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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