Hermann Weyl

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Dieser Artikel befasst sich mit dem Mathematiker. Für den Abgeordneten des preußischen Landtags siehe Hermann Weyl (Politiker)
Hermann Weyl
Hermann Weyl (links) mit Ernst Peschl

Hermann Klaus Hugo Weyl (* 9. November 1885 in Elmshorn; † 8. Dezember 1955 in Zürich) war ein deutscher Mathematiker, Physiker und Philosoph, der wegen seines breiten Interessensgebiets von der Zahlentheorie bis zur theoretischen Physik und Philosophie als einer der letzten mathematischen Universalisten gilt.

Leben[Bearbeiten]

Weyl besuchte das Gymnasium Christianeum in Altona.[1] Auf Empfehlung des Direktors, der ein Cousin David Hilberts war und den die Begabung des Jungen beeindruckte, begann Weyl nach seinem Abitur 1904 in Göttingen bei Hilbert Mathematik und nebenbei auch Physik zu studieren. Er belegte zudem Kurse in Philosophie bei Edmund Husserl, wobei er seine spätere Frau Helene kennenlernte. Bis auf ein Jahr 1905 in München studierte er in Göttingen, wo er 1908 bei David Hilbert mit der Arbeit „Singuläre Integralgleichungen mit besonderer Berücksichtigung des Fourierschen Integraltheorems“ promovierte, sich 1910 habilitierte und bis 1913 als Privatdozent lehrte.

1913 heiratete er Helene Joseph aus Ribnitz, die später u.a. viele Werke des spanischen Philosophen José Ortega y Gasset übersetzte. Mit ihr hatte er zwei Söhne. Im gleichen Jahr erhielt er eine Professur für den Lehrstuhl der Geometrie an der Eidgenössisch Technischen Hochschule Zürich, wo er Albert Einstein kennenlernte, der zu jener Zeit (1916–1918) gerade seine Allgemeine Relativitätstheorie entwickelte, was Weyl zur intensiven Beschäftigung mit den mathematischen Grundlagen der Allgemeinen Relativitätstheorie und deren möglichen Erweiterungen (etwa zur Berücksichtigung der Elektrodynamik und eines Eichparameters), insbesondere aber mit der zugrunde liegenden Differentialgeometrie anregte.

1918 veröffentlichte er eines der ersten Lehrbücher der Allgemeinen Relativitätstheorie (neben Lehrbüchern von Max von Laue und Arthur Eddington), „Raum, Zeit, Materie“.

Einen Ruf nach Göttingen, die Nachfolge von Felix Klein anzutreten, schlug er aus. Erst 1930, nachdem Hilberts Lehrstuhl verwaist war, nahm er an: Hilberts Nachfolger zu werden, war für ihn eine Ehre, die er nicht ablehnen konnte. Jedoch fiel ihm der Wechsel von Zürich nach Göttingen nicht leicht, da er die politische Radikalisierung und den Aufstieg des Nationalsozialismus in der Weimarer Republik mit Besorgnis sah, wie er 1930 in einer Ansprache vor der Göttinger Mathematischen Verbindung zum Ausdruck brachte: „Nur mit einiger Beklemmung finde ich mich aus ihrer [der traditionell demokratischen Schweiz] freieren und entspannteren Atmosphäre zurück in das gähnende, umdüsterte und verkrampfte Deutschland der Gegenwart.[2] Zeit seines Lebens fühlte er sich demokratischen Idealen verpflichtet, und 1933 sah er sich außerstande, im von den Nationalsozialisten beherrschten Deutschland zu lehren, zumal auch seine Frau Jüdin war. In seinem aus Zürich am 9. Oktober 1933 abgeschickten Entlassungsgesuch an den neuen nationalsozialistischen Unterrichtsminister Bernhard Rust schrieb er: „Daß ich in Göttingen fehl am Platze bin, ist mir sehr bald aufgegangen, als ich im Herbst 1930 nach 17-jähriger Tätigkeit an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich dorthin als Nachfolger von Hilbert übersiedelte.[2] Durch Vermittlung von Albert Einstein nahm er eine Stellung am Institute for Advanced Study in Princeton an, wo er bis 1951 wirkte. In Princeton starb 1948 seine Frau Helene, und er heiratete 1950 die Bildhauerin Ellen Bär aus Zürich, von der die Hermann-Weyl-Büste stammt, die in den Universitäten von Princeton, Zürich und Kiel zu seinem Gedenken steht. Seine letzten Lebensjahre verbrachte er vorwiegend in Zürich. Im Jahre 1955 erhielt er die Ehrenbürgerwürde seiner Geburtsstadt Elmshorn, kurz darauf verstarb er unerwartet in Zürich aufgrund eines Herzanfalls, den er beim Versenden von Post an einem Briefkasten erlitt.[3]

