Die Vermessung des Universums: Wie die Physik von morgen den letzten Geheimnissen auf der Spur ist (German Edition)

arbeiten verschiedene Beispiele verschiedenartiger physikalischer Phänomene aus. Sie wenden jedoch die Optik einfach nur an – und entdecken keine neuen Gesetze.
    2009 hatte ich die Ehre, gebeten zu werden, die Hamilton-Vorlesung an der University of Dublin zu halten – eine Vorlesung, die einige meiner meistgeschätzten Kollegen vor mir gehalten hatten. Sie ist nach Sir William Rowan Hamilton benannt, dem bemerkenswerten irischen Mathematiker und Physiker aus dem 19. Jahrhundert. Ich muss gestehen, dass der Name »Hamilton« in der Physik so weit verbreitet ist, dass ich dummerweise am Anfang keine Verbindung mit einer wirklichen Person herstellte, die tatsächlich aus Irland stammte. Ich war jedoch fasziniert von den vielen Gebieten der Mathematik und Physik, die Hamilton revolutioniert hatte, darunter die geometrische Optik.
    Die Feier des Hamilton-Days ist wirklich etwas Besonderes. Die Aktivitäten an diesem Tag umfassen einen Festzug entlang des Royal Canal in Dublin, wo jedermann an der Broom-Bridge anhält, um zu sehen, wie das jüngste Mitglied der Gesellschaft dieselben Gleichungen auf die Brücke schreibt, die Hamilton in der Begeisterung über seine Entdeckung vor vielen Jahren in die Seite der Brücke graviert hatte. Ich besuchte das College-Observatorium von Dunsink, wo Hamilton lebte, und bekam die Rollen und die Holzkonstruktion eines zweihundert Jahre alten Teleskops zu sehen. Hamilton kam nach seinem Abschluss am Trinity College 1827 dorthin, als er zum Lehrstuhlinhaber für Astronomie und zum königlichen Astronom Irlands ernannt wurde. Einheimische scherzen, dass Hamilton trotz seiner ungeheuren mathematischen Begabung weder wirkliches Wissen über noch Interesse für die Astronomie hatte und dass er trotz seiner vielen theoretischen Fortschritte die empirische Astronomie in Irland möglicherweise um 50 Jahre zurückgeworfen hat.
    Der Hamilton-Day ehrt jedoch die vielen Leistungen dieses großen Theoretikers. Diese umfassten Fortschritte in der Optik und der Mechanik, die Erfindung der mathematischen Theorie der Quaternionen (eine Verallgemeinerung der komplexen Zahlen) sowie eindeutige Demonstrationen der Vorhersagekraft von Mathematik und Naturwissenschaft. Die Entwicklung der Quaternionen war kein geringer Fortschritt. Quaternionen sind wichtig für die Vektorenrechnung, die unserem mathematischen Studium aller dreidimensionalen Phänomene zugrunde liegt. Sie werden jetzt auch für die Computergraphik, also in der Unterhaltungsindustrie, und für Videospiele verwendet. Jeder, der eine PlayStation oder eine Xbox besitzt, kann Hamilton für einen Teil seines Vergnügens dankbar sein.
    Unter seinen zahlreichen und beachtlichen Beiträgen leistete Hamilton bedeutende Fortschritte auf dem Gebiet der Optik. 1832 zeigte er, dass Licht, das in einem bestimmten Winkel auf einen Kristall fällt, der zwei unabhängige Achsen hat, so gebrochen wird, dass sich ein Hohlkegel von austretenden Strahlen bildet. Dadurch machte er Vorhersagen über die innere und äußere konische Brechung des Lichts in einem Kristall. In einem unglaublichen – und vielleicht dem ersten – Triumph mathematischer Wissenschaft wurde diese Vorhersage von Hamiltons Freund und Kollegen, Humphrey Lloyd, bestätigt. Es war eine ganz große Sache, eine mathematische Vorhersage eines noch nie zuvor beobachteten Phänomens bestätigt zu sehen, und Hamilton wurde für seine Leistung in den Adelsstand erhoben.
    Als ich Dublin besuchte, beschrieben die Einheimischen voller Stolz seine bahnbrechende mathematische Leistung, die rein auf der Grundlage geometrischer Optik ausgearbeitet wurde. Galilei bereitete den Weg für die empirische Wissenschaft und Experimente, und Francis Bacon war ein erster Befürworter der induktiven Naturwissenschaft  – bei der man auf der Grundlage dessen, was voranging, vorhersagt, was geschehen wird. Aber im Hinblick auf die Verwendung der Mathematik zur Beschreibung eines noch nie zuvor gesehenen Phänomens war Hamiltons Vorhersage der konischen Brechung wahrscheinlich die erste. Schon allein aus diesem Grund sollte Hamiltons Beitrag zur Wissenschaftsgeschichte nicht ignoriert werden.
    Trotz der Bedeutung von Hamiltons Entdeckung ist die klassische geometrische Optik dennoch kein Forschungsgegenstand mehr. Alle wichtigen Phänomene wurden schon vor langer Zeit ausgearbeitet. Bald nach Hamilton, in den 1860er Jahren, entwickelte der schottische Wissenschaftler James Clerk Maxwell die elektromagnetische