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STEPHEN HAWKING und die Quantenkosmologie. Lebensdaten: geb. 1942. Bei den Versuchen, die Kosmologie mit der Quantentheorie der Elementarmaterie zu vereinen, steht Stephen Hawking in vorderster Reihe. Hawking, ausgebildet in theoretischer Physik, hat kein Interesse an observierender Astronomie; seine Arbeiten bedürfen zwar noch der Verifizierung, haben aber viele der neuen, wichtigen Diskussionen über Ursprung und Wesen des Universums angeregt. 1960 entwickelte er einen Beweis für die These, daß das Universum einen Anfang haben mußte, und versuchte das Wesen der als schwarzen Löcher bezeichneten Sterne zu beschreiben von denen man annimmt, daß sie kollabiert sind. Von größerer Bedeutung dürfte sein, daß es Hawking gelang, die Urknall-Theorie neu zu beleben, und seit kurzem arbeitete er an einem Konzept der »grenzenlosen Grenzen«, das den Ursprung des Universums beschreibt. Wie ALBERT EINSTEIN wird er von der populärwissenschaftlichen Presse mit Lob überhäuft, der breiten Öffentlichkeit ist suggeriert worden, ihm nur mit Ehrfurcht zu begegnen. Zum Teil ist dafür sicherlich auch seine Krankheit verantwortlich. Seit seinem zwanzigsten Lebensjahr leidet er an Amyotrophischer Lateralsklerose, einer degenerativen Krankheit mit Muskelatrophie. Stephen William Hawking wurde am 8. Januar 1942 in Oxford, England, als Sohn von Frank Hawking, einem Arzt und Biologen, der sich auf Tropenkrankheiten spezialisiert hatte, und Isobel Hawking geboren. Beide Elternteile stammten aus Familien der Mittelschicht, beide hatten in Oxford studiert. Nach dem Zweiten Weltkrieg wurde Frank Hawking zum Leiter der parasitologischen Abteilung des National Institute of Medical Research ernannt. Stephen besuchte ab dem dreizehnten Lebensjahr die St. Alban's School er galt als guter, aber keinesfalls herausragender Schüler, der nicht gewillt war hart zu arbeiten. Als Jugendlicher war Hawking allerdings bereits davon überzeugt, daß er Mathematik und Physik lehren wollte. »Ich wußte, ich wollte physikalische Forschung betreiben«, schrieb er später, »da die Physik die grundlegendste aller Wissenschaften ist.« 1959, im Alter von siebzehn Jahren, erhielt er ein Stipendium für Oxford. Er blieb dort zwei Jahre, bevor er nach Cambridge ging. Obwohl er die Fachrichtung Astronomie einschlagen wollte, war er von der Sternenbeobachtung »nicht beeindruckt«; im Grundstudium unterzog er sich nur dem Minimum an erforderlichen Kursen. Anfang 1963 wurde bei ihm Amyotrophische Lateralsklerose (ALS) diagnostiziert, die eine progrediente Verschlechterung des Rücken- und Knochenmarks und der Großhirnrinde mit sich bringt und in Muskelatrophie resultiert. Einziger Trost der Krankheit: sie verläuft schmerzlos und beeinträchtigt nicht die Intelligenz. Hawking fühlte sich wie vernichtet, als sich aber der körperliche Verfall stabilisierte und zu hoffen war, daß ein früher Tod nicht unmittelbar bevorstand, überwand er seine Depression. Bald war er an einen Rollstuhl gefesselt und verlor die Kontrolle übet seine Sprache, dennoch beschloß er, das Studium fortzusetzen. 1966, nachdem er mit einer Dissertation über die »Eigenschaften des expandierenden Universums« die Doktorwürde erhalten hatte, blieb er an der Fakultät des Gonville and Caius College, war weiterhin Mitglied der Abteilung für angewandte Mathematik und des Instituts für theoretische Astronomie. Vom Beginn seiner Karriere an konzentrierte sich Hawking auf die zentralen Themen der Kosmologie. Mitte der 60er Jahre geriet er unter den Einfluß von Roger Penrose, dem gefeierten Mathematiker und theoretischen Physiker, der sich mit dem Konzept der Singularitäten befaßte. Singularität, von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt, basiert auf der Vorstellung eines sich ausdehnenden, ursprünglich auf einen Punkt konzentrierten Universums - an dem die Gesetze der Physik ihre Gültigkeit verlieren. Obwohl Einstein wußte, daß Singularitäten sich aus der Relativität ableiten, nahm er an, daß sie rein theoretische Größen seien. In der Zusammenarbeit mit Penrose, mit dem er Methoden zur Nachbildung von Sing-ularitäten entwickelte, gelang Hawking seine erste wichtige theoretische Entdeckung - er verdeutlichte die Auswirkungen, die das Konzept auf die Zeit hatte. »Die große Frage war: gab es einen Anfang?« schrieb Hawking später. »Roger Penrose und ich entdeckten, daß, falls die allgemeine Relativität stimmte, es einen Anfang geben mußte.« Hawkings frühere Argumente zu dieser Frage waren bereits in seiner Doktorarbeit aufgetaucht und wurden später mit Penrose erweitert. 