Stephen Hawking

Stephen William Hawking, CH, CBE, FRS (* 8. Januar 1942 in Oxford, England; † 14. März 2018 in Cambridge, England) war ein britischer theoretischer Physiker und Astrophysiker. Von 1979 bis 2009 war er Inhaber des renommierten Lucasischen Lehrstuhls für Mathematik an der Universität Cambridge. Stephen Hawking lieferte bedeutende Arbeiten zur Kosmologie, zur allgemeinen Relativitätstheorie und zu Schwarzen Löchern.

1963 wurde bei Hawking Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) diagnostiziert, eine degenerative Erkrankung des motorischen Nervensystems. Mediziner prophezeiten ihm, nur noch wenige Jahre zu leben. Allerdings handelte es sich vermutlich um eine chronisch juvenile ALS, die durch einen extrem langen Krankheitsverlauf gekennzeichnet war. Seit 1968 war er auf einen Rollstuhl angewiesen. Im Rahmen der Grunderkrankung (konsekutive progressive Bulbärparalyse) und der Behandlung einer schweren Lungenentzündung verlor er 1985 die Fähigkeit zu sprechen. Für die verbale Kommunikation nutzte er seitdem einen Sprachcomputer.

Durch seine populärwissenschaftlichen Bücher über moderne Physik und umfangreiche mediale Berichterstattung wurde er auch einem breiten Publikum außerhalb der Fachwelt bekannt.

Leben und Werdegang

Familiärer Hintergrund

Stephen Hawking war der Sohn des Tropenmediziners Frank Hawking und der Wirtschaftswissenschaftlerin Isobel Hawking (geb. Walker). Sein Vater entstammte einer Familie von Großbauern in Yorkshire, aber Stephen Hawkings Urgroßvater hatte den Großteil seines Vermögens im Rahmen einer Landwirtschaftskrise zu Beginn des 20. Jahrhunderts verloren.[2] Robert Hawking, der Vater von Frank, und dessen Frau konnten Frank Hawkings Medizinstudium nur mit Hilfe der Einnahmen einer kleinen Schule in Boroughbridge finanzieren und er selbst bekam einige Stipendien und Preise, mit denen er sich finanzierte und auch seinen Eltern etwas Geld zurückgeben konnte. 1937 befand er sich auf einer Forschungsreise in Afrika am Kongo. Zu Beginn des Zweiten Weltkriegs kehrte er nach England zurück, um sich dem Militär anzuschließen. Seine spätere Frau Isobel war die Tochter eines praktischen Arztes in Glasgow und eines von acht Kindern der Familie. Sie durfte trotz der finanziellen Engpässe der Familie studieren und arbeitete nach dem Studium zunächst als Finanzinspektorin und später als Sekretärin. Vor der Geburt ihres Sohnes zogen Frank und Isobel vorübergehend aus dem Londoner Stadtgebiet (Stadtteil Highgate) nach Oxford, um der Bedrohung durch die deutsche Bombardierung der Hauptstadt im Zweiten Weltkrieg zu entgehen. Anderthalb Jahre nach Stephen wurde seine Schwester Mary geboren; die zweite Schwester Phillippa kam auf die Welt, als er fünf Jahre alt war. Stephen Hawking wuchs im Norden Londons auf. 1950 zog die Familie erneut um, diesmal nach St Albans nördlich von London.

Ausbildung und Karriere

Ab 1953 besuchte Hawking die St Albans School. Der Wunsch des Vaters war, dass er Medizin studieren sollte, um in seine Fußstapfen als Arzt zu treten. Hawking konzentrierte sich daher in Leistungskursen auf Drängen seines Vaters auf Chemie und belegte Mathematik nur als Nebenfach. Noch vor dem Schulabschluss nahm er probeweise an einer Aufnahmeprüfung für die Universität Oxford teil, die er mit Auszeichnung bestand und die ihm überraschend ein Studien-Stipendium einbrachte.

Stephen Hawking erwarb 1962 seinen Bachelor-Abschluss an der Universität Oxford. Wenig später wechselte er zu Trinity Hall an der Universität Cambridge, wo er seine Promotion über theoretische Astronomie und Kosmologie begann und 1966 bei Dennis Sciama promovierte (Ph.D.) mit der Dissertation Properties of expanding universes. Da ihm die für die Aufnahme in Cambridge notwendige Examensnote fehlte, trat er zu einer mündlichen Prüfung an, die er mit Bestnote bestand. Nach seiner Doktorarbeit wurde er Research Fellow und später Professorial Fellow am Gonville and Caius College der Universität Cambridge. Anfangs war er im Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics (DAMTP) in Cambridge, ab 1968 im Institut für Astronomie und ab 1973 wieder am DAMTP. 1974 war er Sherman Fairchild Scholar am Caltech, wo er mit Kip Thorne zusammenarbeitete. 1975 wurde er Reader in Cambridge und 1977 Professor für Gravitationsphysik. Von 1979 bis 2009 war er Lucasian Professor. Ab 2009 war er Dennis Stanton Avery and Sally Tsui Wong-Avery Director of Research am DAMTP.

