orion-Projekt, das die Möglichkeiten von interstellaren Weltraumflügen mithilfe eines Nuklearantriebs untersuchte. Ein Prototyp mit konventionellem Sprengstoff wurde getestet, das Projekt wurde allerdings eingestellt, nachdem die Nutzung von Nuklearwaffen in der Atmosphäre durch den Vertrag zum Verbot von Nuklearwaffentests in der Atmosphäre, im Weltraum und unter Wasser verboten worden war. 1957 war er im Entwicklungsteam des TRIGA-Reaktors, der als inhärent sicherer, kleiner Kernreaktor geplant war.

In einer seiner wissenschaftlichen Arbeiten argumentierte Dyson, dass eine fortgeschrittene Zivilisation einen Stern vollständig mit einer Struktur umgeben könnte, um die Energiegewinnung zu maximieren (siehe Dyson-Sphäre). Doch selbst wenn dies gelänge und Licht aller Wellenlängen genutzt werden könnte, würde die Struktur Wärmestrahlung im Infrarotbereich abgeben. Er schlussfolgerte daraus, dass eine Methode zur Suche nach außerirdischem Leben darin bestünde, nach großen Objekten zu suchen, die im Infrarotbereich strahlen.

Dyson hat außerdem vorgeschlagen, einen sogenannten Dyson-Baum zu konstruieren, eine genetisch veränderte Pflanze, die in der Lage wäre, auf einem Kometen zu wachsen. Er vermutete, dass Kometen, ausgehöhlt und mit einer atembaren Atmosphäre ausgestattet, als Lebensraum für Menschen im äußeren Sonnensystem dienen könnten.

Bekannt ist Dyson vor allem als mathematischer Physiker. Beispielsweise behandelte er die Theorie der wechselwirkenden Spin-Wellen mit von ihm eingeführten Dyson-Bosonen und lieferte wichtige Beiträge zur Theorie der Zufallsmatrizen (englisch Random matrix). Anfang der 1970er-Jahre stellte er in einer Konversation mit dem Zahlentheoretiker Montgomery deren Beziehung zu der Verteilung der Nullstellen der riemannschen Zetafunktion her. 1967/68 zeigte er mit Andrew Lenard (später ausgebaut von Elliott Lieb und Walter Thirring), dass die Stabilität der gewöhnlichen Materie im Wesentlichen auf dem Pauli-Prinzip von Fermionen beruht (und nicht auf der elektrostatischen Abstoßung der Elektronen beziehungsweise der Protonen). Bekannt ist auch sein Aufsatz Time without end – physics and biology in an open universe, Reviews of modern physics. Bd. 51, 1979, in der er die Zukunft des Lebens in einem immer weiter expandierenden Universum untersucht.

In "Missed opportunities", Bulletin American Mathematical Society, 1972 (seine Gibbs Lecture), setzt er sich kritisch mit der in der Geschichte häufig mangelnden Kommunikation zwischen Physikern und Mathematikern auseinander, und in "Unfashionable pursuits", Mathematical Intelligencer, 1983, bricht er eine Lanze für unkonventionelle Forschungsrichtungen (u. a. George Green, Hermann Graßmann).

Dyson hat sich auch immer wieder mit philosophischen Problemen befasst. Beispielsweise schlägt er in seinem Buch Infinite in all Directions eine dreistufige Metaphysik des Geistes vor: "The universe shows evidence of the operations of mind on three levels. The first level is the level of elementary physical processes in quantum mechanics. […] The second level at which we detect the operations of mind is the level of direct human experience. […] [I]t is reasonable to believe in the existence of a third level of mind, a mental component of the universe. If we believe in this mental component and call it God, then we can say that we are small pieces of God's mental apparatus" (S. 297).

Dyson am IAS 2007

In seinem Buch Origins of Life argumentiert er im Gegensatz zur herrschenden Meinung dafür, dass Proteine und Zellen vor den Nukleinsäuren existierten (Stadium der Garbage Bag World). Innerhalb der Zelle bildete sich ein Stoffwechsel auf Basis sich gegenseitig katalysierender Reaktionen. Ribonukleinsäure (RNA) entstand zunächst als parasitische selbstreproduzierende Reaktion ähnlich Viren und verband sich durch eine Art Symbiose im nächsten Schritt mit dem Zellstoffwechsel.

