Meine erste echte wissenschaftliche Arbeit beschäftigte sich mit der Bewegung der Trojaner-Asteroiden des Jupiters. Es war keine revolutionäre Forschung, es war kein großes und brennendes Problem der Astronomie; aber es war ein guter Anfang für mich, um während meines Diplomstudiums die Grundlagen des wissenschaftlichen Arbeitens zu lernen. Und es war mein erster Kontakt mit Joseph-Louis Lagrange. Der Mathematiker aus dem 18. Jahrhundert ist in der Öffentlichkeit längst nicht so bekannt, wie er es angesichts seiner Leistungen eigentlich sein sollte. Die von ihm entwickelte "analytische Mechanik" ist heute immer noch die Grundlage der klassischen theoretischen Physik, und auch Relativitätstheorie und Quantenmechanik kommen ohne den "Lagrange-Formalismus" nicht aus.

Diese Weiterentwicklung von Newtons Mechanik hat mich vor allem durch ihre Eleganz beeindruckt. Will man ein dynamisches System – wie eben zum Beispiel die Bewegung von Asteroiden – untersuchen, dann muss man dazu nur eine einzige Funktion kennen: die "Lagrange-Funktion", die noch dazu äußerst simpel ist:

L = T – V

"T" steht für die kinetische Energie des Systems und "V" für die potenzielle Energie. Im Detail kann es natürlich schon ein wenig kompliziert werden, die jeweiligen Ausdrücke für die Energien zu finden und in Form der Lagrange-Funktion zusammenzufassen. Aber hat man das erst einmal geschafft, kann man die Methoden von Joseph-Louis Lagrange verwenden, um direkt aus dieser Funktion die mathematische Gleichung zu finden, mit der sich die Dynamik des Systems beschreiben lässt.

In meinem Fall war das die Bewegung der Asteroiden unter dem Einfluss von Jupiter und der Sonne. Hier – und auch das hatte schon Lagrange selbst herausgefunden – kann man dann fünf spezielle Punkte im Weltall finden, an denen sich die auf die Asteroiden wirkenden Kräfte aufheben. Diese "Lagrange-Punkte" sind daher gute Plätze für kleine Felsbrocken. Und tatsächlich besitzt Jupiter eine große Population so genannter "Trojaner-Asteroiden", die zwei der fünf Lagrange-Punkte bevölkern. Auch wir Menschen nutzen die Lagrange-Punkte für unsere Raumfahrt und "parken" dort Satelliten und Weltraumteleskope, um Treibstoff zu sparen.

Der Lagrange-Formalismus kann aber noch viel mehr, als nur die Bewegung von Asteroiden und Raumfahrzeugen zu beschreiben. Mit der simplen Formel lässt sich so gut wie alles mathematisch analysieren, was in der modernen Physik interessant ist. Das Standardmodell der Teilchenphysik beispielsweise, in dem (fast) die komplette subatomare Welt zusammengefasst ist, wird ebenfalls durch eine Lagrange-Funktion definiert. Die ist zugegebenermaßen etwas komplizierter als die Formel, mit der ich als junger Student gearbeitet habe, aber die zu Grunde liegenden Mechanismen sind dieselben. Die Mechanik von Lagrange lässt sich jedoch genauso gut auf Albert Einsteins spezielle und allgemeine Relativitätstheorie anwenden – und überall sonst, wo man wissen will, wie sich ein System dynamisch verändert. Die Lagrange-Funktion ist in der modernen Physik von so fundamentaler Bedeutung, dass man meistens gar nicht mehr extra dazusagen muss, dass es sich um eine Funktion handelt, sondern sie im Englischen einfach nur "Lagrangian" nennt.

Mir hat die Lagrange-Funktion während meines Studiums und meiner Arbeit als Himmelsmechaniker mehr als nur einmal dabei geholfen, das Verhalten von Planeten, Kometen und Asteroiden zu verstehen. Lagrange selbst halfen seine Leistungen immerhin dabei, die Schreckensherrschaft im Gefolge der Französischen Revolution zu überstehen. Als ab 1793 alle Ausländer aus Frankreich verbannt wurde, erhielt der in Italien geborene Mathematiker eine Ausnahmegenehmigung und durfte bleiben. Unter Napoleon wurde er später sogar zum Grafen ernannt. Heute liegt Lagrange im Pariser Panthéon begraben, und er gehört zu den 72 Personen, deren Namen ob ihrer wissenschaftlichen und technischen Leistungen auf dem Eiffelturm eingraviert sind.