Wissenschaftliche Arbeit

Berühmt wurde er in den 1960er Jahren durch den Beweis der Notwendigkeit der Existenz von Singularitäten in der allgemeinen Relativitätstheorie unter sehr allgemeinen Voraussetzungen (gemeinsam mit Roger Penrose, siehe Singularitäten-Theorem). Für diese Arbeit erhielt er 1966 den angesehenen Adams Prize der Universität Cambridge. 1974 entwickelte er das Konzept der „Hawking-Strahlung“, nach dem Schwarze Löcher in der Quantenfeldtheorie (je nach der Masse des Schwarzen Lochs mehr oder weniger schnell) zerstrahlen. Er versuchte damals, das 1973 von Jacob Bekenstein eingeführte Konzept der Entropie Schwarzer Löcher quantenmechanisch zu verstehen und fand zu seiner eigenen Überraschung, dass Schwarzen Löchern eine Strahlung zugeordnet werden konnte – eine seiner bedeutendsten Entdeckungen.

In den 1980er Jahren entwickelte Hawking mit James Hartle einen Zugang zur Quantengravitation und deren Kosmologie über eine euklidische Pfadintegralformulierung. Dabei wird in der mathematischen Pfadintegralformulierung, ursprünglich von Richard Feynman für die Quantenfeldtheorie entwickelt, über alle möglichen Konfigurationen von Raum-Zeiten („Pfade“) summiert, was durch Integrale über die Metrik-Tensorfelder, die nach der allgemeinen Relativitätstheorie die Raum-Zeiten festlegen, dargestellt wird. Um die Integrale mathematisch behandeln zu können, wird ein auch in der Quantenfeldtheorie üblicher Trick angewandt, die Wick-Rotation: Das Pfadintegral wird zu imaginären Werten der Zeit fortgesetzt, sodass die Metriken, über die summiert wird, eine Signatur wie bei der Metrik eines euklidischen Raumes statt des Vorzeichens des Minkowski-Raums wie in der allgemeinen Relativitätstheorie bekommen. Hartle und Hawking schlugen vor, in den Pfadintegralen nur geschlossene Raumzeiten ohne dreidimensionale Ränder zu berücksichtigen (kompakte euklidische Metriken), da diese die dominanten Beiträge liefern würden. Sie nannten dies ihren no boundary proposal („ohne Grenzen“ oder „ohne Rand“) und sahen darin eine natürliche Formulierung für Probleme der Quantenkosmologie („Die Randbedingung des Universums besteht darin, dass es keinen Rand hat“). Neben dem Vorschlag von Hawking und Hartle sind auch andere Möglichkeiten diskutiert worden, insbesondere die Tunnellösung von Alexander Vilenkin (1982), die Entstehung eines Universums aus dem Nichts. Ursprünglich favorisierte Hawking aufgrund seiner Theorie geschlossene Universen, in den 1990er Jahren zeigte er aber mit Neil Turok, dass auch offene inflationäre Universen als Lösung im no boundary proposal möglich sind. Der euklidische Pfadintegral-Zugang zur Quantenkosmologie ist wegen des Übergangs von Minkowski-Metriken, wie sie eigentlich in der Natur realisiert sind, zu euklidischen Metriken außerhalb der Hawking-Schule, die konsequent daran festgehalten hat, umstritten.

Auf der 17. „General Relativity“ Konferenz in Dublin 2004 kündigte Hawking an, das Problem des Informationsverlustes Schwarzer Löcher gelöst zu haben, was jedoch auf Kritik stieß. Das Problem besteht in Folgendem. Schwarze Löcher „verschlucken“ Materie und damit Informationen. Sie selbst werden aber nach der klassischen Beschreibung durch die Allgemeine Relativitätstheorie nur durch wenige Parameter definiert und sind in der Quantentheorie, wie Hawking gezeigt hatte, Quellen thermischer Strahlung. Die einzige „Information“ dabei ist ihre Temperatur und Entropie, die proportional zu ihrer Oberfläche ist. Es werden somit Informationen vernichtet. In der Quantenmechanik entspricht das einer „nicht unitären“, die Wahrscheinlichkeiten nicht erhaltenden Zeitentwicklung, was den Prinzipien der Quantenmechanik entgegenläuft. Die Frage ist dann, ob es nicht doch einen Ausweg gibt, der die Informationen erhält. John Preskill hatte mit Hawking 1997 eine Wette abgeschlossen (die neben Hawking auch Kip Thorne hielt), dass es in der Quantengravitation einen solchen Ausweg gebe, Hawking hatte dagegen gehalten. In seiner Rede auf dem Kongress wechselte Hawking seinen Standpunkt und meinte, dass Information doch erhalten bleibe, was er mit einer Pfadintegral-Formulierung der Quantengravitation in nichttrivialen Topologien bewiesen zu haben glaubte.