In jüngster Zeit befasste er sich mit Fragestellungen um die globale Erwärmung, und insbesondere dem Einfluss der erhöhten Kohlendioxid-Konzentration in der Atmosphäre auf diese. Wohl in Anlehnung an seinen Dyson-Baum erhofft er sich für die Zukunft die Entwicklung von genetisch veränderten Bäumen, die – als CO₂-Senken dienend – über weite Flächen der Erde angebaut werden sollten. Dyson war skeptisch gegenüber modellbasierten Klimavoraussagen.

Er untersuchte auch die Frage der prinzipiellen Beobachtbarkeit von Gravitonen.

Freeman Dyson ist der Vater der Journalistin Esther Dyson und des Wissenschaftshistorikers George Dyson. Beide stammen aus seiner Ehe (1950 bis zur Scheidung 1958) mit der Mathematikerin Verena Huber-Dyson (1923–2016).

Mitgliedschaften

• Ab 1952: Mitglied der Londoner Royal Society
• Ab 1958: Mitglied der American Academy of Arts and Sciences
• Ab 1964: Mitglied der National Academy of Sciences der USA
• Ab 1975: Korrespondierendes Mitglied der Bayerischen Akademie der Wissenschaften.
• Ab 1975: Fellow der American Association for the Advancement of Science
• Ab 1976: Mitglied der American Philosophical Society
• Ab 2011: Ausländisches Mitglied der Russischen Akademie der Wissenschaften

Auszeichnungen

• 1965: Dannie-Heineman-Preis für mathematische Physik
• 1966: Lorentz-Medaille
• 1968: Hughes Medal
• 1969: Max-Planck-Medaille
• 1970: J. Robert Oppenheimer Memorial Prize
• 1981: Wolf-Preis
• 1991: Oersted Medal
• 1996: Internationaler Antonio-Feltrinelli-Preis
• 2000: Templeton-Preis
• 2003: Pomerantschuk-Preis
• 2012: Henri-Poincaré-Preis

Ehrungen

• 1968: Ehrendoktor der Yeshiva University
• 1974: Ehrendoktor der Universitäten von Glasgow sowie von Princeton.

Veröffentlichungen

• Selected papers with commentary. American Mathematical Society 1996 (Kommentar von Dyson)
• Scientist as rebel. New York Review Books 2006.
• Disturbing the universe. Harper and Row, New York 1979, ISBN 0-06-011108-9, Basic Books 2001 (autobiografische Aufsätze).
  • deutsch: Innenansichten: Erinnerungen an die Zukunft. Birkhauser, Basel/ Boston/ Stuttgart 1981, ISBN 3-7643-1200-9.
• Infinite in all directions. Harper and Row 1988 (Gifford Lectures in Aberdeen)
• Time without end – physics and biology in an open universe. In: Reviews of modern physics. Bd. 51, 1979.
  • Zeit ohne Ende. Physik und Biologie in einem offenen Universum. Übersetzt von Rolf Herken. Brinkmann & Bose, Berlin 1989, ISBN 3-922660-39-8. (Übersetzung des Aufsatzes Time without end. Reviews of Modern Physics, Band 51, 1979)
• From Eros to Gaia. Pantheon Books, New York 1992.
• Imagined worlds. Harvard University Press, 1997.
• Origins of Life. Cambridge University Press, 1985, 1999.
  • deutsch: Die zwei Ursprünge des Lebens. Rasch und Rohring, Hamburg 1988, ISBN 3-89136-167-X.
• The Sun, the Genome and the Internet: tools of scientific revolutions. Oxford University Press, 1999.
  • Freeman J. Dyson: Die Sonne, das Genom und das Internet: wissenschaftliche Innovation und die Technologien der Zukunft. S. Fischer, Frankfurt am Main 2000, ISBN 3-10-015335-9.
• Birds and Frogs. Selected Papers 1990-2014, World Scientific 2015
• Vögel und Frösche, e-enterprise, Lemgo, 2014.
• Dyson Quantenfeldtheorie: Die weltbekannte Einführung von einem der Väter der QED. [Die berühmte Vorlesung von Freeman Dyson erstmals auf Deutsch]. Springer Spektrum, Berlin & Heidelberg 2014. ISBN 978-3-642-37677-1 (Print); ISBN 978-3-642-37678-8 (eBook)
• A many-colored glass. Reflections on the place of life in the universe, University of Virginia Press 2007
• The Scientist as Rebel, New York Review of Books 2006 (Rezension New York Review of Books 1996–2006)
• Dreams of Earth and Sky, New York Review of Books 2015 (Rezensionen in New York Review of Books 2006–2014)
• Bombs and Poetry, The Tanner Lectures on Human Values, Oxford 1982, in: Sterling McMurrin (Hrsg.) The Tanner Lectures on Human Values IV, Oxford University Press 1983
• Maker of Patterns: An Autobiography Through Letters. Liveright Publishing Corporation, New York 2018, ISBN 978-0-87140-386-5