Weyl hieß bei engen Freunden auch Peter Weyl, zum Beispiel unter den Schrödingers. In Zürich hatte er ein Verhältnis mit Erwin Schrödingers Frau Anny, was aber an der Freundschaft mit Schrödinger nichts änderte, da die Schrödingers in offener Beziehung lebten.[4] Weyls Ehefrau Helene (genannt Hella) wiederum hatte in dieser Zeit eine offene Beziehung mit Paul Scherrer.

Werk[Bearbeiten]

Weyl hat sich mit vielen Gebieten der Mathematik beschäftigt und schrieb mehrere Bücher und über 200 Zeitschriftenartikel.

Er begann als Analytiker, entsprechend den Interessen der Hilbertschule am Anfang des 20. Jahrhunderts (Integralgleichungen, Spektraltheorie), und habilitierte 1910 über singuläre Differentialgleichungen und ihre Entwicklung in Eigenfunktionen, die u.a. in der mathematischen Physik wichtig sind (später „Spektraltheorie selbstadjungierter Operatoren“ genannt). 1915 (Rendicondi Circolo Mathematico di Palermo) bestimmte er die asymptotische Verteilung der Eigenwerte der Laplacegleichung und zeigte, dass der erste Term proportional dem Volumen ist, was die Physiker (u.a. Hendrik Antoon Lorentz) bei der Untersuchung der Hohlraumstrahlung, die die ersten Zusammenhänge zwischen Quantenmechanik und klassischer Theorie lieferte, schon vermutet hatten. Andere Parameter außer dem Volumen spielen keine Rolle. Die allgemeine Frage, ob man aus dem Spektrum (den Eigenschwingungen) auf die geometrische Form eines Gebietes schließen kann, popularisierte Mark Kac in seinem Aufsatz „Can one hear the shape of a drum?“ (American Mathematical Monthly 1966).

Weniger bekannt ist, dass Weyl seinen Zürcher Kollegen Erwin Schrödinger nicht unwesentlich bei dessen grundlegenden Aufsatz zur quantentheoretischen Wellenmechanik unterstützte, indem er ihm den Weg zur Lösung der Schrödingergleichung beim Wasserstoffatom wies.[5]

1913 veröffentlichte er das Buch „Die Idee der Riemannschen Fläche“, in dem die vorher eher heuristisch eingebrachten topologischen Methoden strenger behandelt wurden und auch das moderne Konzept der Mannigfaltigkeiten erstmals systematisch eingesetzt wurde.

