Jürgen Ehlers, the founding director of the Albert Einstein Institute, was one of the most distinguished and influential German Scientists of his generation. When he died very suddenly and unexpected on 20 May 2008, his colleagues and the staff of the Albert Einstein Institute lost a brilliant scientist and an outstanding scholar and teacher.
Jürgen Ehlers, one of the most distinguished and influential German scientists of his generation, died very suddenly and unexpectedly on 20 May 2008. A specialist in the study of general relativity, and at the same time a generalist and humanist with a passion for the fundamentals of the natural world, Ehlers played a leading role in the revival of research in general relativity in modern Germany from its small beginnings in the 1950s through to the flowering of the subject during the past decade. The institute he founded in Potsdam in 1995, the Max Planck Institute for Gravitational Physics (more commonly known by its subsidiary name, the Albert Einstein Institute – AEI), has become the largest institute of its kind in the world. It is a fitting memorial to his scientific life.
Born in 1929, Ehlers studied both mathematics and physics in Hamburg in the 1950s, and he finally chose physics because he could study general relativity with Pascual Jordan, one of the pioneers of quantum physics. At this time, interest in general relativity among theoretical physicists was beginning to revive after decades of neglect. Jordan was one of a handful of senior figures around the world who felt it was time to begin to understand general relativity, in order ultimately to generalize it into a full quantum theory of gravity. Key goals were to understand gravitational waves and what we now call black holes, and Jordan and his school, including Ehlers, were among the pioneers in this revival.
After visiting positions at several universities in Germany and the United States, culminating in a professorship in 1967 at the University of Texas at Austin, Ehlers moved to Munich to become a Member of the Max Planck Institute for Physics and Astrophysics in 1971. Institute director Ludwig Biermann asked Ehlers to join the Astrophysics part of the institute, because the institute was just beginning the gravitational wave activities that would eventually lead to Germany's GEO600 detector. In 1978 Ehlers organized the Ninth Texas Symposium on Relativistic Astrophysics, the principal international meeting where relativists and astrophysicists meet and update one another on their recent research. When the Astrophysics part of the Max Planck Institute moved into a new building in Garching outside Munich in 1979, Ehlers and his group, as well as the gravitational wave experimenters, went with it. Ehlers' clear commitment to astrophysics reflected his clear belief that the most important questions in general relativity were those that would be tested by astronomical observations.
Ehlers nevertheless remained a deeply mathematical physicist, and he always insisted that the great physical and astrophysical questions about relativity theory should be answered with as much rigour and care as possible. But always the important questions for him were those that the Universe itself posed. The discovery in 1974 of the first pulsar in a binary system, by Russell Hulse and Joseph Taylor, was a watershed for relativity, because it was immediately clear that the system would provide the first clean observational test of gravitational wave theory: the two stars would gradually spiral closer to one another as gravitational waves carried energy away. Ehlers quickly grasped how important this result would be, and just as quickly pointed out that the state of the theory of gravitational radiation itself was by no means satisfactory; relativity could not properly be tested against the observations until relativists sorted out the theory.
For the next ten years, Ehlers pushed his own research associates and scientists around the world to do this, with considerable success. The award of the 1993 Nobel Prize to Hulse and Taylor, the building of giant gravitational wave detectors around the world since the 1990s, and the use of modern supercomputers to predict gravitational wave emission from neutron stars and black holes all rest on secure theoretical foundations, thanks in part to Ehlers' insistence that even the complex mathematics of general relativity should be done carefully and rigourously.
Always looking ahead for the big challenges, Ehlers in the late 1980s took up research into another of Einstein's predictions, the bending of light by gravity. Again he was motivated by recent astronomical discoveries of gravitational lensing, where telescopes see multiple images of the same object, created as light takes multiple paths to the Earth through the gravitational field of an intervening galaxy. But again the theory needed work, and Ehlers stimulated young scientists in Garching to do it better. Today gravitational lensing is a central tool in astronomy, used among other things to prove that the Universe contains far more dark matter than it does stars and visible galaxies. The nature of this dark matter is not known, but it certainly is not composed of the protons, electrons, and neutrons that dominate the world we experience. Ehlers' young associates have gone on to make important and leading contributions to this branch of astronomy.
