Juan Martín Maldacena: Der Mann, der ein holografisches Universum baute

Im Jahr 1997 veröffentlichte ein 29-jähriger argentinischer Physiker eine Arbeit, in der er vorschlug, dass ein Universum mit Gravitation mathematisch identisch mit einem flacheren Universum ohne Gravitation sein könnte – als ob die Realität ein verstecktes Hologramm an ihren Rändern hätte. Fast drei Jahrzehnte und mehr als 25.000 Zitate später bleibt diese Arbeit über die heute sogenannte AdS/CFT-Korrespondenz eine der meistzitierten Arbeiten in der Geschichte der Hochenergiephysik, und Juan Martín Maldacena ist zu einem der wenigen lebenden Physiker geworden, die von Kollegen regelmäßig als die besten ihrer Generation bezeichnet werden.

Von Buenos Aires nach Bariloche

Maldacena wurde am 10. September 1968 in Argentinien geboren. Er begann seine physikalische Ausbildung an der Universität von Buenos Aires, bevor er an das berühmte Instituto Balseiro in Bariloche wechselte, Argentiniens wichtigster Ausbildungsstätte für Physiker, wo er 1991 unter Gerardo Aldazábal sein Lizenziat erwarb. Von dort wechselte er an die Princeton University und promovierte 1996 mit einer Dissertation mit dem Titel „Black Holes in String Theory“ unter der Betreuung von Curtis Callan. Es war eine passende Ausbildung: Schwarze Löcher und Stringtheorie sollten die beiden Pole seiner Karriere werden, und die Kollision zwischen ihnen würde seine prägende Idee hervorbringen.

Die Vermutung, die die theoretische Physik veränderte

Nach einem Postdoc-Aufenthalt in Rutgers kam Maldacena 1997 als außerordentlicher Professor nach Harvard – im selben Jahr, in dem er die Arbeit veröffentlichte, die ihn berühmt machte. Die AdS/CFT-Korrespondenz schlägt eine Äquivalenz zwischen einer Gravitationstheorie in einem gekrümmten „Anti-de-Sitter“-Raum und einer konformen Feldtheorie – einer Quantentheorie ohne Gravitation – vor, die auf der niederdimensionalen Grenze dieses Raums lebt. Einfach ausgedrückt: Ein Universum mit Gravitation kann vollständig als ein Hologramm beschrieben werden, das aus einem Universum ohne Gravitation projiziert wird. Die American Academy of Arts and Sciences, die ihn 2007 zum Mitglied wählte, schreibt dem Vorschlag von 1997 einen „großen Einfluss mit vielen Bestätigungen“ in den folgenden Jahren zu. Er gab Physikern zum ersten Mal ein funktionierendes mathematisches Spielzeugmodell der Quantengravitation und schlug eine Brücke zwischen Stringtheorie und Quantenchromodynamik, die Forscher bis heute in beide Richtungen überqueren.

Bis 1999 hatte Harvard ihn zum ordentlichen Professor befördert, ein ungewöhnlich schneller Aufstieg für einen Physiker, der kaum drei Jahre nach seiner Promotion stand. Zwei Jahre später wechselte er an das Institute for Advanced Study in Princeton, die Adresse, die einst Einstein und Gödel innehatten, wo er seit 2001 geblieben ist und heute den Titel eines Carl P. Feinberg Professor of Theoretical Physics innehat. Das Modell des Instituts – unbefristete Stellen ohne Lehrverpflichtung, die es einer Handvoll Wissenschaftlern ermöglichen sollen, nur den tiefsten Fragen ihres Fachgebiets nachzugehen – ist selbst eine Art institutionelle Wette auf genau die Art von langfristigem, risikoreichem Denken, das die AdS/CFT überhaupt erst hervorgebracht hat, und seine Amtszeit dort hat ihn zu einem Mentor und Bezugspunkt für eine Generation jüngerer Stringtheoretiker und Quantengravitationsforscher gemacht, die durch Princeton kommen.

