Samstag, 24. August 2019

Leben, Weltbild und Wirken des Stephen Hawking (1942-2018) – eine Würdigung

Kaum ein Wissenschaftler unserer Zeit bekam so viel Aufmerksam wie der englische Physiker Stephen Hawking. Das lag in gleichem Maße an seinen Lebensumständen wie an seiner wissenschaftlichen Leistung. Ich hatte mich schon öfters mit ihm beschäftigt. Ich habe kürzlich drei seiner neueren Veröffentlichungen gelesen, sowie das Buch über ihn von Rüdiger Vaas (siehe unten). Hier mein Kondensat und meine Reaktion darauf. Was immer ich an kritischen Einschätzungen äußere, betrifft weniger Hawking persönlich als sein Fachgebiet, die Physik.

Jugend und Familie

Stephen Hawking wurde in Oxford geboren und starb in Cambridge. Sein Vater war ein in der Forschung tätiger Tropenmediziner, seine Mutter eine Wirtschaftswissenschaftlerin. Der Vater stammte aus der Provinz Yorkshire, seine Mutter aus Schottland. Während seiner Jugend lebte er in einem Stadtteil Londons, in dem die Spuren der deutschen Luftangriffe noch sichtbar waren.

Hawking heiratete 1965 eine Studienkollegin, mit der er drei Kinder (2 Söhne, eine Tochter) hatte. Bei seinem einjährigen Aufenthalt 1974/75 in Pasadena, CA, begleitete ihn die Familie. Als Hawking und seine Frau sich nach 30 Jahren Ehe entzweiten, heiratete Hawking 1995 eine ihm nahestehende Krankenschwester. Auch diese Ehe wurde nach zwölf Jahren geschieden.

Studium und Erkrankung

Hawking studierte in Oxford, weil dies der Vater so wünschte. Er selbst wollte Mathematik studieren, entschied sich dann doch für Chemie, da man hier die Chancen eine Beschäftigung zu finden für besser hielt. Als seine Erkrankung zum Ausbruch kam, war er 21 Jahre alt. Es handele sich um Amyotrophe Lateralsklerose (ALS), ein Nervenleiden, das zum graduellen Muskelabbau führt. Seine Ärzte gaben ihm nur noch wenige Jahre zum Leben, er entschloss sich aber sein Studium fortzusetzen. Seit 1968 war Hawking auf einen Rollstuhl angewiesen. Im Rahmen der Behandlung einer schweren Lungenentzündung, die er sich 1985 bei einem Besuch des CERN in Genf zugezogen hatte, verlor er die Fähigkeit zu sprechen. Für die verbale Kommunikation benutzte er seither einen Sprachcomputer.

Hawking promovierte 1965 in theoretischer Astronomie und Kosmologie in Cambridge und erhielt 1979 einen Mathematik-Lehrstuhl. Es soll dies derselbe Lehrstuhl gewesen sein, den Isaac Newton einst innehatte, eine Stiftung eines Henry Lucas aus dem Jahre 1663. Ein späterer Inhaber war Paul Dirac, ein anderer berühmter Physiker [1, 4].

Physik der Schwarzen Löcher

Hawking wandte sein wissenschaftliches Interesse auf ein Thema, das in den 1980er Jahren vor allem theoretisch arbeitende Physiker beschäftigte. Es war klar, dass hier keine Experimente erwartet werden konnten. Als erste wissenschaftliche Leistung bewies er um 1960, zusammen mit Roger Penrose (*1931), dass Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie im Falle von Schwarzen Löchern Singularitäten zulässt. In einer Singularität sind die Gesetze der Physik nicht mathematisch darstellbar. Für Schwarze Löcher sind nur drei Eigenschaften definiert, Masse, elektrische Ladung und Rotation (d.h. Drehimpuls). Andere Eigenschaften wie Temperatur, Magnetisierbarkeit oder Dichte besitzen sie nicht. Sie hätten keine Haare, sagen Physiker dazu. 

Als ab 1973 Jacob Bekenstein (1947-2015) versuchte Schwarze Löcher quantenmechanisch zu verstehen, kam die Idee auf, ihnen eine Entropie zuzuordnen. Hawking griff dies auf, indem er forderte, dass Schwarze Löcher dann auch eine Strahlung besitzen müssten. Diese sei zwar zu gering, um messbar zu sein. Ihre Wärmeausstrahlung würde im Bereich weit unter einem Grad Kelvin liegen. Sie käme dadurch zustande, dass von Teilchenpaaren manchmal nur eines über den Ereignishorizont verschwinde, das andere aber nicht. Der langfristige Effekt wäre, dass ein Schwarzes Loch auch Masse verliere und sich schließlich auflöse. Dies nur theoretisch definierte Phänomen erhielt die Bezeichnung Hawking-Strahlung. [Nur wenn sie zu seinen Lebzeiten empirisch nachgewiesen worden wären, hätte er den ersehnten Nobelpreis bekommen können]

Quantengravitation und Quantenkosmologie

In den 1980er Jahren entwickelte Hawking zusammen mit James Hartle (*1939) einen Zugang zur Quantengravitation und deren Kosmologie. Hartle und Hawking schlugen vor, in den Pfadintegralen – einem von Richard Feynman eingeführtem Begriff − 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‘).