Das Problem spielt eine wichtige Rolle in der Quantengravitation und war dort seit der Formulierung des Problems durch Hawking 1975 Gegenstand kontroverser Debatten. Gegner von Hawking waren zum Beispiel Leonard Susskind und Gerardus ’t Hooft, die im Gegensatz zu Hawking für eine Gültigkeit der Quantenmechanik auch im Bereich Schwarzer Löcher eintraten. Susskind veröffentlichte darüber sogar ein Buch (The Black Hole War: My battle with Stephen Hawking to make the world safe for quantum mechanics, 2008). Es besteht nach wie vor kein Konsens über die Lösung des Problems. Der bekannte Gravitationstheoretiker Kip Thorne beispielsweise weigerte sich im Gegensatz zu Hawking, den Verlust der Wette anzuerkennen.

Hawkings letzte wissenschaftliche Arbeit (mit Andrew Strominger, Malcolm J. Perry und Sasha Haco), die erst wenige Tage vor seinem Tod fertiggestellt und posthum im Oktober 2018 von seinen daran beteiligten Kollegen veröffentlicht wurde, wird als Schritt zur Lösung des Informationsverlustes in Schwarzen Löchern gesehen. Die fehlende Information findet sich danach in den Photonen nahe dem Ereignishorizont (diese Informationsrelikte stehen für das soft hair im Titel der Arbeit, die auf das No-Hair-Theorem Schwarzer Löcher anspielt). Eine weitere Arbeit (mit Thomas Hertog), die Hawking kurz vor seinem Tod beschäftigte (seine letzte zu Lebzeiten eingeschickte Veröffentlichung), behandelt seinen alten No-Boundary-Vorschlag für den Ursprung des Universums (Big Bang). Dieser Vorschlag sagte ewige Inflation voraus und eine unendliche Zahl von dabei entstehenden Baby-Universen (Multiversum). In seiner letzten Arbeit benutzte er das holografische Prinzip für eine Beschreibung der Anfangssingularität im Rahmen einer Quantengravitatonstheorie, um die Anzahl der Universen im Multiversum auf eine endliche Anzahl zu reduzieren. Nach Hawking und Hertel sind glatte Universen ähnlich unserem am wahrscheinlichsten. Sie machten auch Vorhersagen aus ihrem Modell bezüglich Signalen von primordialen Gravitationswellen im CMB, die zwar nicht spezifisch für ihr Modell sind, es aber falsifizieren könnten.

Populärwissenschaftliche Schriften und Rezeption

1981 nahm Hawking an einer Kosmologietagung im Vatikan teil, auf der er sein Konzept vorstellte, laut dem das Universum keine Grenzen haben solle. In diesem Vortrag stellte er das All zugleich als ein Phänomen dar, das einfach vorhanden ist und dementsprechend keines Schöpfergottes bedarf.

    „Wenn das Universum einen Anfang hatte, können wir von der Annahme ausgehen, dass es durch einen Schöpfer geschaffen worden sei. Doch wenn das Universum wirklich völlig in sich selbst abgeschlossen ist, wenn es wirklich keine Grenze und keinen Rand hat, dann hätte es auch weder einen Anfang noch ein Ende; es würde einfach sein. Wo wäre dann noch Raum für einen Schöpfer?“

1988 erschien mit Eine kurze Geschichte der Zeit das erste populärwissenschaftliche Buch Hawkings, in dem er die Theorien zur Entstehung des Universums, zur Quantenmechanik und zu Schwarzen Löchern darstellt. Das Buch wurde weltweit ein Bestseller und verkaufte sich in Millionenauflage. Als wissenschaftlicher Autor schrieb Hawking zudem weitere erfolgreiche populärwissenschaftliche Werke.

Im April 2010 äußerte sich Stephen Hawking über mögliche Risiken, die die Suche nach außerirdischem Leben für die Menschheit haben könnte. Hawking sah jedoch die Notwendigkeit, den Weltraum zu besiedeln.

