Giganten des Wissens, Teil 2

In dieser Reihe beschäftigen wir uns mit namhaften
Naturwissenschaftlern im Bereich Mathematik und Physik, immer auch
mit einem Link zur Meteorologie. Im heutigen Thema des Tages geht es
um John von Neumann.

John von Neumann wurde am 28. Dezember 1903 - als Neumann, Janosch -
in Budapest geboren. Schon als Gymnasiast hob er sich durch besondere
mathematische Begabung hervor und veröffentlichte mit 17 Jahren
seinen ersten wissenschaftlichen Artikel. Bereits im Alter von 23
Jahren promovierte er in Mathematik an der Budapester Universität.

Nach Tätigkeiten in Göttingen als Stipendiat der Rockefeller-Stiftung
(bei dem Mathematikprofessor David Hilbert) und als jüngster
Privatdozent an Universitäten in Berlin und Hamburg folgte er 1930
einer Einladung nach Princeton (USA), wo er schließlich 1933 zusammen
mit Albert Einstein, Hermann Weyl und weiteren bedeutenden
Mathematikern und Physikern in das neugeschaffene Institute for
"Advanced Study" in Princeton berufen wurde.

Während des zweiten Weltkrieges wirkte John von Neumann ab 1944 im so
genannten "Manhattan-Projekt" mit. Dabei handelt es sich um ein
militärisches Forschungsprojekt, in dem ab 1942 alle Tätigkeiten der
Vereinigten Staaten während des Zweiten Weltkrieges zur Entwicklung
und zum Bau einer Atombombe ? also der militärischen Nutzbarmachung
der 1938 von Otto Hahn und Fritz Straßmann entdeckten Kernspaltung ?
unter der militärischen Leitung von General Leslie R. durchgeführt
wurden. Durch die dabei anfallenden aufwendigen Berechnungen sowie
durch andere Forschungsarbeiten (z.B. im Bereich der Hydrodynamik)
war er auf die ersten großen Computer gestoßen. Sein wesentlicher
Beitrag auf diesem Gebiet war die Entwicklung einer universellen
Computer-Architektur ("von-Neumann"-Architektur), die bis heute z.B.
im PC wiederzufinden ist.

In seinen letzten Lebensjahren in Princeton war John von Neumann als
Berater in wichtigen politischen und wissenschaftlichen Gremien
tätig. Er starb am 8. Februar 1957 in Washington D.C. mit 53 Jahren.

Neben seinen herausragenden Leistungen in der Mathematik und
Computer-Architektur hat John von Neumann wichtige Beiträge zur
Physik (Quantenmechanik) und auch zur Meteorologie (Strömungsdynamik)
geliefert.

Für die Meteorologie, insbesondere für die numerische
Wettervorhersage ist hierbei die von ihm entwickelte Methode zur
Verbesserung der numerischen Stabilität, z.B. für die so genannte
Advektionsgleichung von immenser Bedeutung. Mit Advektion ist das
Heranführen von Luftmassen mit unterschiedlicher Temperatur gemeint.
In der Meteorologie verwendet man dafür die Fachbegriffe Warmluft-
und Kaltluftadvektion.

Bei dieser Methodik geht es im Wesentlichen darum, dass die
verwendeten mathematischen Gleichungssysteme mit der Zeit stabil
bleiben, also die prognostizierten Parameter (wie z.B. Temperatur und
Luftdruck) mit der Zeit nicht beliebig anwachsen. Das würde die
Prognosegüte der Wettervorhersagen gerade über einen längeren
Zeitraum deutlich verschlechtern. Diese mathematische
Stabilitätsanalyse wird nach wie vor bei der numerischen
Wettervorhersage, z.B. im COSMO D2-Modell des DWD genutzt.


Dr.rer.nat. Jens Bonewitz
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 18.08.2020

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