„Maschinen können manches besser“

Der Weltklasse-Mathe­matiker Stephen Smale ­erklärt, wie man mit Algorithmen das Auge oder Künstliche Intelligenz ­erforscht, erinnert sich an seine Kommunisten-­Vergangenheit – und daran, wie ­Ronald Reagan gegen ihn intrigierte.

Interview: Robert Buchacher

profil: Sie gehören zu den höchstdekorierten Mathematikern der Welt und halten, wie vergangenen Mittwoch am IST Austria in Klosterneuburg, Vorlesungen über die Faltungsstruktur von Proteinen. Was ist daran so spannend?
Smale: Die Faltung von Proteinen ist ein großes Problem in der Biologie. Wie kommt es, dass sich aus einer simplen Kette von Aminosäuren eine derart komplexe Struktur verschlungener und gewundener Bänder bildet, für jedes Protein eine eigene?

profil: Nach der Entschlüsselung des Humangenoms gilt die Proteomik als das nächste große Thema der Biomedizin – die Entschlüsselung der etwa 300.000 verschiedenen Proteine, die unsere Körperfunktionen steuern.
Smale: Ich weiß nicht, ob es 300.000 sind, aber es ist eine Riesenherausforderung, und ich glaube, dass wir einige neue Ideen haben und auch neue Ergebnisse liefern können.

profil: Wie könnte das gelingen?
Smale: Die einzelne Aminosäuresequenz teilt sich und faltet sich dann auf sich selbst zurück, bildet auf diese Weise ein dreidimensionales Objekt. Wir wollen in dieser Struktur Punkte finden, an denen sich die Proteine aneinander binden. Auf diese Weise wollen wir einen Beitrag zur Entschlüsselung des Human-Proteoms leisten.

profil: Am Beginn Ihrer Karriere standen aber nicht solch komplexe biologische Fragen, sondern fundamentale mathematische Problemstellungen. Schon ein Jahr nach Ihrem Doktorat verblüfften Sie die Welt der Mathematik mit dem Beweis für die Umstülpung einer Kugel …
Smale: Es ging um eine Kugel, die ihr Inneres durch sich selbst nach außen kehrt, ohne dass es in dem ganzen weichen Prozess Ecken oder Brüche gibt.

profil: … zwei Jahre danach lieferten Sie bereits Ihr Meisterstück mit dem Beweis der sogenannten Poincaré Vermutung für Dimensionen größer als oder gleich fünf. Dafür erhielten Sie 1966 die Fields-Medaille, die höchste Auszeichnung, die ein Mathematiker bekommen kann. Das erstaunt umso mehr, als Sie zunächst gar kein besonders ambitionierter Schüler und Student waren.
Smale: Ich hatte mal bessere, mal schlechtere Noten, und ähnlich gemixt waren meine Lehrer. Aber an einem Punkt, ich glaube, es war im dritten Studienjahr, hatte ich einen besonders inspirierenden Professor, den ungarisch-amerikanischen Mathematiker Raoul Bott. Er war unter anderem für das so genannte Bott-Perioden-Theorem bekannt, ein Lehrer, der mir viel weiterhalf.

profil: Aber es gab auch einen Punkt, wo Sie beinahe von der Uni geflogen wären?
Smale: Ja, ich wurde gewarnt, dass ich das Graduate Program verlassen müsste, wenn ich mich nicht sehr viel mehr anstrenge. Darauf begann ich, mein Studium ernsthafter zu betreiben.

profil: Galt Ihr Interesse nur der Mathematik oder auch anderen Fächern?
Smale: Schon an der Highschool war ich gut in Biochemie, Physik und in Schach. Ich spielte sogar bei US-Open-Schachwettkämpfen. Ich wollte Biochemiker werden, hatte mein eigenes Chemielabor, wo ich zusammen mit einem Partner seltene chemische Verbindungen für Unternehmen herstellen wollte. Ich interessierte mich auch für künstlerische Dinge, besuchte einschlägige Messen.

profil: Sie waren auch in der Hippiebewegung aktiv und angeblich Kommunist?
Smale: Ja, als College-Student war ich Parteimitglied. Mein Vater war Marxist, ich nur ein unreifer Idealist, der gegen den Vietnamkrieg demonstrierte. Ich war kein Pazifist, fürchtete aber eine Eskalation des Konflikts bis zum Atomkrieg. Ich würde mich nicht als Hippie bezeichnen, aber in der Anti-Vietnamkriegsbewegung gab es viele Hippie-Typen.

profil: Waren Sie jemals in der Army?
Smale: Nein, ich unternahm alles, um einer Einberufung zu entgehen. Als Student bekam ich einen Aufschub, vielleicht hat auch meine politische Orientierung und Aktivität eine Rolle gespielt. So entging ich der Gefahr.

