Stephen William Hawking, CH, CBE (* 8. Januar 1942 in Oxford, Großbritannien) ist ein britischer theoretischer Physiker und Astrophysiker. Von 1979 bis 2009[1] war er Inhaber des Lucasischen Lehrstuhls für Mathematik an der Universität Cambridge, den einst Sir Isaac Newton und Paul Dirac innehatten.
Stephen Hawking lieferte bedeutende Arbeiten zur Kosmologie, wobei seine Forschung vor allem auf dem Gebiet der Physik der Schwarzen Löcher angesiedelt ist. Durch populärwissenschaftliche Bücher über moderne Physik ist er auch einem breiten Publikum außerhalb der Fachwelt bekannt geworden.
1963 wurde bei Hawking eine degenerative Erkrankung des motorischen Nervensystems (Amyotrophe Lateralsklerose, abgekürzt ALS) diagnostiziert. Mediziner prophezeiten ihm, nur noch wenige Jahre zu leben.[2] Allerdings handelt es sich vermutlich um eine chronisch juvenile ALS, die durch einen extrem langen Krankheitsverlauf gekennzeichnet ist. Seit 1968 ist er auf einen Rollstuhl angewiesen. Durch einen Luftröhrenschnitt 1985 verlor er die Fähigkeit zu sprechen und ist für die verbale Kommunikation auf die Benutzung eines Sprachcomputers angewiesen, den er zunächst mit seinem rechten Wangenmuskel steuerte. Mittlerweile wird die Bewegung seiner Augen zur Steuerung genutzt.[3]
Hawkings Eltern Isobel Hawking (Wirtschaftswissenschaftlerin) und Frank Hawking (Tropenmediziner) waren vor der Geburt ihres Sohnes vorübergehend aus dem Londoner Stadtgebiet (Stadtteil Highgate) nach Oxford gezogen, um so der Bedrohung durch deutsche Bombardierung durch die Luftwaffe im Zweiten Weltkrieg zu entgehen. 1950 zog die Familie erneut um, diesmal nach St Albans nördlich von London, wo Stephen Hawking ab 1953 die St. Albans School besuchte.
Der Wunsch des Vaters war es, dass sein Sohn 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 gewährte.
Stephen Hawking schloss sein Bachelorstudium an der Universität Oxford 1962 ab. Wenig später wechselte er zu Trinity Hall an der Universität Cambridge, wo er seine Promotion über theoretische Astronomie und Kosmologie begann und 1966 abschloss. 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.
Berühmt wurde er in den 1960er Jahren für den Beweis der notwendigen Existenz von Singularitäten in der allgemeinen Relativitätstheorie unter sehr allgemeinen Voraussetzungen (gemeinsam mit Roger Penrose). Für diese Arbeit erhielt er 1966 den angesehenen Adams Prize der Universität Cambridge. Er wechselte an das Institut für Theoretische Astronomie in Cambridge, wo er bis 1973 blieb. Danach arbeitete er am Institut für angewandte Mathematik und Theoretische Physik und begann mit seiner quantenmechanischen Interpretation der Schwarzen Löcher.
1974 entwickelte er das Konzept der „Hawking-Strahlung“, nach der schwarze Löcher in der Quantenfeldtheorie (je nach der Masse des schwarzen Lochs mehr oder weniger schnell) zerstrahlen. Anschaulich kann man sich dies als Folge der Vakuumpolarisation vorstellen: im Vakuum werden ständig Teilchen-Antiteilchen-Paare erzeugt und es gibt eine effektive Strahlung, wenn eines dieser Teilchen im schwarzen Loch verschwindet, das andere aber entkommt.
In den 1980er Jahren entwickelte Hawking[4] mit Jim 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: Das Pfadintegral wird zu imaginären Werten der Zeit fortgesetzt, so dass 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)[5]. Neben dem Vorschlag von Hawking und Hartle sind auch andere Möglichkeiten diskutiert worden, insbesondere die Tunnellösung von Alexander Vilenkin (1982), der 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.
Hawking ist Mitglied auf Lebenszeit bei der Päpstlichen Akademie der Wissenschaften.[6]
Auf der 17. „General Relativity“ Konferenz in Dublin 2004 kündigte Hawking an, das Problem des Informationsverlusts Schwarzer Löcher gelöst zu haben, dies stieß aber auf Kritik. Das Problem besteht darin, dass schwarze Löcher, die nur durch wenige Quantenzahlen beschrieben werden, aber Materie (Informationen) „verschlucken“ und nur, wie Hawking gezeigt hatte, thermisch strahlen (die einzige „Information“ dabei ist ihre Temperatur und Entropie, die proportional zu ihrer Oberfläche ist), Informationen vernichten, oder anders ausgedrückt in der Quantenmechanik zu einer „nicht unitären“, die Wahrscheinlichkeiten nicht erhaltenden Zeitentwicklung führen. 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 gibt, Hawking hatte dagegen gehalten. In seiner Rede auf dem Kongress wechselte Hawking seinen Standpunkt und meinte, dass Informationen doch erhalten bleiben, was er mit einer Pfadintegral-Formulierung der Quantengravitation in nicht-trivialen Topologien bewiesen zu haben glaubte.[7]
Das Problem spielt eine wichtige Rolle in der Quantengravitation und war dort seit der Formulierung des Problems durch Hawking 1975[8] Gegenstand kontroverser Debatten. Gegner von Hawking waren zum Beispiel Leonard Susskind[9] 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.
