Zum Tod Stephen Hawkings

Geist ohne Grenze

Von Sibylle Anderl
14.03.2018
, 18:38
Wenn Schwarze Löcher Materie schlucken, führt das zu spektakulären Szenen, hier künstlerisch illustriert. Dass sie auch von sich aus Strahlung aussenden, wissen wir von Stephen Hawking.
Genie, Ikone, Weltdeuter: Stephen Hawking war der berühmteste Gelehrte unserer Zeit. Mit seiner Kosmologie hat der Physiker neue Horizonte des Wissens erschlossen. Sein Tod fällt auf den Geburtstag von Albert Einstein.
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Was kann es Größeres geben als die Fragen nach dem Ursprung unserer Welt, nach der Beschaffenheit unseres Universums und unserem Platz darin? Und was vermag uns mehr Ehrfurcht einzuflößen als die Tatsache, dass wir Menschen diesen Fragen mit unserem beschränkten Geist als kosmisch höchst irrelevant erscheinende, kurzlebige Wesen heute so erstaunlich erfolgreich begegnen können? Es gibt wohl keinen Physiker, der für diesen Triumph menschlicher Erkenntniskraft mehr steht als Stephen Hawking, diesen seit Einstein bekanntesten und populärsten Theoretiker, dessen eigener jahrzehntelanger Kampf mit seinen körperlichen Leiden die Kraft und Wirksamkeit seines brillanten Geistes nie wesentlich beeinträchtigen konnte.

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Auch das, das trotzige Auflehnen gegen unsere menschlichen Unzulänglichkeiten und Beschränktheiten entgegen allen medizinischen Wahrscheinlichkeiten, mag zu Hawkings unbändigem Erfolg beigetragen haben, der ihn nicht nur zum vielfachen Bestsellerautor gemacht hat, sondern ihn als Prototyp des vergeistigten theoretischen Physikers zu einer Ikone der Populärkultur werden ließ.

Das entscheidende Fundament seiner Bekanntheit

Das entscheidende Fundament seiner Bekanntheit sind indes seine wegweisenden Arbeiten im Gebiet der theoretischen Kosmologie. Hawking, der am 8. Januar 1942 im britischen Oxford geboren worden war, hatte sein Studium der Physik an der Universität Oxford begonnen und war zur Promotion an die Universität Cambridge gewechselt. In seiner Doktorarbeit beschäftigte er sich mit den Eigenschaften des expandierenden Universums. Dieses Modell, dem gemäß das Universum sich immer weiter ausdehnt wie ein aufgehender Hefeteig, enthält die Vorstellung, dass die Zeit mit einem Urknall begann. Die Eigenschaften des Urknalls erscheinen allerdings überaus rätselhaft: Das Universum sollte seinen Anfang gemäß den Gleichungen der Einsteinschen Relativitätstheorie in einem unendlich dichten, unendlich gekrümmten Zustand gehabt haben, der sich jeder theoretischen Beschreibung entzieht. Mathematisch äußert sich dies darin, dass die kosmologischen Theorien auf eine Singularität stoßen, einen Zustand, bei dem alle Definitionen ins Leere laufen. Was vor dem Urknall war – die von Laien wohl meistgestellte Frage der Kosmologie –, kann in dieser Vorstellung einfach und doch unbefriedigend abgehandelt werden: Wissenschaftlich kann man darüber nichts sagen, denn kein mögliches Ereignis vor dem Urknall könnte für uns Konsequenzen haben.

Stephen Hawking (1942 bis 2018) verfolgte die Grundfragen unserer Existenz.
Stephen Hawking (1942 bis 2018) verfolgte die Grundfragen unserer Existenz. Bild: Gerald Holubowicz/laif

Die Überlegung, ob die Existenz eines solchen Urknalls theoretisch zwingend ist, war der Aspekt, für den Hawking sich zunächst interessierte. Die Frage hatte ihn gegen Ende seines Studiums gepackt, angeregt durch Arbeiten des britischen Physikers und Mathematikers Roger Penrose, der sich mit raumzeitlichen Singularitäten kleineren Maßstabs beschäftigt hatte – sogenannten Schwarzen Löchern. Zu diesem Zeitpunkt war Hawking bereits die Motoneuronen-Erkrankung ALS diagnostiziert worden. Die 1963 gestellte Diagnose hatte ihm nur noch ein bis zwei Jahre Lebenszeit prognostiziert. Zwei Jahre später hatte sich sein Zustand aber als wesentlich stabiler herausgestellt als erwartet, so dass er, motiviert auch durch seine Verlobung mit der Linguistikstudentin Jane Wilde, seine Arbeit wiederaufnahm. Als Teil seiner 1966 bei Dennis Sciama abgeschlossenen Doktorarbeit konnte er daraufhin auf der Grundlage der Vorarbeiten von Roger Penrose zeigen, dass es einen Urknall gegeben haben muss – zumindest, wenn man von der Gültigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie ausgeht

