Stephen Hawking im Jahr 2010. (Bildnachweis: Frederick M. Brown/Getty Images)
Der berühmte Physiker Stephen Hawking hat die Gravitation bis an ihre äußersten Grenzen erforscht. Dabei gelangen ihm bedeutende Fortschritte in unserem Verständnis von Schwarzen Löchern, Kosmologie und Quantengravitation. Zudem festigte sein Beitrag zur Popularisierung der Wissenschaft sein Vermächtnis für kommende Generationen.
Hawking begann seine Forschungskarriere in den 1960er Jahren, lange bevor seine ALS-Diagnose (amyotrophe Lateralsklerose) ihn dazu zwang, einen Rollstuhl zu benutzen und für den größten Teil seines Erwachsenenlebens über Technologie statt seiner Stimme zu kommunizieren. Obwohl es unmöglich ist, Hawkings über 200 akademischen Arbeiten, die sich über mehr als vier Jahrzehnte erstrecken, prägnant zusammenzufassen, war er zutiefst an der Natur der Schwerkraft in extremen Umgebungen interessiert.
Es begann mit der Natur von Singularitäten. Hawking griff den mathematischen und physikalischen Beweis von Roger Penrose auf, dass Singularitäten in der allgemeinen Relativitätstheorie tatsächlich existieren, und erweiterte ihn auf das gesamte Universum. Damit bewies er, dass in unseren Modellen zur Entwicklung des Kosmos der Urknall tatsächlich mit einer Singularität begann – einem Punkt unendlicher Dichte.
Hawking vertiefte daraufhin seine Erforschung von Schwarzen Löchern und gelangte zu einer überraschenden Erkenntnis: Schwarze Löcher sind nicht vollständig schwarz. Indem er geschickt die Allgemeine Relativitätstheorie mit der Quantenmechanik verband, entdeckte Hawking, dass Schwarze Löcher eine winzige Menge an Strahlung abgeben. Dies bedeutet, dass sie verdampfen und schließlich verschwinden können.
Hawking entwickelte diese Idee weiter und formulierte eine Reihe von Gesetzen der Schwarzen-Loch-Thermodynamik. Dabei handelt es sich um Varianten der bekannten thermodynamischen Gesetze, die jedoch auf Schwarze Löcher angewendet werden. Diese Theorie deutet auf eine tiefe Verbindung zwischen der Natur von Wärme, Energie und Entropie mit der Gravitation hin.
Im kosmologischen Bereich hat Hawking bedeutende Fortschritte im Verständnis der Inflation gemacht. Obwohl Alan Guth die Idee entwickelte, dass das frühe Universum eine Phase außergewöhnlich schneller Expansion durchlief, war es Hawking, der diese Theorie ausarbeitete und zu einer starken, robusten Theorie des Kosmos machte.
Neben der Inflation verbrachte Hawking viel Zeit damit, die frühesten Momente des Urknalls zu untersuchen. Besonders interessierte ihn die Frage nach dem „Anfang“ – hatte das Universum einen Anfang? Machte es überhaupt Sinn, diese Frage zu stellen? Und was hatte die Quantenmechanik dazu zu sagen?
Die Schwerkraft ist die Geschichte der Raumzeit, und Hawking verbrachte viele Jahre damit, die tiefe Beziehung zwischen Raum, Zeit und Quantenmechanik zu erforschen. Zum Beispiel arbeitete er viel an Wurmlöchern – Abkürzungen durch die Raumzeit – und untersuchte, ob sie physikalisch möglich sind. Als er erkannte, dass Wurmlöcher auch als Zeitmaschinen genutzt werden könnten, stellte er die Chronologieschutzvermutung auf. Diese besagt, dass Zeitreisen in die Vergangenheit verboten sind, da die Vergangenheit bereits geschehen ist und nicht verändert werden kann.
Stephen Hawking im Jahr 2010. (Bildnachweis: Frederick M. Brown/Getty Images)
Im Gegensatz zu vielen seiner Kollegen war Hawking nicht besonders an der Entwicklung einer „Theorie von Allem“ interessiert, einem allumfassenden Gleichungssystem, das die gesamte Physik erklären könnte. Zwar beschäftigte er sich mit Aspekten der Stringtheorie – einem vielversprechenden Kandidaten für eine solche Theorie – doch sein Hauptaugenmerk lag auf der Natur der Gravitation.
Seine Arbeit zu den quantenmechanischen Aspekten der Gravitation hatte jedoch weitreichende Auswirkungen auf die gesamte wissenschaftliche Gemeinschaft. So muss jede Theorie, die den Anspruch erhebt, alles zu erklären, in der Lage sein, das Rätsel der Hawking-Strahlung oder die schwer fassbare Natur der kosmischen Inflation zu entschlüsseln. Hawkings Forschung öffnete ein Fenster zur Vereinigung von Quantenmechanik und Gravitation – ein Ziel, das Forscher bis heute verfolgen.
Um die Bedeutung von Hawkings Arbeit zu verdeutlichen, lohnt sich ein Blick auf den Nobelpreis. Der Physik-Nobelpreis 2019 wurde „für Beiträge zum Verständnis der Entwicklung des Universums und des Platzes der Erde im Kosmos“ verliehen, wobei die Hälfte an James Peebles für „theoretische Entdeckungen in der physikalischen Kosmologie“ ging. Hawking starb 2018, doch hätte er länger gelebt, wären seine Beiträge zur Kosmologie zweifellos eine starke Grundlage gewesen, um ihn als Mitpreisträger in Betracht zu ziehen.
Der Nobelpreis für Physik im Jahr 2020 wurde geteilt, wobei die eine Hälfte an Roger Penrose verliehen wurde, „für die Entdeckung, dass die Bildung von Schwarzen Löchern eine robuste Vorhersage der allgemeinen Relativitätstheorie ist“. Auch Stephen Hawking hätte hier ein Anwärter sein können, insbesondere aufgrund seiner tiefgreifenden Erkenntnisse über die grundlegende Natur Schwarzer Löcher.
Hawking hatte durchaus die Chance, für zwei verschiedene Nobelpreise nominiert zu werden, was ihn zweifellos in eine seltene Kategorie einordnet.
Neben dieser beeindruckenden wissenschaftlichen Leistung war Hawking auch ein äußerst produktiver Wissenschaftskommunikator. Sein 1988 erschienenes Buch „Eine kurze Geschichte der Zeit“ wurde sofort zum Bestseller. Für viele Menschen war es die erste Begegnung mit Quantenmechanik, Gravitation und Kosmologie. Hawking wurde zu einer kulturellen Ikone, die fast jeder an ihrer computergenerierten Stimme erkennen konnte.
Ohne Zweifel hinterlassen all diese Beiträge ein Vermächtnis, das es wert ist, in Erinnerung zu bleiben.
