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Hawking
A brief history of time
Hawking, Stephen W(illiam)
englischer Physiker, *8.1.1942 Oxford
The Large Scale Structure of Space-Time (mit G.F.R. Ellis) 1973
A Brief History of Time: From the Big Bang to Black Holes 1988
Hawking ist vor allem für eine Theorie der Schwarzen Löcher bekannt, die auf der allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantenmechanik aufbaut. In seinem populär- wissenschaftlichen Bestseller »Eine kurze Geschichte der Zeit« versuchte er, Erkenntnisse der modernen Naturwissenschaften über die Entwicklung des Universums einem breiten Publikum nahezubringen.
Nach seinem Physikstudium am University College in Oxford ging Hawking nach Cambridge und begann mit Forschungsarbeiten in Kosmologie. Kurz nach seinem 21. Geburtstag wurde bei ihm 1963 eine unheilbare Amyotrophe Lateralsklerose (ALS; eine Krankheit des Nervensystems mit Degenerationserscheinungen der Muskulatur) diagnostiziert. Obwohl sich sein körperlicher Zustand seitdem stetig verschlimmerte - er sitzt im Rollstuhl und verständigt sich mit einem Sprachcomputer - konnte er seine wissenschaftliche Tätigkeit bis heute (2002) aufrecht erhalten. Er promovierte zunächst in Cambridge 1966. Die Royal Society wählte ihn 1974 als eines ihrer jüngsten Mitglieder, und 1979 wurde er in Cambridge zum Lucasian-Professor für Mathematik ernannt. Diese Position hatte Henry Lucas 1663 gestiftet; Sir Isaac Newton und Paul Dirac hatten u.a. diese Stelle besetzt. Hawkings Arbeit auf der Basis grundlegender Gesetze der Entwicklung des Universums bestätigt die Notwendigkeit, allgemeine Relativitätstheorie und Quantentheorie zu vereinigen. Eine unmittelbare Konsequenz ist, dass Schwarze Löcher nicht komplett schwarz sind, sondern infolge quantenmechanischer Effekte (Quantenfluktuationen ausserhalb des sog. Ereignishorizontes) auch Strahlung (»Hawking-Strahlung«) aussenden und auf diese Weise verschwinden (»evaporieren«) können.
Randspaltenzitat:
"Man hat mir gesagt, dass jede Gleichung im Buch die Verkaufszahlen halbiert. Ich beschloss also, auf mathematische Formeln ganz zu verzichten. Schliesslich habe ich doch eine Ausnahme gemacht: Es handelt sich um die berühmte Einsteinsche Formel E=mc^2. Ich hoffe, dies wird nicht die Hälfte meiner potentiellen Leser verschrecken" -
Stephen Hawking über »Eine kurze Geschichte der Zeit«.
Kasten:
Hawkings Behinderung durch Amyotrophe Lateralsklerose (ALS)
» Kurz nach meinem 21. Geburtstag kam ich für zwei Wochen in die Klinik und wurde untersucht. Sie nahmen eine Muskelprobe aus meinem Arm, steckten Elektroden in mich hinein, injizierten Kontrastmittel in meine Wirbelsäule und beobachteten im Röntgenbild dessen Bewegungen bei veränderter Neigung des Bettes. Anschliessend sagten sie mir jedoch nichts über meine Krankheit - ausser dass es nicht Multiple Sklerose war, und dass ich ein atypischer Fall sei. Ich vermutete jedoch, dass sie mit einer Verschlechterung meines Zustandes rechneten, und dass sie ausser Vitamingaben nichts für mich tun konnten.. Die Ärzte rieten mir, wieder nach Cambridge zu gehen und die Forschungsarbeiten in allgemeiner Relativitätstheorie und Kosmologie fortzusetzen, die ich gerade begonnen hatte.«
Werkartikel:
Eine kurze Geschichte der Zeit - Die Suche nach der Urkraft des Universums
OT A Brief History of Time: From the Big Bang to Black Holes
OA 1988 DE 1988
Form Sachbuch Bereich Physik
Stephen Hawkings international ungewöhnlich erfolgreiches Sachbuch »Eine kurze Geschichte der Zeit« soll auf allgemein verständliche Weise die fundamentalen Fragen beantworten, die ihn zu seinen Forschungsarbeiten in der Kosmologie und der Quantentheorie veranlasst hatten: Woher kommt das Universum? Wie und warum hat es begonnen? Wird es enden? Und wenn, wie wird dies Ende aussehen?
Entstehung: Nach Vorlesungen an der Harvard-Universität im Jahre 1982 entschloss sich Hawking, ein allgemein verständliches Buch über Raum und Zeit zu schreiben. Zwar gab es damals bereits Bücher über das frühe Universum und Schwarze Löcher, wie das ausgezeichnete Werk von Steven Weinberg »Die ersten drei Minuten«. Sie erfassten aber nicht völlig Hawkings Interessen.
