Skip to main content
Top

Bernhard Riemann - Über die Hypothesen, welche der Geometrie zu Grunde liegen

  • 2025
  • Book
insite
SEARCH

About this book

Die Geburtsstunde der modernen Geometrie war am 10.06.1854, als Bernhard Riemann in seinem Habilitationsvortrag differenzierbare Mannigfaltigkeiten, Riemannsche Metriken, Schnittkrümmungen und Normalkoordinaten einführte. Die Riemannsche Geometrie ist nicht nur eines der wichtigsten Forschungsgebiete der heutigen Mathematik, sondern führte auch zu einem völlig neuen Raumverständnis und bildet die Grundlage der modernen Physik, von der Allgemeinen Relativitätstheorie Einsteins bis zur Quantenfeldtheorie.  Die Riemannsche Geometrie inspiriert auch wichtige Verfahren des Maschinellen Lernens. 

Im vorliegenden Werk wird dieser klassische Text der Mathematik umfassend historisch, mathematisch, physikalisch und philosophisch kommentiert und in die gesamte Entwicklung dieser Disziplinen eingeordnet.

Bernhard Riemann wurde 1826 geboren und starb 1866 im Alter von 39 Jahren. Während seines kurzen Lebens prägte er die moderne Mathematik wie sonst nur noch Gauß. Sein Konzept der Riemannschen Fläche fasste in genialer Weise die komplexe Analysis und die Theorie der elliptischen Integrale zusammen und war gleichzeitig der Ausgangspunkt für die Entwicklung der Topologie und der modernen algebraischen Geometrie und führte zudem noch neuartige analytische Werkzeuge in die Funktionentheorie ein. Sein Werk lieferte auch wichtige Anregungen für die mathematische Physik. Die Riemannsche Vermutung in der Zahlentheorie gilt auch fast 150 Jahre nach ihrer Formulierung als das schwierigste und tiefste offene Problem der gesamten Mathematik.

Jürgen Jost schloss sein 1975 begonnenes Studium der Mathematik, Physik, Volkswirtschaft und Philosophie an der Universität Bonn 1980 mit der Promotion ab. 1984 wurde er als Professor für Mathematik an die Ruhr-Universität Bochum berufen. Seit 1996 ist er als Direktor am Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften in Leipzig tätig. Neben seinen mathematischen Schwerpunkten in der Geometrie und Analysis arbeitet er auch in der mathematischen und theoretischen Physik, Biologie und Neurobiologie und zur Theorie der komplexen Systeme sowie zur Geschichte und Philosophie der Wissenschaften. Er ist Autor von mehr als 20 Monographien und Fachbüchern und mehr als 500 wissenschaftlichen Publikationen. Seine Forschungen wurden mit dem Gottfried-Wilhelm-Leibniz-Preis der DFG (1993) und einem ERC Advanced Grant (2010) ausgezeichnet.