Seit seinem Buch über die Allgemeine Relativitätstheorie war Weyl auch an Verbindungen zur Physik stark interessiert. Er formulierte die zugrundeliegende Differentialgeometrie allgemeiner und flexibler unter Einführung eines affinen Zusammenhangs. In „Raum, Zeit, Materie“ und in seinem Aufsatz „Gravitation und Elektrizität“ von 1918 führt er auch erstmals das Konzept einer Eichtheorie ein, wenn auch zunächst nicht in der heutigen Form, sondern durch einen lokal veränderlichen Skalenfaktor. Die Idee dahinter war, dass bei Paralleltransport eines Vektors längs einer geschlossenen Kurve nicht nur die Richtung verändert wird (was durch die Krümmung ausgedrückt wird), sondern auch die Länge veränderlich sein konnte. Er hoffte so die Elektrodynamik in die Theorie einzubinden. Als die Elektrodynamik umfassende Erweiterung der Theorie wurde sie schnell von Einstein als den Experimenten widersprechend verworfen. Das Buch „Raum, Zeit, Materie“ entwickelt auch systematisch den Riccischen Tensorkalkül und benutzt die Parallelverschiebung (von Levi-Civita eingeführt) von Vektoren als fundamentalen Begriff.

Weyl ist aber auch der Begründer der Eichtheorien im heutigen Sinn, in einer Arbeit von 1929, mit Eichtransformationen als Phasenfaktoren der quantenmechanischen Wellenfunktionen.[6]

Die Analyse von Riemanns und Helmholtz' Ideen zu den Raumformen, die unter „vernünftigen“ physikalischen Voraussetzungen möglich sind, griff Weyl in seinen spanischen Vorlesungen „Die mathematische Analyse des Raumproblems“ 1920 auf. Dies führte ihn zu Anwendungen der Gruppentheorie, aus der sich wohl seine Beschäftigung mit kontinuierlichen Gruppen entwickelte (Lie-Gruppen).

Seine wichtigsten Arbeiten (Mathematische Zeitschrift Bd. 23, 24, 1925/1926) sind vielleicht in der Theorie der Lie-Gruppen zu sehen, deren Darstellungstheorie er untersucht, wobei er auch globale Konzepte wie Mannigfaltigkeiten einbringt statt der bis dahin überwiegenden lokalen Aspekte der Lie-Algebra. Beispielsweise erklärte er erstmals die Spinoren aus der Topologie der Drehgruppe. Außerdem schlägt er hier eine Verbindung zu den Methoden der von Frobenius und Schur entwickelten Darstellungstheorie endlicher Matrixgruppen. Weyl gibt eine allgemeine Formel (sog. „Weyl-Charakterformel“) für die Charaktere der irreduziblen Darstellungen halbeinfacher Lie-Gruppen, indem er die schon von Cartan und Wilhelm Killing untersuchten Lie-Algebren mit Spiegelungsgruppen, den Weyl-Gruppen, untersucht.

Ein weiteres wichtiges Resultat seiner Arbeit ist der Satz von Peter-Weyl (Mathematische Annalen 1927, zusammen mit seinem Studenten Fritz Peter[7]). Sind Sinus und Kosinus orthogonale Funktionensysteme in Bezug auf die Translationsgruppe in einer Dimension, so gibt es auch solche für allgemeine kompakte Lie-Gruppen G (bei denen ein invariantes (Haar-)Maß als Integral über die Gruppenelemente definiert werden kann). In diesem Funktionenraum, einem Hilbertraum, sind dann nach dem Peter-Weyl-Theorem die Darstellungen der Gruppe G durch irreduzible Darstellungen der unitären Gruppe gegeben.

In „Gruppentheorie und Quantenmechanik“ gab er 1928 (etwas vor den Büchern von Bartel Leendert van der Waerden und Eugene Wigner) eine Darstellung der gruppentheoretischen Aspekte (und auch allgemein der mathematischen Aspekte) der Quantenmechanik, speziell der Darstellungstheorie der unitären und orthogonalen Gruppen (die wiederum nach Schur mit denen der symmetrischen Gruppe zusammenhängen). Im Buch „The classical groups“ von 1939 erweiterte er dies auf alle klassischen Gruppen und schuf auch die Verbindung zur klassischen Invariantentheorie, einem wichtigen Teil der Algebra des 19. Jahrhunderts.