Inhalt: In elf Kapiteln spannt Hawking den Bogen von unserer Vorstellung vom expandierenden Universum (die Galaxien bewegen sich voneinander fort; beim Urknall war das Universum unendlich klein und dicht) samt seiner mathematischen Abbildung in Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie und deren Friedmannschen Lösungen über die Darstellung der Elementarteilchen und Naturkräfte zu den Schwarzen Löchern - die gar nicht so schwarz sind wie man aus den Überlegungen von Pierre-Simon Laplace und dem Cambridge-Gelehrten John Mitchell Ende des 18. Jahrhunderts schliessen müsste. Sie zeigten, dass ein genügend massiver Körper das Entweichen des Lichtes von seiner Oberfläche (analog beim Schwarzen Loch: vom Schwarzschild-Radius) durch sein starkes Gravitationsfeld verhindern würde. Hier stellt Hawking auch einen eigenen Forschungsbeitrag allgemein- verständlich dar: Ein Schwarzes Loch als Endstadium der Entwicklung eines sehr massereichen Sterns kann Teilchen und Strahlung als Folge von Quantenfluktuationen in genau der Menge aussenden, die zum Vermeiden von Verstößen gegen den Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik erforderlich ist. Schließlich würde es sogar in einem gewaltigen Strahlungsausbruch ganz verschwinden. Das gilt im Prinzip auch für Schwarze Löcher mit vielen hundert Millionen oder Milliarden Sonnenmassen, wie man sie in den Zentren der Galaxien und Quasare vermutet - aber je kleiner das Schwarze Loch ist, umso stärker wird die Strahlung. Auch beim Urknall wird das Gravitationsfeld so stark, dass Effekte der Quantenmechanik bedeutsam werden.
Über die Frage nach Ursprung (»Es ist sinnlos, über Raum und Zeit zu sprechen, die ausserhalb der Grenzen des Universums liegen«) und »Schicksal« des Universums kommt Hawking zum Zeitpfeil (»Man kann sagen, dass die Zeit mit dem Urknall beginnt«), und der - heute immer noch nicht erreichten - Vereinheitlichung der Physik, bei der es darum geht, die bisher getrennt nebeneinander bestehenden Theorien der Gravitation und der Quantenmechanik bzw. der Quantenfeldtheorien für starke, schwache und elektromagnetische Wechselwirkung miteinander zu vereinigen. Hawking präsentiert auch diese Wechselwirkungen in einigem Detail und diskutiert den Nachweis der zugehörigen Austauschteilchen - insbesondere der W- und Z- Bosonen für die elektroschwache Kraft, die erst 16 Jahre nach der theoretischen Vorhersage am CERN entdeckt wurden. Interessante Ansätze für eine Vereinheitlichung dieser Theorien mit der Gravitation - die bisher durch eine »klassische« Theorie ohne Berücksichtigung der quantenmechanischen Unbestimmtheitsrelationen beschrieben wird - sind Stringtheorien. Sie erfordern 10 Dimensionen der Raumzeit; sechs davon sind jedoch aufgerollt, so dass sich kein Widerspruch mit der Erfahrung ergibt.
Das Werk schliesst mit Charakterisierungen von Lebenswegen der berühmten Physiker, die sich Hawking offenbar zum Vorbild nimmt: Albert Einstein, der mit seiner allgemeinen Relativitätstheorie eine entscheidende Grundlage der heutigen Gravitationstheorie und Kosmologie gelegt hat, Galileo Galilei (er starb auf den Tag genau 300 Jahre vor Hawkings Geburtstag - das vermerkt er in seiner Biografie), und Isaac Newton, den Begründer der »alten« Gravitationstheorie, der einer von Hawkings Vorgängern auf dem Lucas- Lehrstuhl in Cambrigde war. (Von Newton berichtet er auch, dass er am Ende seiner Karriere Direktor des königlichen Münzamtes wurde und einen erbarmungslosen Feldzug gegen die Falschmünzerei führte, der für einige Männer am Galgen endete.)
Wirkung: Diese Darstellung der Kosmologie ohne Formeln wurde auch deshalb international ein großer Verkaufserfolg, weil Hawking als Person in Nachrichtenmagazinen und anderen Medien im Vergleich zu seinen Wissenschaftlerkollegen ungewöhnlich oft präsent ist. Das Buch ist Vorläufer vieler anderer populärer Präsentationen der Kosmologie und hat wesentlich zum allgemeinen Interesse für diesen Wissenschaftszweig beigetragen.
G.W.
Siehe "Das Buch der 1000 Bücher" (2002; Harenberg-Verlag) für den vollständigen illustrierten Artikel.