Table of Contents

Frontmatter
Kapitel 1. Einleitung
Zusammenfassung
Riemanns Arbeit Ueber die Hypothesen, welche der Geometrie zu Grunde liegen nimmt eine besondere Rolle in der Geschichte der Mathematik ein: sehr kurz, verbal ohne Formeln argumentierend, aber gleichzeitig einer der tiefsten Beiträge in der gesamten Geschichte der Mathematik. Dieses Kapitel führt in den Kontext der Arbeit ein und bietet eine kurze Biographie Riemanns.
Jürgen Jost
Kapitel 2. Historische Einführung
Zusammenfassung
In der klassischen Antike gab es sehr unterschiedliche Raumvorstellungen. Plato glaubte, dass die physikalische Wirklichkeit letztendlich regelmäßig aus Dreiecken aufgebaut sei, also auf geometrischen Gebilden. Aristoteles nahm an, dass jedes Ding seinem natürlichen Ort zustrebe, und der fasste daher den Raum als Ansammlung solcher Örter auf. Die bekannteste Raumvorstellung der Antike findet sich aber in der euklidischen Geometrie. Auch wenn die Geometrie seit dem 19. Jahrhundert auch nichteuklidische Raumformen kennt und der Text, der hier vorgestellt wird, grundlegend neue und allgemeine mathematische Raumkonzepte entwickelt, bleibt der euklidische Raum als Bezugsmodell weiterhin wichtig. In der Neuzeit wurde dann der Raum als etwas die Dinge Umfassendes und Enthaltendes aufgefasst, und dies ist auch grundlegend für die newtonsche Physik. Leibniz konzipierte dagegen den Raum rein relational, als Beziehung zwischen Objekten. Die sehr wirkmächtige Philosophie Kants sieht den Raum als eine vor der Erfahrung gegebene Anschauungsform an, die wir benötigen, um Dinge unterscheiden zu können.
Jürgen Jost
Kapitel 3. Riemanns Habilitationsvortrag
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird zunächst Riemanns Habilitationsvortrag abgedruckt (der zentrale Text dieses Bands), und danach folgen die mathematischen Erläuterungen von Hermann Weyl.
Jürgen Jost
Kapitel 4. Präsentation des Textes
Zusammenfassung
Dieses Kapitel erläutert sorgfältig den Riemannschen Text. Nach einer verbalen Beschreibung werden die mathematischen Strukturen, die hinter Riemanns Überlegungen standen oder von seinen Nachfolgern entwickelt wurden, detailliert dargestellt. Zentrale Begriffe sind die (differenzierbare) Mannigfaltigkeit, der metrische Tensor, geodätische Linien und vor allem der Riemannsche Krümmungstensor. Die aus diesem Tensor gewonnenen Schnittkrümmungen bilden einen vollständigen Satz von lokalen Invarianten, also koordinatenunabhängigen Größen, für eine Riemannsche Metrik. Dies ist eine zentrale Erkenntnis von Riemann. In diesem Kapitel wird daher der mathematische Formalismus vollständig entwickelt.
Jürgen Jost
Kapitel 5. Rezeptions- und Wirkungsgeschichte
Zusammenfassung
Riemanns Text war äußerst wirkmächtig, nicht nur in der Mathematik selbst, sondern auch in der Physik und der Philosophie. Zunächst reagierte der führende deutsche Physiker Hermann Helmholtz mit Überlegungen, wie die Geometrie des Raumes empirisch festgestellt werden könnte. Weil er von der freien Beweglichkeit starrer Maßstäbe ausging, schloss er, dass der physikalische Raum eine konstante Krümmung besitzen müsse. Die Überlegungen von Helmholtz waren ein wesentlicher Ausgangspunkt für die Theorie der Symmetriegruppen von Sophus Lie. Die Riemannsche Geometrie wurde die mathematische Grundlage der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein. Dieser brachte in seinen berühmten Feldgleichungen die Riccikrümmung des Raumes mit der Verteilung physikalischer Massen in Verbindung. Die Riemannsche Geometrie liefert auch die mathematische Sprache der Quantenfeldtheorie. Allerdings ist die mathematische Vereinigung von Gravitations- und Quantentheorie noch unbekannt.
Jürgen Jost
Kapitel 6. Positionen der Forschung
Zusammenfassung
Die Riemannsche Geometrie ist heute ein zentrales und wesentliches Teilgebiet der Mathematik, mit vielfältigen Verknüpfungen zu anderen Teilgebieten. Auch in der Riemannschen Geometrie selbst gibt es vielfältige Forschungsfragen. In der Quantenfeldtheorie spielen geometrische Strukturen weiterhin eine wesentliche Rolle, und aus dem Wechselspiel zwischen Riemannscher Geometrie und theoretischer Hochenergiephysik sind bedeutende Forschungserfolge entstanden. Die Riemannsche Geometrie ist auch zur metrischen Geometrie erweitert worden. Derartige geometrische Überlegungen sind in jüngster Zeit auch im Maschinellen Lernen wichtig geworden.
Jürgen Jost
Backmatter
Title
Bernhard Riemann - Über die Hypothesen, welche der Geometrie zu Grunde liegen
Author
Jürgen Jost
Copyright Year
2025
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-70872-9
Print ISBN
978-3-662-70871-2
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-70872-9

PDF files of this book don't fully comply with PDF/UA standards, but do feature limited screen reader support, described non-text content (images, graphs), bookmarks for easy navigation and searchable, selectable text. Users of assistive technologies may experience difficulty navigating or interpreting content in this document. We recognize the importance of accessibility, and we welcome queries about accessibility for any of our products. If you have a question or an access need, please get in touch with us at accessibilitysupport@springernature.com

Premium Partner

    Image Credits
    Neuer Inhalt/© ITandMEDIA, Nagarro GmbH/© Nagarro GmbH, AvePoint Deutschland GmbH/© AvePoint Deutschland GmbH, AFB Gemeinnützige GmbH/© AFB Gemeinnützige GmbH, USU GmbH/© USU GmbH