Ehlers' work at the junction between mathematics and physics had strong influences on the development of mathematics as well. He initiated a number of new research directions in analysis and differential geometry. Notable among these was his theory of reference systems, called "frame-theory". This provides a crucial mathematical link between concepts from classical physics and the geometric language of general relativity, and it has been successfully used to understand the precise relations between the different ways that Newton´s and Einstein´s theories of gravity would describe the same physical system. This is a key question, because many of the tests of the correctness of general relativity rely on measuring some of the small ways in which motions in the Solar System differ from those expected on the basis of Newton's theory of gravity. Ehlers had a rare ability to formulate fundamental physical questions in a precise mathematical language. His influence on research on the mathematics of Einstein's equations will be felt for many years to come.
In 1990 Ehlers had what he later described as the one good political idea in his life: he proposed that the Max Planck Society should create a research institute dedicated to research on gravitation. The reunification of Germany had created a need to expand the Max Planck system into former East Germany, and Ehlers felt that an institute in Potsdam, near Berlin, would not only make sense scientifically but would also finally allow Germany to make a visible and practical repudiation of the Nazis' personal vilification of Einstein, which had driven Einstein away from Berlin and Germany and had completely stopped relativity research in Germany. He used his scientific prestige to open political doors, and the result was the opening in 1995 of the AEI in Potsdam.
His vision for the research scope of the AEI showed again his perceptiveness and interest in relativity as a whole, even in work that was far from his own research. He wanted all of relativity under one roof: astrophysical research into black holes and gravitational waves, mathematical research to keep providing rigourous answers to questions raised by astronomical discoveries, and research designed to lead finally to a quantum theory of gravity, the goal that had motivated the revival of relativity in the 1950s and which even today is still not met. Today the AEI actually has two roofs: its theory branch in Potsdam/Golm, and its experimental branch in Hannover, which operates the GEO600 gravitational wave detector and plays a key role in the development of future detectors on the ground and in space. Employing two hundred staff, hosting a further two hundred scientific visitors each year, housing some of the world's fastest supercomputers, operating the GEO600 detector, hosting numerous conferences and workshops, publishing its own scientific journal and editing others, the AEI amply justifies Ehlers' initial vision that relativity best makes progress by keeping all its sub-fields connected and in communication.
In recent years Ehlers spent more time pursuing his life-long interests in the history of science and the meaning and importance of science to society. He engaged in public debates and wrote numerous articles. He strongly believed that rational thought and the scientific process were key ingredients of a civilised society, but he wanted society to understand the process as a human one, as an ongoing search for an ever deeper reality rather than as a way of manufacturing "laws" written in stone.
Naturally, Jürgen Ehlers won many honours in his lifetime: the Max Planck Medal from the German Physical Society in 2002, the Volta Gold Medal of Pavia University in the "Einstein Year" 2005, and recently the Chancellor's Medal of Charles University in Prague (2007). He was a member of Berlin-Brandenburg Academy of Sciences, the Mainz Academy of Sciences and Literature, the Leopoldina, and the Bavarian Academy of Sciences. In 1995 his scientific colleagues elected him President of the International Society for General Relativity and Gravitation for three years. But despite these honours and his considerable influence, Ehlers will be remembered by those who knew him as a modest man and a gentleman, a mentor who led by his example and by his deep scientific insight, a leader who always showed respect for his colleagues and coworkers.
Jürgen Ehlers will be deeply missed by his scientific colleagues, and of course incomparably more by the family he left behind: his wife Anita, his children Martin, Kathrin, David and Max, and five grandchildren.
The directors of the Albert Einstein Institute
Der große Gravitationsforscher ist überraschend verstorben.