Zusammen mit seinem Sohn Fritz Joachim Weyl (1915–1977) veröffentlichte er 1943 das Buch Meromorphic functions and analytic curves, in dem die Nevanlinnasche Wertverteilungstheorie meromorpher Funktionen auf analytische Kurven verallgemeinert wird.

Seit seinem Studium bei Hilbert war Weyl auch an Zahlentheorie interessiert (nach eigener Angabe verbrachte er mit dem Studium von Hilberts Zahlbericht in den Semesterferien die glücklichsten Monate seines Lebens). Beispielsweise veröffentlichte er in den Mathematischen Annalen 1916 einen Aufsatz über analytische Zahlentheorie „Gleichverteilung der Zahlen mod 1“. Darin zeigte er, dass die Nachkommastellen der Vielfachen einer irrationalen Zahl nicht nur im Intervall [0,1] dicht liegen, wie Kronecker bewies, sondern gleichverteilt sind. Sie lassen sich also gut als Zufallszahlen verwenden.

Seine philosophischen Interessen, die sich schon in Büchern wie „Raum, Zeit, Materie“ zeigten, ließen ihn in den 1920er Jahren auf Seiten der Intuitionisten auf Seiten Brouwers gegen die sog. Formalisten der Hilbert-Schule Partei ergreifen. Die reinen Intuitionisten erkennen nur konstruktive Schlussweisen in endlich vielen Schritten an (und keine solchen Objekte, deren Existenz unter Verwendung des Auswahlaxioms bewiesen wird), die also nur mit einem Computer ausführbar wären. In späteren Jahren ist Weyl aber zu einer ausgewogeneren Sichtweise der Mathematik zwischen konstruktiven und axiomatischen Methoden gelangt. Seine ältere Auffassung aus den unruhigen Jahren nach dem 1. Weltkrieg ist z.B. in „Über die neue Grundlagenkrise der Mathematik“ (Math. Zeitschrift 1921) dargestellt, seine reifere Philosophie in dem Buch „Philosophie der Mathematik und der Naturwissenschaften“.

Im Buch „Symmetrie“ gibt er eine populäre Darstellung des Gruppenkonzepts, von Schneekristallen, Ornamenten (Gruppen aus ebenen Translationen und Spiegelungen/Drehungen) bis zur Symmetrie von Gleichungen unter Vertauschung der Wurzeln (Galoistheorie).

Preise und Ehrungen[Bearbeiten]

Schriften[Bearbeiten]

  • Die Idee der Riemannschen Fläche, Teubner 1997 (zuerst 1913, in Neuauflage mit Beiträgen von Patterson, Hulek, Hildebrandt, Remmert, Schneider; Hrsg: R. Remmert: TEUBNER-ARCHIV zur Mathematik, Suppl. 5, 1997) [1]
  • Raum, Zeit, Materie – Vorlesungen über Allgemeine Relativitätstheorie, 8. Auflage, Springer 1993 (zuerst 1918, 5. Auflage 1922) Online
  • Das Kontinuum- kritische Untersuchungen über die Grundlagen der Analysis, Leipzig, von Veit und Comp., 1918 Online
  • Gravitation und Elektrizität, Sitzungsberichte Preuss. Akademie der Wiss., 1918 (wieder abgedruckt in Lorentz, Einstein, Minkowski Das Relativitätsprinzip).
  • Was ist Materie? – Zwei Aufsätze zur Naturphilosophie, Springer, Berlin 1924
  • Philosophie der Mathematik und Naturwissenschaft, München: Oldenbourg Verlag 1927 [= Handbuch der Philosophie, hrsg. von Alfred Baeumler und Manfred Schröter, Teil A], 6. Auflage, München: Oldenbourg Verlag 1990
  • Gruppentheorie und Quantenmechanik, Wissenschaftliche Buchgesellschaft 1977 (Nachdruck der 2. Auflage 1931, zuerst Leipzig, Hirzel 1928)
  • The classical groups- their invariants and representations, Princeton University Press 1939, 1946, 1961
  • Elementary theory of invariants, Institute for Advanced Study 1936
  • Meromorphic functions and analytic curves, Princeton University Press 1943
  • Symmetrie, Birkhäuser 1955, 1981 (zuerst 1952, Princeton)
  • Selecta Hermann Weyl, Birkhäuser Verlag (ausgewählte Aufsätze) 1956
  • Algebraische Zahlentheorie, BI Hochschultaschenbuch 1966
  • Gesammelte Abhandlungen, 4 Bde., Hrsg. K. Chandrasekharan, Springer Verlag 1968
  • Riemanns geometrische Ideen, ihre Auswirkung und ihre Verknüpfung mit der Gruppentheorie, Springer 1988