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In den folgenden Jahren erforschte er gemeinsam mit Roger Penrose die Eigenschaften Schwarzer Löcher, die entstehen, wenn extrem kompakte Massen die Raumzeit so sehr krümmen, dass nicht einmal mehr Licht der Gravitation entkommen kann. Zu diesem Zeitpunkt war Hawking bereits auf Hilfe angewiesen, nicht nur beim Niederschreiben seiner Ideen, sondern auch bei alltäglichen Handlungen. Wie er selbst später beschrieb, ließ ihm diese erzwungene Verlangsamung seines Alltags viel Zeit für Überlegungen, die sich in Ermangelung der Möglichkeit schneller Skizzen und Aufzeichnungen oft an eingängigen Bildern und geometrischen Überlegungen und Techniken orientierten.

Was war vor dem Urknall? Weiter als bis 380000 Jahre nach dem Urknall, bis zur Entstehung der kosmischen Hintergrundstrahlung, kommen wir mit astronomischen Beobachtungen nicht.
Was war vor dem Urknall? Weiter als bis 380000 Jahre nach dem Urknall, bis zur Entstehung der kosmischen Hintergrundstrahlung, kommen wir mit astronomischen Beobachtungen nicht. Bild: AP

So kam ihm angeblich auch die Idee, die zu seiner bekanntesten Entdeckung führen sollte, beim langwierigen Prozess des Zubettgehens: Unter den Lichtstrahlen, die in einem Schwarzen Loch gefangen sind, gibt es diejenigen, die es bei ihrem Versuch, der Anziehung zu entkommen, unter allen Lichtstrahlen am weitesten schaffen. Sie definieren eine Grenzfläche, an der sich das Schicksal all dessen, das in den Einfluss des Schwarzen Lochs gerät, zwischen möglicher Flucht und ewigem Verschwinden entscheidet. Hawking erkannte, dass dieser sogenannte Ereignishorizont in seiner Fläche nur gleich bleiben oder wachsen kann, da sich die Lichtstrahlen, die ihn definieren, nicht weiter einander annähern können.

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Diese Eigenschaft einer physikalischen Größe, die nicht schrumpfen kann, erinnert an ein völlig anderes Fachgebiet: die Thermodynamik. Hier ist es die Entropie, der Grad der Unordnung eines Systems – auch sie kann in geschlossenen Systemen nie abnehmen, sagt der zweite Hauptsatz der Thermodynamik.

Die Analogie zwischen der Fläche des Ereignishorizonts und der Entropie hielt Hawking aber für absurd, denn wo es Entropie gibt, muss es auch eine Temperatur und damit eine Wärmestrahlung geben, eine Idee, die bei Schwarzen Löchern allen Vorstellungen zuwiderläuft. Schließlich bedeutet ihre „Schwärze“ ja gerade, dass sie nichts, auch keine Strahlung, aussenden können. 1973 machten die russischen Mathematiker Jakow Seldowitsch und Alexei Starobinski Hawking aber auf die Möglichkeit aufmerksam, dass die Gesetze der Quantenmechanik diese Annahme aufweichen könnten.

Hawking rechnete diese Idee daraufhin durch und stellte fest, dass Schwarze Löcher tatsächlich Teilchen aussenden können. Der zugrundeliegende Mechanismus beruht auf der Entstehung von Paaren aus Teilchen und Antiteilchen im Vakuum. Normalerweise vernichten sich diese Paare augenblicklich gegenseitig. Die starke Gravitation des Schwarzen Lochs kann diesen Mechanismus aber außer Kraft setzen, so dass es so scheint, als würde das Schwarze Loch Teilchen erzeugen. 1974 veröffentlichte Hawking dieses Ergebnis unter dem Titel „Black hole explosions?“ in einem kurzen Aufsatz in der Zeitschrift „Nature“. Die Existenz der „Hawking-Strahlung“ ändert unsere Vorstellung von Schwarzen Löchern dramatisch: Ein Schwarzes Loch besitzt tatsächlich eine Temperatur und eine Entropie. Durch die Strahlung verringert es seine Masse, und dies umso schneller, je leichter es ist.