Ende April standen wir noch zusammen: Jürgen Ehlers, Anton Zeilinger und ich. Anlass war der Festakt zum 150. Geburtstag von Max Planck, veranstaltet in Berlin von der Max-Planck-Gesellschaft und weiteren Institutionen. Im prunkvollen Festsaal des Konzerthauses am Gendarmenmarkt hatte Zeilinger, der geniale Quantenphysiker aus Wien, gerade seinen Festvortrag gehalten, Volker Schlöndorff hatte Max Planck verblüffend echt dargestellt.
Jungenhaft, beinah wie immer, die Augen vielleicht nicht mehr ganz so blitzend, berichtete Jürgen Ehlers, einer der führenden Relativitätstheoretiker Deutschlands, vor dem Festsaal – passend zum Festanlass – über seine Lektüre von Astrid von Pufendorfs Buch „Die Plancks“ und sein Interesse für die Entstehung von Begriffen und Konzepten in der frühen Quantenphysik.
Ehlers und ich hatten nicht nur wissenschaftlich
zusammengearbeitet, sondern wir waren auch befreundet, seit ich in München sechs Jahre in seiner
Gruppe „Gravitationstheorie“ am Max-Planck-Institut für Astrophysik arbeiten konnte. Mit guten
Freunden spannenden Forschungsfragen nachgehen – das habe ich immer geliebt. Aber mit einem so
brillanten Denker zu diskutieren und den vertrackten Fragen der Gravitation nachzugehen – das beflügelt.
Ich studierte noch in Würzburg, als Ehlers erstmals leibhaftig in meinem Leben auftauchte. Auf Einladung des
dortigen Theorieprofessors hielt er eine semesterlange Vorlesung – und zog uns auf den harten Weg durch die
Differentialgeometrie und einsteinsche Allgemeine Relativitätstheorie (ART), natürlich alles total invariant
im schicken Formalismus des Differentialkalküls. Ich legte die Ohren an, denn mathematisch zeigte uns der
Dozent aus dem fernen Austin/Texas die Latte, unter der heute über Kosmos, Schwarze Löcher und
Gravitationswellen nicht diskutiert werden sollte. Ich war beeindruckt und versuchte genau, dieser
Spur zu folgen.
Die berühmten Hamburg-Papers
Inzwischen wusste ich auch über seine akademische Herkunft Bescheid. In Hamburg hatte Pascual Jordan, einer der
Pioniere der Quantenphysik in den 1920 und 1930er Jahren, in den 1950er Jahren eine Forschungsgruppe für
Gravitationsphysik aufgebaut. Unter diesen Nachwuchsforschern stach Jürgen Ehlers früh hervor. Schon in
seiner Doktorarbeit erkannte er, dass das Gravitationsfeld im Innern der Fläche, die später als die
Oberfläche eines Schwarzen Lochs identifiziert wurde, notwendig dynamisch ist, sich also zeitlich
verändern muss, während es außerhalb zeitlich konstant ist.
Am Lehrstuhl Jordan war er, zusammen mit dem Theoretiker Engelbert Schücking (New York), sicher die treibende Kraft,
die relativistischen Grundprobleme mit Verve und mathematischer Schärfe zu attackieren. Aus diesen Arbeiten entstanden
sie: die „Hamburg-Papers“. So habe ich die Artikel immer genannt. Der bedeutende britische Mathematiker Felix
Pirani, der Grundlegendes zum Konzept der Gravitationsstrahlung beigetragen hatte, nannte diese Publikationen „The Bible“.
Erschienen sind sie alle in der Mainzer „Akademie der Wissenschaften und der Literatur“, der Jordan angehörte.
Leider auf Deutsch, muss man rückblickend sagen. Denn Deutsch war nach dem Zweiten Weltkrieg in
Folge der Professorenvertreibung in den 1930ern als Wissenschaftssprache weit gehend obsolet geworden.