profil: Als junger Professor waren Sie in Berkeley, einem der Zentren der Studenten- und Anti-Vietnamkriegsproteste.
Smale: Ich war an der Fakultät eine der Schlüsselfiguren der Antikriegsbewegung.

profil: Hatten Sie dadurch Nachteile?
Smale: Eine ganze Menge. Wegen meiner eindeutigen politischen Aktivitäten verlor ich meinen ersten Job als Lehrassistent am College. Ich hatte beträchtliche Schwierigkeiten, öffentliche Forschungsgelder zu bekommen. Die National Science Foundation lehnte meinen Antrag auf ein Forschungsstipendium ab. Kongressabgeordnete drohten der Foundation mit der Sperre öffentlicher Gelder, sollte sie mir Förderungen gewähren. Ronald Reagan, damals Gouverneur von Kalifornien, versuchte, meine Entlassung als Uni-Professor zu betreiben.

profil: Gab es neben Ihren politischen Aktivitäten noch andere Dinge, weshalb Ihnen das Establishment misstraute?
Smale: Vermutlich hatten meine Schwierigkeiten auch damit zu tun, dass ein beträchtlicher Teil meiner Karriere weit über das hinausgeht, was Menschen üblicherweise tun. Ich beschäftige mich mit Dingen, die nicht in die Standardprogramme passen.

profil: Womit zum Beispiel?
Smale: Ich besitze eine private Mineralien- und Kristallsammlung, die ich seit 1969 zusammen mit meiner Frau Clara angelegt habe. Darunter befinden sich sehr kostbare Stücke, die mit Objekten in Museen konkurrieren können. Ich betätige mich auch als Künstler, indem ich die Kristalle aus unterschiedlichen Perspektiven und mit verschiedenen Lichteffekten fotografiere.

profil: Und die Fotos stellen Sie dann aus?
Smale: Ja, ich präsentiere die Bilder in Einzelausstellungen. Ich verbringe sehr viel Zeit mit Kristallen, studiere ihre Entstehung, befasse mich mit ihrer Bergung, Reinigung und Verarbeitung. Im Jahr 2006 habe ich darüber einen Fotoband unter dem Titel „The Smale Collection“ veröffentlicht. Nächstes Jahr möchte ich einen Bildband über die Kunst chinesischer Mineralien herausbringen. In China findet man sehr alte und besonders kostbare Stücke.

profil: Ihr Faible für Kristalle und künstlerische Fotos mutet genauso ungewöhnlich an wie manche Ihrer mathematischen Fragestellungen. So haben Sie beispielsweise untersucht, wie sich Sprachen entwickeln.
Smale: Wir haben uns in einigen Arbeiten mit dem Ursprung von Sprachen befasst und damit, nach welchen mathematischen Gesetzmäßigkeiten es überhaupt zu ihrer Entstehung kommt.

profil: Eine andere Fragestellung betrifft die Funktion des menschlichen Auges. Was wollen Sie dabei herausfinden?
Smale: Es ist eine Frage des Verständnisses, wie das Sehvermögen zustande kommt. Meine diesbezügliche Hauptarbeit trug den Titel „Mathematics of the neural response“. Es ging dabei um die Nerven des Sehapparats und um eine Art mathematische Grundlage für die Bereiche Erkennungsmuster und künstliches Sehvermögen: Wie erkennt jemand eine Katze und unterscheidet sie von einem Hund?

profil: Und um das zu erforschen, entwickelten Sie spezielle Algorithmen?
Smale: Mathematische Grundlagen und Algorithmen. Dazu mußten wir wissen, wie das Gehirn funktioniert. Die Inspiration dazu lieferte uns der italienisch-amerikanische Kognitionswissenschafter Tomaso Poggio, Direktor des Center for Biological and Computational Learning am Massachusetts Institute of Technology in Boston.

profil: Das führt gleich zum nächsten Bereich Ihrer Interessen: Computerwissenschaften und Künstliche Intelligenz. Ist der Computer der bessere Mathematiker?
Smale: Nein, aber Computer und Mathematik helfen einander.

profil: In verschiedenen Interviews sagten Sie, Computer und Internet seien Beschleuniger des wissenschaftlichen Erkenntnisgewinns.
Smale: Ich sagte, dass die größte heutige Revolution mit einer gewissen Universalität quer durch viele alte Disziplinen schneidet. Und diese Revolution sind die Computerwissenschaften.

profil: Welche Rolle wird die Mathematik künftig in der Wissenschaft spielen? Ist sie ein Werkzeug, um die Natur, auch die Biologie, besser zu verstehen?
Smale: Die Mathematik spielt eine zentrale Rolle in Theorie und Praxis der Computerwissenschaften. Zugleich kann sie eine fundamentale Rolle bei der Entwicklung der Wissenschaften spielen, einschließlich der Biologie.