1981 nahm Hawking an einer Kosmologietagung im Vatikan teil, wo 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?[10]“
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.[11][12][13] Hawking sieht jedoch die Notwendigkeit, den Weltraum zu besiedeln. [14][15][16]
Im September 2010 äußerte Hawking erstmals eindeutig, dass für die Entstehung des Universums kein Gott notwendig gewesen war. Es sei nicht nötig, so der Wissenschaftler, zur Erklärung eine Hand Gottes mit 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 dem Nichts doch etwas gibt, warum das Universum existiert, warum wir existieren.[17]“
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. Sein Gehirn war 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.[18] Da seine Hand zu dieser Zeit schon Lähmungserscheinungen zeigte, wurde seine Dissertation von unterschiedlichen Helfern geschrieben. Seit 1968 ist 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; dabei verlor Stephen Hawking seine Sprechfähigkeit.
1990 erfolgte die Scheidung von Jane Wilde. Seitdem lebte Hawking mit seiner Pflegerin Elaine Mason zusammen, die er 1995 heiratete. Sie begleitete ihn während seiner Lehr- und Forschungstätigkeit sowie auf Forschungsreisen. 2006 trennten sich Hawking und Mason und ließen sich scheiden.[19][20]
Im Oktober 2008 empfing Papst Benedikt XVI. den Physiker und Kosmologen im Vatikan.[21][22]
Nach seiner Luftröhrenoperation konnte Hawking nicht mehr sprechen.[23] Zur Verständigung zog er eine Augenbraue hoch, wenn jemand auf den richtigen Buchstaben auf einer Tafel gedeutet hatte. Danach benutzte er einen Sprachcomputer. Mit einem Taster in der Hand konnte er aus einer Liste von Begriffen von einem Bildschirm wählen, die dann an einen Sprachgenerator geschickt wurden. So brachte er es auf bis zu fünfzehn Wörter in der Minute.
Inzwischen ist seine Hand zu schwach dafür. Eine Zeit lang wurde ein Infrarotsensor in seiner Brille benutzt, der durch ein Kabel mit dem Sprachcomputer verbunden ist. Der Sensor sendete einen Infrarotstrahl aus, der unterschiedlich reflektiert wird, je nachdem, ob Hawking seinen rechten Wangenmuskel anspannte. Dadurch wurde der Schalter ausgelöst und eine Auswahl auf dem Bildschirm bestätigt. Mittlerweile ist es Stephen Hawking nicht mehr möglich, den rechten Wangenknochen zur Kommunikation zur verwenden. Der Sprachcomputer wurde modifiziert, sodass es Stephen Hawking möglich ist Befehle mit Bewegungen seiner Augen auszuführen.
In Angriff der Borg – Teil 1 der Science-Fiction-Serie Raumschiff Enterprise: Das nächste Jahrhundert wirkte Hawking auf eigene Bitte hin mit. Er stellte als einzige Person im Star-Trek-Universum sich selbst dar, wobei er in einer Holodecksimulation zusammen mit Data (Brent Spiner), Isaac Newton (John Neville) und Albert Einstein (Jim Norton) Poker spielt – und gewinnt. Die Szene dauert knapp drei Minuten. Als er das Set des Maschinenraums mit dem Warpkern im Zentrum besichtigte, soll er sinngemäß gesagt haben: „Ich arbeite daran“. Bereits zwei Jahre zuvor, in der Episode Odan, der Sonderbotschafter, trägt ein Shuttle der Enterprise den Namen HAWKING.
Dies trifft auch auf einen Kinofilm zu, den Hawking über sich und seine Thesen veröffentlichen will. Unter dem Titel Beyond the Horizon arbeitete er 2006 mit Leonard Mlodinow am Drehbuch und wollte selbst die Hauptrolle spielen.[24]
Hawking hatte in mehreren Folgen der Zeichentrickserien Die Simpsons und Futurama Gastauftritte und lieh auch für diese die Stimme seines Sprachcomputers. Auch in den TV-Serien Cosmo und Wanda, Dilbert und The Big Bang Theory hat Hawking einen Gastauftritt. In der ARD-Sendung „Beckmann“ sagte er außerdem, dass Die Simpsons „das Beste im amerikanischen Fernsehen“ seien.
Auch wurde er in dem Wachsfigurenkabinett Madame Tussauds verewigt.
In dem Song Keep Talking der Gruppe Pink Floyd auf dem Album The Division Bell spricht Stephen Hawking mit seinem Sprachcomputer unter anderem den einleitenden Satz “For millions of years mankind lived just like the animals. Then something happened which unleashed the power of our imagination. We learned to talk.” (deutsch: „Für Millionen von Jahren lebten die Menschen wie die Tiere. Dann passierte etwas, das die Kraft unserer Vorstellung entfesselte. Wir lernten zu sprechen.“).
Auch auf dem Album Crack the Skye der Progressive-Metal-Band Mastodon werden Stephen Hawkings Theorien über das Wurmloch als ein Thema behandelt.
In den Büchern der Hyperion-Saga von Dan Simmons werden Raumschiffe mit dem sogenannten Hawking-Antrieb auf Überlichtgeschwindigkeit beschleunigt. Eines der Schiffe trägt den Namen HS Stephen Hawking.
Unter dem Titel Hawking – Die Suche nach dem Anfang der Zeit gibt es eine TV-Biographie (GB 2004). Sie befasst sich mit den Jahren seines Studiums in Oxford; mit der Zeit also, als die ersten Symptome seiner Erkrankung auftauchten und er seine Doktorarbeit begann (1962–1965).
Der Name des Rappers MC Hawking ist eine Parodie auf Stephen Hawking.
Commons: Stephen Hawking – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
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