Im September 2010 sagte Hawking, dass für die Entstehung des Universums kein Gott notwendig gewesen war. Es sei unnötig, zur Erklärung die Hand Gottes ins Spiel zu bringen. Die Times zitierte aus seinem neuen Buch The Grand Design (dt. Der große Entwurf – Eine neue Erklärung des Universums):

    „Weil es ein Gesetz wie das der Schwerkraft gibt, kann und wird sich ein Universum selber aus dem Nichts erschaffen. Spontane Schöpfung ist der Grund, warum es statt des Nichts doch etwas gibt, warum das Universum existiert, warum wir existieren.“

2016 äußerte Hawking bei einer Vortragsreihe für die BBC, dass die Menschheit vor großen Gefahren stehe, die langfristig ihre Existenz stark gefährdeten. So hätten gentechnisch veränderte Viren, Atomkriege, künstliche Intelligenz und die globale Erwärmung das Potenzial, die Menschheit in absehbarer Zeit auszulöschen. Über lange Zeiträume von tausenden Jahren betrachtet sei dies sogar fast sicher. Die größte Gefahr für die Menschheit sei die Menschheit selbst. In diesem Zusammenhang erneuerte er seine Forderung, weitere Himmelskörper im Sonnensystem zu besiedeln, um das Aussterben der Menschen zu verhindern. Diese Kolonien könnten aber frühestens in einem Jahrhundert unabhängig von der Erde existieren, deshalb sollte die Menschheit in diesem Zeitraum besonders vorsichtig sein.

Privatleben

Während seines Studiums in Oxford begannen die ersten Anzeichen für seine Erkrankung, die sich während seiner Studienzeit 1963 bis 1965 in Cambridge verstärkten. Die Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) begann, sein Nervensystem zu zerstören. Mediziner prophezeiten ihm, nur noch wenige Jahre zu leben. Seine geistigen Fähigkeiten waren davon allerdings nicht betroffen. Die Diagnose veränderte sein Leben und bewirkte einen Motivationsschub. Hawking begann 1965 seine Doktorarbeit bei Dennis Sciama und heiratete Jane Wilde, mit der er drei Kinder bekam, darunter Lucy Hawking. Da seine Hand zu dieser Zeit bereits Lähmungserscheinungen zeigte, musste seine Dissertationsschrift von mehreren Helfern niedergeschrieben werden. Seit 1968 war er zur Fortbewegung auf den Rollstuhl angewiesen.

Bei einem Besuch des Forschungszentrums CERN in Genf erlitt Hawking 1985 eine Lungenentzündung, die in seinem Zustand lebensbedrohlich war. Es kam zu einer Atemnot, die nur durch einen Luftröhrenschnitt überwunden werden konnte. Seitdem hatte Hawking infolge seiner Grunderkrankung auch seine Sprechfähigkeit verloren. Für die verbale Kommunikation nutzte er seitdem einen Sprachcomputer. 1990 erfolgte die Scheidung von seiner Ehefrau Jane. Danach lebte Hawking mit seiner Pflegerin Elaine Mason zusammen, die er 1995 heiratete. Sie begleitete ihn während seiner Lehr- und Forschungstätigkeit sowie auf Forschungsreisen. 2006 ließen sie sich scheiden. Im Oktober 2008 empfing ihn Papst Benedikt XVI. im Vatikan.

Tod und Bestattung

Stephen Hawking starb am 14. März 2018 im Alter von 76 Jahren in seinem Haus in Cambridge.[35] Am 31. März fand in der Kirche St. Mary the Great im Zentrum von Cambridge eine private Trauerfeier mit etwa 500 Gästen statt, zu der in erster Linie Familienmitglieder, Freunde und Kollegen eingeladen wurden. Eine große Menschenmenge wohnte vor der Kirche dem Gottesdienst bei. Sechs Kollegen Hawkings vom Gonville and Caius College trugen den Sarg in die Kirche, die Glocke schlug für jedes Lebensjahr Hawkings einmal. Nach der Trauerfeier wurde Hawkings Leichnam zur Einäscherung gebracht.

Am 15. Juni 2018 wurde die Asche Hawkings im Rahmen eines Gedenkgottesdienstes in der Westminster Abbey in London beigesetzt. Sein Grab liegt zwischen den Gräbern Sir Isaac Newtons und Charles Darwins. Mit seiner Beisetzung in der Westminster Abbey erhielt Hawking „die höchste Ehre, die einem berühmten Wissenschaftler auf der Insel zuteil werden kann“. 25.000 Briten hatten sich zuvor an einer Lotterie beteiligt, mit deren Hilfe die 1000 Besucherplätze in der Westminster Abbey vergeben wurden. Die letzten Naturwissenschaftler, die vor Hawking mit einer Beisetzung in der Westminster Abbey geehrt wurden, waren 1937 Ernest Rutherford und 1940 Joseph John Thomson gewesen.

(Auszüge aus Wikipedia)

Quelle: www.wikipedia.org


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