Literatur[Bearbeiten]

  • K. Chandrasekharan ed.: Weyl centennary symposium, 1885–1985, Springer 1986 (darin: Chen Ning Yang Weyls contribution to physics, Roger Penrose Weyl, spacetime and conformal geometry, Armand Borel Weyl and Lie groups, Memorabilia, Publikationsliste).
  • André Weil, Claude Chevalley: Hermann Weyl, L Enseignement mathematique, 1957, S. 157.
  • Claus Müller: Hermann Weyl zum 100.Geburtstag, Jahresbericht des Deutschen Mathematikervereins (DMV) 1986.
  • Wolfgang Deppert, Kurt Hübner, Arnold Oberschelp, Volker Weidemann (Hrsg.), Exact Sciences and their Philosophical Foundations/Exakte Wissenschaften und ihre philosophische Grundlegung. Vorträge des Internationalen Hermann-Weyl-Kongresses, Kiel 1985, Peter Lang Verlag, Frankfurt am Main/Bern/New York/Paris 1988, ISBN 3-8204-9328-X.
  • Jean Dieudonné: Artikel Weyl in Dictionary of scientific biography.
  • Erhard Scholz (Herausgeber): Hermann Weyl’s Raum-Zeit-Materie and a general introduction to his scientific work, Birkhäuser 2001 (DMV Seminar Band 30), darin:
    • Skuli Sigurdsson Journeys into spacetime, Hubert Goenner Weyl´s contributions to cosmology, Scholz Weyls Infinitesimalgeometrie 1917-1925, Norbert Straumann Ursprünge der Eichtheorien, Robert Coleman, Herbert Korté Hermann Weyl, Mathematician, Physicist, Philosopher (S. 161-388), Weyl Bibliographie
  • John Archibald Wheeler: Hermann Weyl and the unity of knowledge, American Scientist Juli 1986.
  • Peter Slodowy: The early development of the representation theory of semisimple Lie groups – Hurwitz, Schur, Weyl, Jahresbericht DMV 1999.
  • Günther Frei, Urs Stammbach: Hermann Weyl und die Mathematik an der ETH Zürich 1913–1930, Birkhäuser, Basel 1991.
  • Wells ed.: The mathematical heritage of Hermann Weyl- proceedings of a symposium at Duke University 1987, American Mathematical Society 1988.
  • David E. Rowe: Hermann Weyl, the Reluctant Revolutionary, Mathematical Intelligencer, Bd. 25, 2003, Nr. 1, S. 61–70.
  • Hans Freudenthal: Hermann Weyl. Der Dolmetscher zwischen Mathematikern und Physikern um die moderne Interpretation von Raum, Zeit und Materie. in: Forscher und Wissenschaftler im heutigen Europa, 1 Hgg. Hans Schwerte & Wilhelm Spengler, Stalling, Oldenburg 1955, S. 357–366.
  • Katrin Tent (Herausgeber): Groups and Analysis. The legacy of Hermann Weyl, Cambridge University Press 2008
  • Nils Röller: Medientheorie im epistemischen Übergang – Hermann Weyls Philosophie der Mathematik und Naturwissenschaft und Ernst Cassirers Philosophie der symbolischen Formen. Weimar Verlag und Datenbank für Geisteswissenschaften 2002, ISBN 3-89739-275-5.
  • Peter Pesic (Herausgeber), Hermann Weyl: Levels of Infinity: Selected Writings on Mathematics and Philosophy, Dover Publications, 2013, ISBN 0-48648-903-5.