Viele der neuen Ideen und Ergebnisse in den Hamburg-Papers wurden so von den Forschern in England
oder den USA gar nicht bemerkt. Nicht wenige davon wurden erst Jahre später dort neu „erfunden“.
Jedenfalls bestellte ich die Arbeiten einmal, da war ich bereits in Ehlers Arbeitsgruppe in München,
mit einer Postkarte bei der Mainzer Akademie. Zu meiner Verblüffung wurden mir alle Sonderdrucke
prompt, formlos, kostenlos und vollständig zugeschickt. Das ist eben eine Akademie! Jetzt habe ich
sie noch einmal aus dem Regal geholt. Der erste Beitrag stammt aus dem Jahr 1960 und behandelt
„Strenge Lösungen der Feldgleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie“ von Pascual Jordan,
Jürgen Ehlers und Wolfgang Kundt (später in Bonn).
Das war zweifellos eine der ersten systematischen Analysen dieses Themas, wegweisend für zahlreiche
Folgestudien. Die weiteren Beiträge widmen sich „der reinen Gravitationsstrahlung“ (mit Rainer Sachs),
„Gravitations-Strahlungsfeldern“ (mit Manfred Trümper) oder auch, von Jürgen Ehlers allein gezeichnet,
der „relativistischen Mechanik kontinuierlicher Medien“.
Zwei Grundtypen der Erkenntnisgewinnung
Das sind ganz offensichtlich die Themen, die ihn ein Forscherleben lang fesselten.
Und wie ich ihn stets erlebte, bekannte er sich für die Erkenntnisgewinnung zu den
zwei Grundtypen: einmal der kühne, sich nach vorne tastende, auf unsicherem Gelände
agierende Forscher, der manchmal spekulativ mit neuen, unerprobten Konzepten und
Ideen ringt. Daneben der zweite Typus: der sich existierende Theorien vornimmt,
auf ihre Schwachstellen abklopft, die Konzepte, Grundannahmen oder Axiome präzisiert
und mathematisch „streng“ als konsistentes Gebäude mit Satz und Beweis aufbaut.
Jedes Forschungsgebiet braucht, das lernt schon Doktoranden, beide Charaktere. Der erste, voranstürmende konfrontiert sich etwa mit neuen, womöglich widersprüchlichen Beobachtungen oder Messungen, setzt die Fantasie in Gang und findet manchmal das Juwel, das auch die Kollegen beeindruckt und überzeugt. Der zweite agiert eher im Hintergrund und stellt sich in den Dienst der formalen Klärung womöglich formal dubioser Theorieansätze. Jeder Student profitiert davon, wenn nach dieser Konsolidierung eine Theorie physikalisch effektiv, mathematisch fundiert und hoffentlich auch noch elegant formuliert in den Lehrbüchern steht.
In seinen Münchener Jahren ab 1971 holte er sich, Jordan nicht unähnlich, wieder gute Leute zusammen – etwa den Engländer John Stewart aus Cambridge, den Kanadier Martin Walker und Bernd Schmidt aus Hamburg. Auch der Astrophysiker Gerhard Börner, der schon am MPI war, schloss sich dem Kreis an. Dazu stießen immer wieder junge Theoriestars zeitweise zu der Gruppe, so der Inder Abhay Ashtekar (Pittsburgh), Robert Beig (Wien), Thibaut Damour (Paris), Gary Gibbons (Cambridge), Brandon Carter (Meudon) oder Demetrios Christodoulou (ETH Zürich). Dass es in diesem Umfeld anregend und fordernd zugleich zuging, erklärt sich von selbst.
