Kosmischer Innovator - Eine ausführliche biografische Studie über sein Leben

Geburt und familiärer Hintergrund

Fritz Zwicky wurde am 14. Februar 1898 in Varna, Bulgarien, geboren. Er war das älteste von drei Kindern von Fridolin Zwicky und Franziska Vrček. Sein Vater, ein 1868 geborener Schweizer, war ein prominenter Industrieller in Varna und diente von 1906 bis 1933 als norwegischer Konsul in der Stadt. Zwickys Mutter, 1871 geboren, war tschechischer Herkunft und stammte aus Österreich-Ungarn. Die Familie lebte in einem von Fridolin Zwicky entworfenen und gebauten Haus, dem so genannten Zwicky-Haus. Fritz hatte einen jüngeren Bruder, Rudolf, geboren 1900, und eine Schwester, Leonie, geboren 1905.

Kindheit in der Schweiz

Im Alter von sechs Jahren, im Jahr 1904, wurde Fritz nach Mollis im Kanton Glarus in der Schweiz geschickt, um bei seinen Großeltern väterlicherseits zu leben und eine Ausbildung zu erhalten. Ursprünglich sollte er eine kaufmännische Ausbildung erhalten. Die Interessen des jungen Fritz verlagerten sich jedoch bald in Richtung Mathematik und Physik. Er besuchte die Primarschule in Mollis und wechselte später an die Höhere Stadtschule in Glarus. 1914 wechselte Zwicky nach Zürich, um seine Schulausbildung an der Industrieschule, dem heutigen Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Gymnasium, zu beenden.

Universitätsstudium

Nach seinem Abschluss an der Industrieschule in Zürich im Jahr 1916 schrieb sich Zwicky an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH Zürich) ein. Obwohl er zunächst ein Ingenieurstudium begann, wechselte er bald zu Mathematik und Physik. Zwicky schloss sein Studium 1920 mit einem ersten Diplom ab und spezialisierte sich auf Mathematik unter der Leitung von Hermann Weyl. Als er sein Studium an der ETH fortsetzte, um zu promovieren, wurde Zwicky von Peter Debye beraten, der 1920 zum Professor für Physik und Rektor der Hochschule ernannt worden war. Auch Paul Scherrer, ein ehemaliger Schüler Debyes, stand ihm als Professor für Experimentalphysik an der ETH zur Seite. In seiner Doktorarbeit beschäftigte sich Zwicky mit der Anwendung der Quantenmechanik auf Kristalle, ein Thema, das eine Brücke zwischen Physik und Chemie bildete. Er promovierte 1922 mit einer Arbeit mit dem Titel „Zur Theorie der heteropolaren Kristalle“.

Supernovae und Neutronensterne

In Zusammenarbeit mit Walter Baade erzielte Zwicky bedeutende Fortschritte bei der Erforschung von Supernovae. Im Jahr 1934 prägten sie den Begriff „Supernova“ und stellten drei kühne Thesen auf: Massereiche Sterne beenden ihr Leben in gewaltigen Explosionen, diese Explosionen erzeugen kosmische Strahlung, und sie hinterlassen einen kollabierten Stern aus dicht gepackten Neutronen. Zwicky stellte die Theorie auf, dass der gewaltige Kollaps und die Explosion eines massereichen Sterns einen dichten Ball von Neutronen hinterlassen würde, den er „Neutronenstern“ nannte. Dieses Konzept stieß zunächst auf Skepsis, wurde aber später durch die Entdeckung von Radiopulsaren im Jahr 1967 bestätigt.

Um seine Forschungen voranzutreiben, überzeugte Zwicky George Ellery Hale, ein 18-Zoll-Schmidt-Teleskop zu bauen, mit dem er innerhalb von drei Jahren zwölf Supernovae entdeckte. Später entdeckte Zwicky mit dem 48-Zoll-Schmidt-Teleskop auf Mt. Palomar insgesamt 122 Supernovae und stellte damit einen Rekord für einen einzelnen Beobachter auf.

Entdeckung der Dunklen Materie

Im Jahr 1933 führte Zwickys Untersuchung des Coma-Galaxienhaufens zu einer wichtigen Entdeckung. Er beobachtete eine Diskrepanz zwischen der anhand der Geschwindigkeit der Galaxien berechneten Masse des Haufens und der aus der Gesamtlichtleistung abgeleiteten Masse. Die aus den Geschwindigkeiten der Galaxien berechnete Masse war etwa zehnmal größer als die aus den leuchtenden Sternen abgeleitete Masse. Daraus schloss Zwicky, dass der Coma-Haufen eine enorme Menge an unsichtbarer Materie enthalten muss, die er als „dunkle Materie“ bezeichnete. Diese unsichtbare Materie, so schlussfolgerte er, hatte genug Schwerkraft, um die sich schnell bewegenden Galaxien am Auseinanderfliegen zu hindern. Zwickys Entdeckung machte deutlich, dass der größte Teil der Masse im Universum unsichtbar ist.