profil: Im Jahr 2005 erstellten Sie eine 30 Druckseiten umfassende Liste von 18 ungelösten mathematischen Problemen. Welches davon erscheint Ihnen besonders wichtig?
Smale: Im Voraus ist das schwer zu sagen. Ich habe dafür keine einfache Antwort. Die erste ungelöste Frage auf der Liste ist die sogenannte Riemann’sche Vermutung, nicht meine eigene.

profil: Aber einige sind Ihre eigenen Fragen?
Smale: Ja, die meisten davon. In den vergangenen Jahrzehnten beschäftigte ich mich mit der Intelligenz des Lernens, ich nenne es Theorie des Lernens, ein Bereich, der einen gewissen Einfluss auf die Computerwissenschaften hat.

profil: Das heißt, Sie beschäftigen sich mit Künstlicher Intelligenz und der Fähigkeit von Robotern, selbstständig zu lernen?
Smale: Genau das meine ich mit Theorie des Lernens.

profil: Wird es schon bald Roboter geben, die selbstständig lernen können?
Smale: Bis zu einem gewissen Level haben wir die ja schon. Nehmen Sie Google! Es gibt bereits Maschinen, die manche Dinge besser können als wir Menschen.

profil: Werden wir schon in naher Zukunft intelligente Maschinen haben, die einen Großteil unserer Arbeit verrichten?
Smale: Das geschieht ja bereits. Wir dürfen nicht immer an menschenähnliche Roboter denken, die herummarschieren und versuchen, Dinge zu tun, die Menschen tun. Das passiert nicht auf diese Weise. Es hat keinen Sinn, Maschinen zu bauen, die alles können. Aber intelligente Maschinen für spezielle Zwecke gibt es ja schon. Denken Sie an den Schachcomputer!

profil: Abschließend noch eine persönliche Frage: Mit Ihren bald 83 Lebensjahren sind Sie wissenschaftlich nach wie vor höchst aktiv, reisen um die Welt, schreiben Bücher und halten Vorträge. Solche Menschen haben eine deutlich höhere Lebenserwartung als inaktive Altersgenossen. Inwieweit interessiert Sie das Thema gesundes Altern?
Smale: Ich befasse mich intensiv mit Strategien zur Lebensverlängerung, nehme täglich 50 verschiedene Nahrungsergänzungsmittel nach neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen, um mich gegen Herzinfarkt und Krebs zu schützen. Ich klopfe auf Holz, es geht mir ausgezeichnet.

Zur Person
Stephen Smale, 82, gelang schon Anfang der 1960er-Jahre der Beweis der Poincaré Vermutung für Dimensionen größer oder gleich 5, wofür er im Jahr 1966 mit der Fields Medaille geehrt wurde. Nachdem es für Mathematik keinen Nobelpreis gibt, ist das die weltweit höchste Auszeichnung, die ein Mathematiker erringen kann. Im Jahr 2007 erhielt er in Israel den renommierten Wolf-Preis in Mathematik. Damit gehört Smale zu den höchstdekorierten Mathematikern der Welt. Der komplette Beweis für die Poincaré Vermutung gelang im Jahr 2002 dem russischen Mathematiker Grigori Perelman

Im Jahr 1998 hatte Smale eine Liste von 18 ungelösten mathematischen Problemen veröffentlicht. Ein Teil davon geht auf eine im Jahr 1900 vom deutschen Mathematiker David Hilbert veröffentlichte Liste von insgesamt 23 mathematischen Fragen zurück. All diese Probleme waren zur Zeit ihrer Veröffentlichung ungelöst, aber die Liste schrumpfte im Lauf des 20. Jahrhunderts erheblich zusammen, weil inzwischen etliche Fragen gelöst sind. Als ungelöst gelten drei von Hilbert aufgelistete Probleme, darunter die Riemann Hypothese. Sie hat mit Primzahlen zu tun, obwohl es auf den ersten Blick nicht so aussieht, und steht auf Smales Liste an erster Stelle. Bisher gelten nur vier der von Smale aufgestellten Fragen als gelöst, darunter die Poincaré Vermutung. Aber selbst dieses gelöste Problem in einer Zeitschrift für Nichtmathematiker einem breiteren Publikum zu erklären, hält der Doyen der österreichischen Mathematik Karl Sigmund für schwierig, bei den ungelösten Problemen für aussichtslos: „Für jede Vermutung bräuchte man einen eigenen Vortrag oder ein Buchkapitel“, so Sigmund.

Steven Smale hielt am Mittwoch der Vorwoche am Institute of Science and Technology (IST Austria) in Klosterneuburg einen Vortrag über die Faltungsstruktur von Proteinen, derzeit eines der heißesten Themen der Biologie. Aus diesem Anlass gab er profil das vorliegende Interview.

Foto: Meinrad Photography