Wegen der zwei Seelen in seiner Brust suchte Jürgen Ehlers zwar einerseits nach einer exakten Lösung der ART, die etwa einen Stern mit seiner eigenen Gravitationsausstrahlung verkoppelt. Eine realistische solche Lösung ist bis heute nicht entdeckt. Zugleich aber motivierte er seine Mitarbeiter (wie auch mich) dazu, dieses Problem ganz pragmatisch mit Näherungsverfahren aufzurollen – schließlich ging es auch um Physik. Gravitationswellen wurden 1976 erstmals indirekt nachgewiesen und werden in nicht zu ferner Zukunft wohl auch direkt mit Laserinterferometern entdeckt werden. Da hat man wohl besser eine Ahnung, wie solche Beobachtungen zu deuten sind! Mehrfach hat mich Jürgen Ehlers damit verblüfft, wie er haarige mathematische Probleme mit Hartnäckigkeit und Eleganz zugleich auflöste. Da konnte ich nur staunen. Später hat er sich ebenso intensiv (zusammen mit Peter Schneider, Bonn) mit Gravitationslinsen beschäftigt – ein Phänomen, das seitdem vor allem für die Entdeckung Dunkler Materie im All bedeutsam wurde.
Auch die Popularisierung lag ihm durchaus am Herzen, meine frühen journalistischen Arbeiten unterstützte er, publizierte aber auch selbst zusammen mit Gerhard Börner in unserem Verlag den Reader „Gravitation“, ein bis heute hoch spannendes Kompendium der laufenden Forschung (G. Börner und J. Ehlers (Hg.), „Gravitation“, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 1996).
Der Grenzfall Newton
Immer wieder hat er sich in München auch einem Thema gewidmet, das in Fachkreisen als
„newtonschen Limit“ bekannt ist. Schon Einstein war klar, dass seine ART nur funktionieren
würde, wenn sie im Sonnensystem – also für sehr schwache Schwerefelder und kleine
Geschwindigkeiten – mit der üblichen Theorie Newtons übereinstimmte. Und so hatte Einstein
auch kaum Mühe, aus seinen 1915 gefundenen Feldgleichungen das newtonsche Gravitationsgesetz
abzuleiten. Diese Rechnung war vielleicht nicht besonders elegant oder präzise, stellte aber
jeden zufrieden, verankerte sie die neue Theorie doch im klassischen Weltbild. Dieser Limit
ließ sich aber auch mathematisch exakt darstellen: der nichtrelativistische Raum mit Newtons
absoluten Zeit als Grenzwert einer relativistischen, vierdimensionalen Raum-Zeit?
Ehlers hat diese trickreiche Grenzwertbildung, von fundamentaler Bedeutung für die
Interpretation der ART, mathematisch vollständig aufgeklärt.
Auf zwei Aspekte von Jürgen Ehlers Wirken will ich eingehen: den Vortragenden und den Strukturbildner. Wer ihn je im Vortrag erlebte, weiß, was ich meine: Klar, konzis, fast druckreif und bis in die letzte Nebenbemerkung abgewogen und auf den Punkt, lieferte er stets eine auch rhetorisch brillante Darstellung eines bestimmten Themas. Ich gestehe gerne, dass ich, als er einmal über eine gemeinsame Arbeit im Seminar vortrug, erst dabei und danach die Sache „wirklich“ kapierte, an der ich doch schon Monate geackert hatte. Auch zu Einsteins 100. Geburtstag war Ehlers ein gefragter Redner und konnte die Hintergründe und Schwierigkeiten, mit der viele große Denker zwischen 1900 und 1916 rangen, luzide erläutern.
Für die zukünftige Rolle der Gravitationsforschung in Deutschland ist aber kaum zu überschätzen, was Ehlers fast unmittelbar nach der „Wende“ von 1989 gelang. Da witterte Ehlers die einmalige Chance! In einer für ihn eigentlich untypischen Rolle überlegte der Theoretiker sich, wie man diesem Thema ein eigenes Max-Planck-Institut widmen könnte. Methodisch wie immer, lernte er praktisch aus dem Stand das wissenschaftspolitische Powerplay, das man für so einen Akt beherrschen musste. Er fand die Unterstützung der MPG-Spitze, ging zu Wissenschaftsministern in Potsdam – und alsbald stand, es war fast ein Wunder, der Beschluss und rasch auch der Neubau: das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) im Dörfchen Golm bei Potsdam, inzwischen ergänzt durch ein Zweiginstitut in Hannover, wo das Gravitationsteleskop GEO600 steht. Jürgen Ehlers war dann erster Direktor des Instituts bis zu seiner Emeritierung 1998.