Nach Ansicht einiger Physiker „verschlucken“ Schwarze Löcher nicht nur Materie, sondern auch Information. Die einzige „Information“ dabei ist ihre Temperatur und ihre Entropie, die proportional zu ihrer Oberfläche ist. In der Quantenmechanik entspricht das einer „nicht unitären“, die Wahrscheinlichkeiten nicht erhaltenden Zeitentwicklung, was den Prinzipien der Quantenmechanik entgegenlaufe. Die Frage ist dann, ob es nicht doch einen Ausweg gibt, der die Informationen erhält. John Preskill hatte 1997 mit Hawking (und seinem Freund Kip Thorne) eine Wette abgeschlossen, dass es in der Quantengravitation einen solchen Ausweg gebe, Hawking hatte dagegen gehalten. In seiner Rede auf einem Kongress 2004 in Dublin wechselte Hawking jedoch seinen Standpunkt und meinte, dass Information doch erhalten bleibe, was er mit einer Pfadintegral-Formulierung in nichttrivialen Topologien bewiesen zu haben glaubte. Gegner von Hawking waren unter andern Leonard Susskind und Gerardus ’t Hooft, die im Gegensatz zu Hawking für eine Gültigkeit der Quantenmechanik auch im Bereich Schwarzer Löcher eintraten. Kip Thorne weigerte sich im Gegensatz zu Hawking, den Verlust der Wette anzuerkennen.

Populärwissenschaftliche Schriften

Im Jahre 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?‘ So formulierte er.

Im Jahre 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. In seinem Buch The Grand Design (dt. Der große Entwurf – Eine neue Erklärung des Universums) schrieb er: ‚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.‘

In einer Vortragsreihe für die BBC 2016 meinte Hawking, 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.

Lebensende und posthume Wirkung

Stephen Hawking starb im Alter von 76 Jahren in seinem Haus in Cambridge. Im Juni 2018 wurde die Asche Hawkings im Rahmen eines Gedenkgottesdienstes in der Westminster Abbey in London beigesetzt. Sein Grab liegt zwischen den Gräbern Isaac Newtons und Charles Darwins. Es ist dies die höchste Ehre, die einem Wissenschaftler auf der Insel zuteilwerden kann.

Wie kein Wissenschaftler vor ihm, so hatte sich Hawking die Freiheit genommen zu allen die Menschheit betreffenden Fragen Stellung zu beziehen. Sein posthum kompiliertes Buch [3] greift 10 Fragen heraus und gibt jeweils eine Antwort, der kein Naturwissenschaftler widersprechen kann. ‚Unleash your imagination! Shape the future!‘, Mit diesem Aufruf endet dieses Buch.


Zehn große Fragen und Hawkings Antworten

Meine Reaktion und mein Verständnisproblem

Die Person des Stephen Hawking muss für sein familiäres und fachliches Umfeld eine große Belastung, ja eine Zumutung gewesen sein. Es ist für mich daher gut verständlich, wie seine beiden Frauen reagierten. Gewundert hat es mich vor allem, wie lange beide es mit ihm aushielten. Vermutlich war es eine Mischung von Mitleid und Bewunderung. Andererseits wirkte er sehr motivierend, nicht zuletzt durch sein Beispiel. ‚Behinderte sollen das tun, was sie können‘, meinte er. Es gäbe noch sehr viel, was zu tun sei, um der Menschheit weiter zu helfen. Es ist vor allem diese Einstellung, die meine durchweg positive Erinnerung an Hawking als Person bestimmt.

Beim Thema Informationsverlust in Schwarzen Löchern scheint mir Hawking einer Marotte von Physikern auf den Leim gegangen zu sein. Es ist dies die unklare Auffassung der Beziehung von Information, Entropie und Energie. So meinten Hawking und seine Freunde allen Ernstes, dass die in einer Enzyklopädie enthaltene Information nicht verloren ginge, sollte die Papierversion verbrennen. Alle Information sei aus der Asche wiederzugewinnen, wenn auch nur mit großem Aufwand. Deshalb sollten die jeweiligen Gewinner der besagten Wette auch je eine Enzyklopädie ihrer Wahl erhalten. [Hätte Hawking eine  Enzyklopädie als Hörbuch oder in Multimediaform besessen, wären ihm diese etwas seltsamen Gedanken sicherlich erspart geblieben].  

Hawking glaubte, dass beim Verdampfen eines Schwarzen Lochs die im Ereignishorizont vorhandene Information irgendwo bleiben würde. Mit ihrer Hilfe ließe sich feststellen, was in dem Schwarzen Loch verschwunden sei. Weil diese Frage ihm unlösbar erschien, bezweifelte er zeitweilig, dass es überhaupt Schwarze Löcher gibt [2]. Andere Physiker ließen sich davon jedoch nicht beirren. Sie glauben inzwischen Schwarze Löcher empirisch nachweisen zu können, nicht zuletzt dank Gravitationswellen.

Für Physiker ist Information stets an Energie gekoppelt. Diese ist ihrerseits in Materie umwandelbar oder aus Materie zu gewinnen. Eine Struktur, die komplexer ist als eine andere, benötige mehr Information zu ihrer Beschreibung bzw. mehr Energie, um sie zu schaffen und um sie aufrecht zu halten. Dadurch seien Information und Energie irgendwie miteinander verknüpft. Dass dies eine sinnvolle Betrachtungsweise ist, wage ich zu bezweifeln. Ein früherer Blog-Beitrag befasste sich mit der Problematik des Informationsbegriffs. Diese Diskussion soll hier nicht vertieft werden.

Referenzen
  1. Stephen Hawking: Meine kurze Geschichte. 2013, 61 Seiten
  2. Stephen Hawking: Schwarze Löcher gibt es nicht. 2014, 27 Seiten
  3. Stephen Hawking: Kurze Antworten auf große Fragen. 2018, 255 Seiten
  4. Rüdiger Vaas: Tunnel durch Raum und Zeit. 12. A., 2012, 416 Seiten

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