Literatur

• Wolfgang Neuhaus: Eine kurze Zukunftsgeschichte der Technologie. Die Wissenschaftsliteratur des Freeman Dyson. In: Sascha Mamczak, Wolfgang Jeschke (Hrsg.): Das Science Fiction Jahr 2004. München 2004, ISBN 3-453-87896-5, S. 485–501.
• Phillip F. Schewe: Maverick Genius: The Pioneering Odyssey of Freeman Dyson. Thomas Dunn Books, New York City 2013, ISBN 978-0-312-64235-8.
• Silvan S. Schweber: QED and the men who made it. Princeton Univ. Press, Princeton 1994, ISBN 0-691-03685-3.
• Dwight Neuenschwander (Hrsg.): Dear Professor Dyson, World Scientific 2016 (Briefe von Studenten an Dyson und Antworten)

Weblinks

 Commons: Freeman Dyson – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Literatur von und über Freeman Dyson im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek
• Rezensionen zu Werken von Freeman Dyson bei perlentaucher.de
• Freeman Dyson, School of Natural Sciences, Institute for Advanced Study (englisch)
• Nicholas Dawidoff: The Civil Heretic - Freeman Dyson - Profile ("New York Times", 29. März 2009, engl.)
• Gravity is Cool, or, Why our Universe is Hospitable to Life: Text der Oppenheimer Vorlesung (University of California, Berkeley, 9. März 2000)
• Dyson "George Green and I", Erinnerungen (Memento vom 8. Juni 2008 im Internet Archive)
• Dyson als Mathematiker
• Dyson: Lectures on Advanced Quantum Mechanics (QED), Cornell 1951
• Dyson The S-Matrix in Quantum Electrodynamics, Physical Review 1949 (Memento vom 19. Februar 2008 im Internet Archive)
• Dyson Radiation theories of Tomonaga, Schwinger and Feynman, Physical Review 1949
• Dyson „Birds and Frogs“, Notices AMS 2009, runterladbar als pdf Datei
• Interview, Web of Stories

Einzelnachweise

Träger des Wolf-Preises in Physik

1978: Chien-Shiung Wu | 1979: George Eugene Uhlenbeck, Giuseppe Occhialini | 1980: Michael E. Fisher, Leo Kadanoff, Kenneth Wilson | 1981: Freeman Dyson, Gerardus ’t Hooft, Victor Weisskopf | 1982: Leon Max Lederman, Martin L. Perl | 1983/4: Erwin Hahn, Sir Peter B. Hirsch, Theodore Maiman | 1984/5: Conyers Herring, Philippe Nozières | 1986: Mitchell Feigenbaum, Albert J. Libchaber | 1987: Herbert Friedman, Bruno Rossi, Riccardo Giacconi | 1988: Roger Penrose, Stephen Hawking | 1989: nicht vergeben | 1990: Pierre-Gilles de Gennes, David J. Thouless | 1991: Maurice Goldhaber, Valentine Telegdi | 1992: Joseph Hooton Taylor Jr. | 1993: Benoît Mandelbrot | 1994/5: Witali Lasarewitsch Ginsburg, Yōichirō Nambu | 1995/6: nicht vergeben | 1996/7: John Archibald Wheeler | 1998: Yakir Aharonov, Sir Michael Berry | 1999: Dan Shechtman | 2000: Raymond Davis junior, Masatoshi Koshiba | 2001: nicht vergeben | 2002/3: Bertrand Halperin, Anthony James Leggett | 2004: Robert Brout, François Englert, Peter Higgs | 2005: Daniel Kleppner | 2006/7: Albert Fert, Peter Grünberg | 2008–2009: nicht vergeben | 2010: John Clauser, Alain Aspect, Anton Zeilinger | 2011: Maximilian Haider, Harald Rose, Knut Urban | 2012: Jacob Bekenstein | 2013: Peter Zoller, Ignacio Cirac