Er liebte aber auch zu diskutieren, suchte dabei stets den grundsätzlichen Aspekt. Sogar mit „Spinnern“ hatte er Geduld und lud sie manchmal zum Gespräch. Spinner sind übrigens solche Zeitgenossen, die Forschungsinstitute und Redaktionen seit Jahr und Tag mit großteils wirren „Theorien“ bombardieren, sich dann aber als jeder Kritik unzugänglich erweisen. (Einmal saß ich bei einer solchen „Debatte“, als Ehlers den Besucher direkt fragte: „Sollten Sie nicht selbst zuallererst Ihre eigene Theorie in Frage stellen und so kritisch wie möglich überprüfen?“ „Ganz falsch!“, rief dieser. „Wenn ich schon selbst an meiner Theorie zweifle – wie sollte ich dann jemals auch einen anderen davon überzeugen?“)
Dass Jürgen Ehlers im akademischen Disput
die Klingen trefflich kreuzen konnte, habe ich zu meinem großen Vergnügen mehrfach
erleben können. Einmal fuhr ich noch als Student von Würzburg nach Erlangen, um ihn
dort im Streitgespräch mit Paul Lorenzen („Erlanger Konstruktivismus“) zu sehen.
Es gab weder Sieger noch Besiegte, doch erinnere ich mich, dass Lorenzen immer,
wenn es argumentativ eng für ihn wurde, Zuflucht zur Ironie suchte, um so einer
Gedankenfalle zumindest rhetorisch zu entgehen.
Im Jahr 2001 lud ich Ehlers zu
einem Streitgespräch mit dem Soziologen und Niklas-Luhmann-Schüler Rudolf Stichweh
(Luzern). Es ging um „Die Wahrheit in der Wissenschaft“ (siehe Spektrum der
Wissenschaft, Juli 2001, S. 70). Wir trafen uns in Berlin in den Räumen der
Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften, deren Gründungsmitglied
er auch war. Was wissen wir sicher? Gewinnen wir durch objektive Erkenntnisse
ein immer vollständigeres Bild der Wissenschaft? Oder ist der Wahrheitsanspruch
der Naturwissenschaft nur eine historisch wandelbare Übereinkunft?
In diesem Gespräch sprach Ehlers auch Überzeugungen aus, die er als Physiker hatte:
„Naturwissenschaftliche Sätze haben nicht den Charakter absoluter Wahrheiten.
Physiker arbeiten approximative Richtigkeiten heraus; allerdings ist diese Approximation
manchmal so zuverlässig, dass man meint, damit habe man etwas Wichtiges erkannt –
ob man dies nun wahr nennen will oder brauchbar, ist mehr eine Frage der Terminologie.
Doch gegenüber einer kritischen Öffentlichkeit ist es wichtig, zu betonen, dass dieser
Grad an Zuverlässigkeit jedenfalls sehr viel personenunabhängiger ist als in
irgendeinem anderen Bereich menschlicher Tätigkeit.“
Am 20. Mai ist Jürgen Ehlers nun völlig überraschend gestorben, „auf dem Weg zu seinem geliebten Institut“,
wie mir seine Frau Anita schrieb. Als ich Anton Zeilinger die Nachricht übermittelte, schrieb er zurück:
„Er war einer der Hand voll Physiker, die ein genuines Interesse an tiefen fundamentalen Fragen haben.
Dies ist eine Spezies, die leider auch in Europa immer weniger wird.“
Die Welt verlor eine wegweisende Forscherpersönlichkeit auf dem Gebiet der Relativitätstheorie, und ich persönlich einen langjährigen Mentor und guten Freund.
Dr. habil. Reinhard Breuer
Chefredakteur
Spektrum der Wissenschaft