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Einsteinfeier 2013 - Verleihung der Einstein-Medaille
Vorstellung des Laureaten
Dieses Jahr erhält der neuseeländische Mathematiker Roy Patrick Kerr die Einsteinmedaille für seine hervorragenden Arbeiten im Zusammenhang mit den Einsteinschen Feldgleichungen. Der gerade 79 Jahre alte gewordene Wissenschaftler (geb. 16. Mai 1934) fiel schon in seiner High Schoolzeit durch sein ausserordentliches mathematisches Talent auf. Vor genau fünfzig Jahren, nämlich 1963 fand er eine exakte Lösung der Einstein-Gleichungen, die die Physik eines rotierenden Körpers, insbesondere eines Schwarzen Loches, beschreibt.
Roy Kerr wurde am 16. Mai 1934 in Kurow, Neuseeland geboren. Wie er in einem Interview gegenüber John Maccrone von „The Press“, Neuseeland erzählt, war seine Jugend insofern nicht unbelastet, als sein Vater die Familie und vor allem Roys Mutter durch häufige Seitensprünge belastete. Zudem waren die Zeiten während und kurz nach dem 2. WK schwierig. So musste Roy als 12 Jähriger in einer Fabrik Gummibänder für Konfitürengläser in Windeseile zu 25-er Pakete zusammenfügen. Darin war er schliesslich so gut, dass er in 6 Sekunden 25 Gummibänder abzählen, falten und einpacken konnte, was ihm niemand nachmachte!
Die Schule in St. Andrews war auf einem bildungsmässigen Tiefststand, was sich etwa darin manifestierte, dass der Chemielehrer ein gescheiterter Jurist und der Mathematiklehrer ein katholischer Kaplan war, der nicht einmal die Testpunkte fehlerfrei zusammenzählen konnte! Als man Roy Kerrs mathematische Begabung erkannte, konnte er direkt ins dritte Jahr der Mathematik- und Physik-Kurse an der University of Canterbury einsteigen. Deren Ausbildungsqualität war aber auch nicht viel besser als das von St. Andrews. Relativitätstheorie, Quantenphysik und Gruppentheorie wurden nicht gelehrt. Nachdem Kerr zwei Jahre eher uneffizient studiert hatte, konnte er 1954 an die University of Cambridge wechseln. Etwas überstürzt schrieb sich Kerr in zu hohe Semester ein, und verärgerte dadurch zwei Professoren (einer war Abdus Salam). Zu Kerrs Entschuldigung muss man sagen, dass er sich in seiner bisherigen Schulzeit das meiste selber beigebracht hatte und sich dadurch wohl nicht richtig einschätzen konnte.
In den sechziger Jahren des letzten Jahrhunderts begann man sich weltweit in der Mathematik und Physik mit der Relativitätstheorie zu beschäftigen. Interessiert war man vor allem an kosmologischen Fragestellungen – und an Lösungen der Einsteinschen Feldgleichungen. Kerr kam eher zufällig dazu, sah aber schnell, dass ihn das Gebiet interessierte. Er schrieb eine Dissertation über die gravitative Wechselwirkung von Planeten und Sternen. Danach hatte er Post-Doc- Stellen in New York und Ohio inne. 1962 ging Kerr an die University of Texas in Austin, wo er 1963 seine berühmte Theorie entwickelte. Seine Leistung bestand darin, dass er eine exakte Lösung der Einsteinschen Feldgleichungen gefunden hatte. Dies grenzt – wer sich in der Allgemeinen Relativitätstheorie auskennt, wird es bestätigen – an ein Wunder, zumal seine Lösung sogar exakt war. Seit 1915, als Karl Schwarzschild seine Lösung (nichtrotierendes statisches Schwarzes Loch) publizierte, hatte man trotz intensiver Beschäftigung keine weiteren Lösung mehr gefunden! Roy Kerr entwickelte eine Lösung für rotierende Schwarze Löcher, bei denen ein eindimensionaler Ring in der Äquatorebene singulär wird – und die im Gegensatz zur Schwarzschildlösung in der Realität zu finden sind und durch wenige Parameter (Drehimpuls, Masse, Ladung) beschrieben werden können. Im Jahr 1965 führte er mit Alfred Schild zusammen die so genannte Kerr-Schild-Raumzeit ein.
Eine wichtige Eigenschaften der Kerr-Lösung beeinhaltet die Rotation des Schwarzen Loches um eine Achse, ansonsten bleiben die Eigenschaften zeitlich unverändert.
Diese Stationarität bedingt eine Erhaltung der Energie, die Axialsymmetrie bedingt die Erhaltung des Drehimpulses. Mittlerweile ist es den Astronomen gelungen, in einigen Fällen die Rotation eines kosmischen Schwarzen Loches nachzuweisen!
Eine weitere Folgerung der Kerr-Lösung besteht darin, dass alles in der Umgebung des Schwarzen Lochs zwangsläufig mitrotieren muss, denn es ist die Raumzeit selbst, die rotiert. Auch Magnetfelder werden durch dieses so genannte frame dragging mitgezogen und verstärkt.
Galaxie M87 im Sternbild Virgo, aufgenommen mit dem Weltraumteleskop Hubble
Ein supermassives rotierendes Schwarzes Loch ist die Galaxie M87, wo aus einem hell leuchtenden Kern ein bläulich-weisser Jet in Achsenrichtung herausschiesst, der eine Länge von mehreren Millionen Lichtjahre (entspricht dem hundertfachen des Milchstrassendurchmessers!) auf weist.
Trotz seiner ungeheuren Entdeckung gelang es Roy Kerr nicht, in der theoretischen Physik dauerhaft Fuss zu fassen. Kerr entdeckte den Sport, den er so konsequent verfolgte, dass er etwa in Bridge mehrere nationale Titel gewann und Neuseeland in verschiedenen Weltmeisterschaften vertrat. Im Jahre 1971 übernahm er die Mathematik-Professur an der University of Canterbury in Christchurch, wo er auch bis zu seiner Pensionierung als Dekan der Mathematik-Fakultät amtete. Nach seiner Emeritierung ist es still geworden um die hochbegabte, vielschichtige Persönlichkeit.
Roy Kerr ist zweimal verheiratet; er hat fünf eigene und vier Stiefkinder. Die Royal Society of New Zealand verlieh ihm 1982 die Hektor Medal und 1993 die Rutherford-Medaille. 1984 erhielt er die Hughes-Medal for Physics von der Royal Society of London. Kerr wurde 2006 mit dem Marcel Grossmann Preis geehrt und 2011 für seine Leistungen in der Astrophysik in den New Zealand Order of Merit aufgenommen.
Hansjörg Friedli
Quellen:
Photo: Max Alexander, London
http://www.stuff.co.nz/the-press/christchurch-life/8372542/Bright-sparks-and-black-holes,
wikipedia, persönliche Mitteilungen
http://www.wissenschaft-online.de/astrowissen/astro_sl_kerr.html#kerr
Unter http://arxiv.org/abs/0706.1109 erläutert Kerr ausführlich, wie er seine Lösung der Einstein-Feldgleichung gefunden hat.