Schwarze Löcher, Verschränkung und die Natur der Raumzeit

Maldacena hörte 1997 nicht auf. In einer viel diskutierten Arbeit aus dem Jahr 2001 argumentierte er, dass ein „ewiges“ Schwarzes Loch – eines mit zwei Mündern – mathematisch äquivalent zu einem Paar verschränkter Quantenzustände ist, eine Idee, die dazu beitrug, das moderne Forschungsprogramm zu begründen, das Quantenverschränkung mit dem Gewebe der Raumzeit verbindet. 2013 schlug er in Zusammenarbeit mit Leonard Susskind die „ER=EPR“-Vermutung vor, die besagt, dass verschränkte Teilchen durch mikroskopische Wurmlöcher verbunden sind – ein bemerkenswerter Versuch, Einsteins allgemeine Relativitätstheorie mit dem kontraintuitivsten Merkmal der Quantenmechanik in Einklang zu bringen. Dieselbe Zusammenarbeit befasste sich auch direkt mit dem „Black Hole Firewall“-Paradoxon, einem der schwierigsten offenen Probleme auf diesem Gebiet.

Anerkennung unter Kollegen

Die Auszeichnungen kamen in einem stetigen, gewichtigen Strom: ein Sloan-Stipendium und ein Packard-Stipendium 1998, ein MacArthur-„Genie-Stipendium“ 1999, der Sackler-Preis für Physik 2000, die Dirac-Medaille 2008, die Mitgliedschaft in der National Academy of Sciences 2013, der erste Fundamental Physics Prize (heute Breakthrough Prize) 2012 sowie die Albert-Einstein-Medaille und die Lorentz-Medaille 2018. Nur wenige lebende Theoretiker können diese Kombination für sich beanspruchen, und noch weniger erhielten die erste dieser lebensverändernden Auszeichnungen – das MacArthur-Stipendium – für eine einzige Vermutung, die erst zwei Jahre zuvor veröffentlicht wurde, bevor die breitere Gemeinschaft überhaupt fertig war zu testen, ob die Idee Bestand haben würde.

Was Kollegen sagen

Leonard Susskind, selbst eine Gründungsfigur der Stringtheorie und kein Fremder für kühne Behauptungen, hat Maldacena „vielleicht den größten Physiker seiner Generation“ und, pointierter, „sicherlich den größten theoretischen Physiker seiner Generation“ genannt. Dieses Urteil eines Kollegen, der dazu beigetragen hat, das Feld aufzubauen, in dem er arbeitet, hat besonderes Gewicht; es ist nicht die Art von Lob, die für kompetente, sorgfältige Wissenschaft vergeben wird, sondern für einen spezifischen, singulären Sprung.

Warum Juan als Genie bezeichnet wird

Das Argument für Genialität ist hier ungewöhnlich klar, weil es auf einem identifizierbaren Akt der Vorstellungskraft beruht und nicht auf einer Karriere stetiger Exzellenz. Die AdS/CFT-Korrespondenz war keine schrittweise Erweiterung bestehender Werkzeuge; sie schlug vor, dass zwei Theorien, die in unterschiedlichen Dimensionen leben und aus völlig unterschiedlichen mathematischen Maschinen gebaut sind, heimlich dieselbe Theorie waren. Diese Art von Dualität – das Finden einer verborgenen Identität zwischen scheinbar unabhängigen Strukturen – ist die seltenste Währung in der theoretischen Physik, und es ist die spezifische kognitive Fähigkeit, die hier gezeigt wird: nicht rechnerische Virtuosität, sondern die Fähigkeit, noch bevor jemand einen Beweis hatte, zu sehen, dass ein loser Faden, der Stringtheorie und Eichtheorie verband, tatsächlich tragfähig war. Susskinds ungefragtes „Größter seiner Generation“ ist eine starke externe Bestätigung aus dem Inneren des Fachgebiets. Das ehrliche Gegenargument ist, dass AdS/CFT eine Vermutung bleibt, die nie in ihrer vollen Allgemeinheit rigoros bewiesen wurde, und sie hat noch keine experimentell überprüfbare Vorhersage über unser eigenes Universum geliefert, das nicht Anti-de-Sitter-förmig ist; einige Physiker warnen, dass drei Jahrzehnte intensiver Forschung die Idee eher verfeinert und angewendet haben, als sie an der Realität zu validieren. Genie beschreibt in diesem Fall einen Sprung theoretischer Einsicht, dessen endgültiges empirisches Urteil noch aussteht.

Vermächtnis

Was auch immer das endgültige Urteil sein mag, AdS/CFT hat ein ganzes Forschungsfeld umgestaltet, eine Generation von Physikern dazu ausgebildet, Gravitation und Quanteninformation als zwei Beschreibungen einer zugrunde liegenden Realität zu betrachten – und Maldacenas Namen dauerhaft neben Einstein und Gödel auf die Liste des Institute for Advanced Study gesetzt.