Ein von Roger Penrose entwickeltes Theorem brachte Hawkings auf die Idee, wie die Notwendigkeit eines Urknalls gezeigt werden kann.
Ein von Roger Penrose entwickeltes Theorem brachte Hawkings auf die Idee, wie die Notwendigkeit eines Urknalls gezeigt werden kann. Bild: Picture-Alliance

Der revolutionäre Aspekt der Idee Hawkings ist dabei, dass er als einer der Ersten die beiden großen und bisher unverbundenen physikalischen Theorien des Mikro- und des Makrokosmos zusammengebracht hat: die Relativitätstheorie und die Quantentheorie. Damit legte er den Grundstein für heutige Arbeiten zur Suche nach einer vereinheitlichten Theorie der Quantengravitation. Obwohl Hawkings Ergebnisse nach anfänglich heftiger Ablehnung heute akzeptiert sind, konnte seine Strahlung noch nicht nachgewiesen werden. Auch die Konsequenzen seiner Arbeiten sind immer noch nicht vollständig verstanden. Das Informationsparadoxon für Schwarze Löcher, das die Frage behandelt, was mit Information passiert, nachdem sie in einem Schwarzen Loch verschwunden ist, wird nach wie vor kontrovers diskutiert.

Stephen Hawking wettete 1975 mit Kip Thorne, dass Cygnus X-1 kein Schwarzes Loch ist. Hawking verlor die Wette, Thorne gewann ein Jahresabonnement des Magazins „Penthouse“:
Stephen Hawking wettete 1975 mit Kip Thorne, dass Cygnus X-1 kein Schwarzes Loch ist. Hawking verlor die Wette, Thorne gewann ein Jahresabonnement des Magazins „Penthouse“: Bild: Nasa

Der fehlende Nachweis der „Hawking-Strahlung“ mag der Grund dafür sein, dass Hawking der Nobelpreis verwehrt geblieben ist – dass sich seine Theorie durch die Vorhersage prinzipiell messbarer Effekte auszeichnet, ist davon unabhängig bemerkenswert. Denn anders als viele seiner Kollegen in der theoretischen Kosmologie legte Hawking großen Wert darauf, dass eine physikalische Theorie überprüfbare Ergebnisse liefert – dies war für ihn etwa Grund, die Stringtheorie zu kritisieren. In dieser Hinsicht sah er sich selbst in der Tradition Karl Poppers, den er als Positivisten bezeichnete. Dass er Popper mit dieser Einordnung Unrecht tat, interessierte ihn wenig. Ohnehin beschwor er die moderne Philosophie wiederholt als „tot“, auch wenn er sich selbst, insbesondere in kontroversen Diskussionen mit Penrose, wissenschaftsphilosophischen Fragestellungen ausführlich widmete.

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Trotz seiner Behinderung – seit 1980 wurde er professionell gepflegt, seit 1985 konnte er sich nur noch per Sprachcomputer verständigen – verbreitete Hawking seine Ideen in der Öffentlichkeit wie kein anderer Wissenschaftler. Sein 1988 veröffentlichter Bestseller „Eine kurze Geschichte der Zeit“ steht noch heute auf Platz 1 vieler Verkaufslisten, obwohl nur wenige das Buch mit seinen abstrakten Ideen zu Ende gelesen haben werden. Hawking war es wichtig, der Gesellschaft etwas von seiner Forschung zurückzugeben. Mit der Veröffentlichung seiner Bücher und seinen zahlreichen Auftritten, unter anderem in den Serien „Star Trek“, „Die Simpsons“ und „Big Bang Theorie“, ist ihm dies vortrefflich gelungen.

Hawking schaffte es sogar, in der Serie „Die Simpsons“ verewigt zu werden.
Hawking schaffte es sogar, in der Serie „Die Simpsons“ verewigt zu werden. Bild: Picture-Alliance

Zuletzt trat er immer wieder als mahnende Stimme in Erscheinung, die unsere Bedrohung durch feindlich gesinntes außerirdisches Leben, die Notwendigkeit einer expansiven Aneignung des interplanetaren Raumes durch uns Menschen und unsere bevorstehende Selbstauslöschung thematisierte. wie auch die Frage, warum es uns und das Universum gibt. „Wenn wir die Antwort auf diese Frage fänden, wäre das der endgültige Triumph der menschlichen Vernunft“, schließt Hawkings Bestseller. Was die menschliche Vernunft auf dem Weg dahin zu leisten vermag, hat er mit seinem Leben gezeigt. Am Mittwochmorgen, Einsteins Geburtstag, starb Stephen Hawking im Alter von 76 Jahren in seinem Haus in Cambridge.

Quelle: F.A.Z.
Autorenbild/ Sybille Anderl
Sibylle Anderl
Redakteurin im Feuilleton.
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