Gravitationslinsensysteme

1937 schlug Zwicky eine weitere Methode zur Erforschung der dunklen Materie vor: das Gravitationslinsenverfahren. Er sagte voraus, dass massereiche Galaxien als „Gravitationslinsen“ wirken könnten, die den umgebenden Raum verzerren, um das Bild von Hintergrundgalaxien zu vergrößern, zu verzerren und sogar zu vervielfachen. Dieses Konzept war eine direkte Anwendung von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie. Zwicky schlug vor, dass diese Verzerrung genutzt werden könnte, um die linsenförmigen Galaxien zu „wiegen“. Obwohl dies von den meisten Astronomen zunächst abgelehnt wurde, wurde die erste Gravitationslinse 1979, fünf Jahre nach Zwickys Tod, entdeckt. Heute wird der Linseneffekt genutzt, um kosmologische Parameter des Universums zu messen und entfernte Objekte zu entdecken, die sonst zu schwach sind, um sie zu sehen.

Arbeit am Caltech

Fritz Zwickys Karriere am California Institute of Technology (Caltech) begann 1925, als er dort an der Physik der Kristallstruktur arbeitete. Doch schon bald wurde er von der astronomischen Forschung an der Einrichtung in den Bann gezogen. Im Jahr 1927 wurde Zwicky zum Assistenzprofessor für Physik ernannt, 1941 wurde er zum außerordentlichen Professor ernannt. Seine Beiträge zur Astrophysik wurden 1942 anerkannt, als er zum Professor für Astronomie ernannt wurde, eine Position, die er bis 1968 innehatte.

Während seiner Zeit am Caltech arbeitete Zwicky zusammen mit dem deutsch-amerikanischen Astronomen Walter Baade am Konzept der Supernova. Er wurde auch ein Pionierbeobachter am Palomar-Observatorium, wo er die Bedeutung von Weitwinkel-Schmidt-Teleskopen für die Entdeckung ungewöhnlicher Arten von Sternen und Galaxien erkannte. Zwicky überzeugte George Ellery Hale, den Direktor des Mount-Wilson-Observatoriums, ein 18-Zoll-Schmidt-Teleskop zu bauen, mit dem er in drei Jahren zwölf Supernovae entdeckte.

Aerojet Engineering Gesellschaft

Neben seiner akademischen Laufbahn hatte Zwicky auch einen bedeutenden Einfluss auf die Luft- und Raumfahrtindustrie. Er war zusammen mit Theodore von Karman und Clark Millikan einer der Gründer der Aerojet Engineering Corporation. Von 1943 bis 1949 war Zwicky als Forschungsleiter bei Aerojet Engineering tätig. Bis 1960 war er als Forschungsberater bei Aerojet-General und Hycon tätig.

Zwickys Arbeit im Bereich des Düsenantriebs brachte ihm die Anerkennung als „Vater“ des modernen Düsentriebwerks ein. Er besaß zahlreiche Patente für ungewöhnliche Konzepte und Vorrichtungen im Bereich des Düsenantriebs für Luft-, Wasser- und Bodenanwendungen. Nach dem Zweiten Weltkrieg wurde Zwicky zum Leiter der U.S. Air Force-Teams ernannt, die die kriegsbedingten Forschungen zum Düsenantrieb in Deutschland und Japan auswerteten.

Auszeichnungen und Ehrungen

Zwickys Beiträge zu Wissenschaft und Industrie wurden weithin anerkannt. Im Jahr 1949 verlieh ihm Präsident Truman die Medal of Freedom für seine Arbeit am Raketenantrieb während des Zweiten Weltkriegs. Seine astronomischen Errungenschaften wurden 1972 mit der Goldmedaille der Royal Astronomical Society gewürdigt, der höchsten Auszeichnung der Gesellschaft, die ihm für seine „herausragenden Beiträge zur Astronomie und Kosmologie“ verliehen wurde.

Das Vermächtnis von Zwicky wird in der wissenschaftlichen Gemeinschaft weiterhin gefeiert. Der Asteroid 1803 Zwicky und der Mondkrater Zwicky wurden ihm zu Ehren benannt. Außerdem trägt die Zwicky Transient Facility seinen Namen in Anerkennung seiner Pionierarbeit in der beobachtenden Astronomie.