Nachruf

Edward Lorenz, stiller Revolutionär

Er gilt als der Vater der Chaostheorie und erkannte, dass die Zukunft selbst in einer deterministischen Welt nie sicher voraussagbar ist. Nun starb der Meteorologe 90-jährig. Eine Würdigung

Edward Lorenz gilt als Pionier der Chaostheorie. Seine Erkenntnis, dass selbst einfachste mathematische Modelle der Natur – etwa des Wetters oder von Bevölkerungen – schon bei kleinsten Änderungen in den Anfangsbedingungen völlig verschiedene Ergebnisse liefern können, krempelte das Grundverständnis vieler Naturwissenschaften um. Und das Weltbild vieler Menschen gleich mit: Selbst in einem deterministischen Kosmos können Menschen nie sicher sein, exakte Voraussagen zu machen.

"Seine größte wissenschaftliche Leistung war die Entdeckung des deterministischen Chaos, eines Prinzips, das tiefgreifenden Einfluss hatte auf eine große Zahl von Grundlagen-Wissenschaften und in unserem Weltverständnis den vielleicht dramatischsten Wandel seit Isaac Newton hervorbrachte." So formulierte es das Auswahlkomitee des hoch angesehenen Kyoto-Preises für Wissenschaft und Kunst, den Lorenz 1991 erhielt.

Der Meteorologe kreierte 1972 den berühmten Begriff des "Schmetterlingseffekts" und schenkte damit der Chaos-Theorie eine unnachahmlich einleuchtende Chiffre, die half, ihre Grundaussage auf der ganzen Welt zu verbreiten – aber auch misszuverstehen. Am Anfang stand eine Frage, die Lorenz im Titel eines Vortrags formulierte: "Verursacht der Schlag eines Schmetterlingsflügels in Brasilien einen Tornado in Texas?" Daraus wurde die affirmative Aussage, dass er es könne – nachzulesen in populären Werken wie dem Science Fiction Bestseller Jurassic Park oder Al Gores Eine unbequeme Wahrheit. Aber Lorenz Antwort war vorsichtiger gewesen.

Er legte stets Wert darauf, den "Schmetterlingseffekt" richtig zu verstehen: Das Bild bedeute nicht, dass ein dynamisches System wie das Wetter völlig unvorhersagbar sei. Der Schmetterling sollte nur illustrieren, dass sehr kleine Wirkungen extrem große Wirkungen haben können. Können heißt dabei aber nicht müssen. Darum sei es nicht ausgemacht, ob der Schmetterling in Brasilien über den Äquator hinweg, also nach Texas, überhaupt eine Wirkung ausüben könne. Das herauszufinden, fand Lorenz, sei eine der Aufgaben seiner Wissenschaft, der Meteorologie. Und deswegen hat er sich sein ganzes Forscherleben lang intensiv mit den schwierigen Detailfragen der langfristigen Wettervorhersage herumgeplagt.

© I. Horenko, FU Berlin

Abstrakt, schön und bedeutsam: Der Lorenz-Attraktor verbildlicht, dass die Vorausberechnungen eines sehr einfachen Wettermodells je nach Anfangsbedingungen extrem verschieden sein können. Die unterschiedlichen Ergebnisse sind verbildlicht durch verstreute, einzelne Punkte auf der roten Kurve. Trotz des chaotischen Verhaltens bilden alle Ergebnis-Punkte gemeinsam doch eine durchgezogene kurve, die sich selbst nie schneidet.

Die Metapher des Schmetterlings hatte sich ihm aufgedrängt, weil sein Computer ihm den heute so genannten Lorenz-Attraktor beschert hatte (siehe Bild), ein Gebilde mit zwei Flügeln, auf dem ein abstrakter Punkt eine chaotische Bewegung beschreibt. Die Figur, die er beschreibt, verbildlicht die Ergebnisse eines extrem einfachen Wettermodells. Je nach den Anfangsbedingungen – sozusagen dem "Start-Wetter", mit dem das Modell die Vorausberechnung beginnt – sind die Ergebnisse am Ende des Prognosezeitraums anders. Das heißt, der Punkt landet an einer anderen Stelle. Jedoch immer auf der Schleifenlinie, die sich selbst niemals schneidet.

Lorenz hatte sein Wettermodell entworfen, um die grundsätzliche Frage nach der Vorhersagbarkeit über lange Zeiten zu klären. Anfang der sechziger Jahre, als er an diesem Problem arbeitete, herrschte noch das Weltverständnis vor, das der französische Mathematiker Pierre Simon de Laplace gegen Ende des 18. Jahrhunderts formuliert hatte: In einem deterministischen Kosmos, in dem das Gesetz von Ursache und Wirkung gilt, müsse sich alle Zukunft aus den einmal gesetzten Anfangsbedingungen berechnen lassen. Aber Lorenz stellte fest, dass sein Modell, obwohl streng deterministisch und zudem sehr simpel, solche Berechnung eben nicht gestattete. Bei gleichen Anfangsbedingungen verursachten die zufälligen Rundungsfehler, die ein Computer zwangsläufig und immer macht, auf lange Sicht völlig unterschiedliche Resultate.

Im Nachhinein wunderte sich Lorenz selbst – wie er 1993 in seinem wunderschönen Buch The Essence of Chaos schreibt –, dass Laplace jemals hatte so ernst genommen werden können. Tatsächlich hatten Mathematiker wie Poincaré oder Naturforscher wie Maxwell und Planck schon ernste Zweifel an dessen Sichtweise geäußert. Aber ohne die Hilfe von Computern konnte man sie nicht konkret überprüfen. Das wurde erst um 1960 möglich. Dann brauchte es noch etwa zehn weitere Jahre, bis sich der Einsturz des Laplaceschen Denkmodells herumsprach. Eigentlich standen Lorenz' wesentliche Gedanken schon 1963 in der bahnbrechenden Veröffentlichung mit dem Titel Atmospheric Nonperiodic Flow .