1970 wurde das Singularitäts-Theorem von Hawking und Penrose veröffentlicht. Theoretische Untersuchungen des Universums stießen bei der beobachtenden Astronomie, die mit immer stärkeren Instrumenten arbeitete und eine Menge unerklärbarer Daten anhäufte, auf beträchtliches Interesse. Wenn daher Singularitäten existierten, würde man sie am ehesten im Vortex ausgebrannter und kollabierter Sterne finden -schwarze Löcher war der Begriff, den John Wheeler 1967 dafür vorschlug. Schwarze Löcher könnten auch dazu beitragen, die punktähnlichen Quasare zu erklären, die man 1961 entdeckt hatte, und die Pulsare, deren Entdeckung einige Jahre später erfolgte. (So verwirrt war man von den Pulsaren, daß man sie zunächst mit den Initialen LGM - für »Little Green Men« - bezeichnete.) 1970 entdeckten satellitengestützte Teleskope am Himmel Röntgenstrahlenquellen, unter ihnen ungewöhnliche Schwerkraftzentren wie Cygnus X-1. Obwohl nicht zur vollen Zufriedenheit bewiesen werden konnte, daß es sich dabei um ein schwarzes Loch handelte, waren die Hinweise auf die ungewöhnlichen Aktivitäten, die im Umkreis dieses Objekts auftraten, geradezu bestechend. Mitte der 70er Jahre intensivierte Hawking seine Arbeit zu diesem Thema. Die Erkenntnis, daß sich die Oberfläche von schwarzen Löchern niemals verringern kann, führte ihn dazu, eine Beziehung zur Entropie vorzuschlagen, einem Konzept, das aus der Thermodynamik stammt und die Unordnung eines Systems beschreibt. Obwohl es Hawking ursprünglich nur als Analogie verstanden wissen wollte, wurde der Gedanke von Jacob Bekenstein aufgenommen und weiterentwickelt. Bekenstein schlug vor, daß die Beziehung real und meßbar sein könnte. Hawking widersprach zunächst, änderte später seine Meinung und beschrieb 1974 schwarze Löcher als Objekte, die eine Temperatur aufweisen und Strahlung abgeben. Diese von ihm mathematisch dargelegte Vorstellung wurde später (sehr zur Verärgerung Bekensteins) als Hawking-Strahlung bekannt; eine Entschrieb John Gribbin, die »als eine der größten
schaffen nicht nur in der Karriere Hawkings, sondern der letzten fünfzig Jahre in der Physik anzusehen ist.« DieNutzbarmachung der Quantentheorie und ther modynamischer Beziehungen zur Charakterisierung von Schwerkraftabflüssen wie die der schwarzen Löcher war so aufsehenerregend, daß sie anfangs entschieden zurückgewiesen wurde; dennoch war der Gedanke faszinierend >und bis zu einem gewissen Grad überzeugend. »Durch diese fesselnden theoretischen Entwicklungen«, schreibt Heinz Pagels, »rückten die schwarzen Löcher vom Stand >mathematischer Kuriositäten' in das Zentrum der spekulativen Astronomie.« 1979 wurde Hawking an der Universität Cambridge zum Professor für Mathematik ernannt. In seiner Antritts-Vorlesung mit dem Titel »Ist ein Ende der theoretischen Physik in Sicht?« gab er der Vermutung Ausdruck, daß noch vor dem Ende des Jahrhunderts eine einheitliche Theorie geschaffen werden kann. Darüber hinaus, so sein Gedanke, werde der exponentielle Fortschritt in der Computertechnologie der theoretischen Physik eine Grenze setzen. Obwohl sich diese Vorhersagen wohl nicht erfüllen werden, hatte Hawking damit den Punkt in seiner Karriere erreicht, an dem er als der »neue Einstein« bezeichnet und mit Lob und Aufsehen überhäuft wurde. Ihm wurden zahlreiche Preise verliehen, die BBC widmete ihm eine Sendung, und er schrieb Eine kurze Geschichte der Zeit, das sich zu einem Bestseller entwickelte und bei dessen Verfilmung Hawking selbst mitwirkte. Mitte der 80er Jahre galt Hawkings Interesse der Übertragung der Quantentheorie auf den Ursprungszustand des Universums noch vor dem Urknall. Zusammen mit James Hartle verfaßte er den wichtigen Artikel »Die Wellenfunktion des Universums« - Auslöser für das, was später als Quantenkosmologie bezeichnet wurde. Aufbauend auf der Quantenmechanik, entwickelten Hawking und Hartle das Konzept der »grenzenlosen Grenze«, um den Ursprungszustand des Universums zu beschreiben. Die Gesetze der Quantenmechanik, die auf die Elementarmaterie zutreffen lassen sich vielleicht auch auf das Universum als ganzes; anwenden und waren vielleicht am Beginn des Universums wirksam. Eine vollständige Beschreibung dieses reinen Quantenzustands steht noch aus, aber Hawkings probabilistische Theorie der grenzenlosen Grenze ist eine von mehreren, die im Moment von der theoretischen Physik und Kosmologie geprüft werden. Mehrere Jahre nach Ausbruch seiner Krankheit heiratete Stephen Hawking Jane Wilde, mit der er drei Kinder hat. Obwohl sie jahrelang in der Presse als seine Gefährtin auf Lebenszeit beschrieben wurde, trennten sich die beiden, und seit 1985 lebt Hawking mit Elaine Mason zusammen, einer seiner Krankenschwestern. Einer der Hauptgründe für die Trennung von seiner ersten Frau waren religiöse Meinungsverschiedenheiten. Während seine Frau an ihrem Glauben festhielt, entwickelte Hawking im Laufe der Jahre eine zunehmend atheistische Überzeugung. In seiner Kurzen Geschichte der Zeit versucht er, »den Geist Gottes« zu begreifen. »Und umso unerwarteter kommt dann seine Schlußfolgerung ...«, schreibt Carl Sagan. Denn Hawking hat ein Universum entdeckt, das »keine Grenze im Raum hat, keinen Anfang und kein Ende in der Zeit, und nichts, was ein Schöpfer darin tun könnte.« |
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