Online zugängliche Aufsätze:

Einige Online-Aufsätze[Bearbeiten]

  • Theorie der Darstellungen kontinuierlicher halb-einfacher Gruppen, Teil 1–3 (Math.Zeitschrift Bd.23, 24, 1926): [2], Teil 2 [3], Teil 3 [4], mit Nachtrag [5]
  • F. Peter, H. Weyl: Über die Vollständigkeit der primitiven Darstellungen einer halbeinfachen kontinuierlichen Gruppe, Mathematische Annalen, Band 97, 1927, S. 737–755, [6],
  • Über die asymptotische Verteilung der Eigenwerte (Gött.Nachr.1911) [7],
  • Über die Gleichverteilung der Zahlen mod 1 (Math.Annalen 1916) [8],
  • Über die neue Grundlagenkrise der Mathematik (Vortrag Zürich 1921) [9]
  • Die Relativitätstheorie, Jahresbericht DMV 1922: [10], sowie Das Raumproblem, ibid. [11]
  • Arbeiten von Weyl aus den Mathematischen Annalen, der Mathematischen Zeitschrift und den Nachr.Gött.Akad.Wiss. sind online hier: GDZ, aus den Proceedings National Academy of Sciences [12] (z.B. englische Übersetzung von Gravitation und Elektron 1929)

Siehe auch[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Vgl. Bernd Elsner, Die Abiturarbeit Hermann Weyls, in: Christianeum, Jg. 63, H. 1, 2008, S. 3–15.
  2. a b Hermann Weyl, Gesammelte Abhandlungen, Band IV, S. 651–654, Springer-Verlag 1968 (zitiert nach: Norbert Schappacher: Das Mathematische Institut der Universität Göttingen 1929 – 1950; in: Becker, Dahms, Wegeler (Hrsg.), Die Universität Göttingen unter dem Nationalsozialismus, München (K.G. Saur) 1987, 345–373 – zweite erweiterte Ausgabe: München (K.G. Saur) 1998, 523–551. Volltext (PDF; 4,5 MB))
  3. Brief von Wolfgang Pauli an Max Born, 11. Dezember 1955. Abgedruckt in Karl von Meyenn (Herausgeber) Wolfgang Pauli, Wissenschaftlicher Briefwechsel, Band IV, Teil III, Springer Verlag 2001, S. 442
  4. Walter Moore A Life of Schrödinger, Cambridge University Press 1994, S. 111, 115 (zum Namen Peter), S. 128 (Verbindung Weyl-Anny Schrödinger)
  5. Schrödinger bedankt sich in einer Fußnote zu Quantisierung als Eigenwertproblem, Teil 1, Annalen der Physik, Band 79, 1926, S. 363, ausdrücklich bei Weyl
  6. Weyl: Elektron und Gravitation, Zeitschrift für Physik, Bd.56, 1929, S. 330–352
  7. 1899-1949. Er wurde später Leiter einer Schule. Yvette Kosmann-Schwarzbach Groups and Symmetries, Springer Verlag, S. 43
  8. Vgl. Wolfgang Deppert, Kurt Hübner, Arnold Oberschelp, Volker Weidemann (Hrsg.): Exact Sciences and their Philosophical Foundations. Exakte Wissenschaften und ihre philosophische Grundlegung. Vorträge des Internationalen Hermann-Weyl-Kongresses, Kiel 1985. Lang, Frankfurt am Main 1988. Inhalt

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Hermann Weyl – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien