Einfach Hawking! E-Book

Rüdiger Vaas

• Herausgeber: Franckh-Kosmos Verlags-Gmbh & Co. KG
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2016

Seitenzahl: 126

Beschreibung

Was war vor dem Urknall? Warum sind Schwarze Löcher schwarz? Können wir in die Vergangenheit reisen? Zum 75. Geburtstag von Stephen Hawking bringt Rüdiger Vaas sprichwörtlich Licht ins Dunkel. Mit kurzweiligen Texten geht er den großen Geheimnissen der Wissenschaft auf den Grund und erklärt leicht verständlich Hawkings faszinierende Gedanken. Dazu zeigen lustige Illustrationen, was hinter den Ideen des genialen Forschers steckt. Eine anregende Reise durch Hawkings wunderbares Universum inklusive kleinem Wissenquiz.

Leseprobe

Dieses E-Book ist die digitale Umsetzung der Printausgabe, die unter demselben Titel bei KOSMOS erschienen ist. Da es bei E-Books aufgrund der variablen Leseeinstellungen keine Seitenzahlen gibt, können Seitenverweise der Printausgabe hier nicht verwendet werden. Statt dessen können Sie über die integrierte Volltextsuche alle Querverweise und inhaltlichen Bezüge schnell komfortabel herstellen.

„Wir sehen uns in einer befremdlichen Welt leben. Wir möchten verstehen, was wir um uns herum wahrnehmen und fragen: Wie ist das Universum beschaffen? Welchen Platz nehmen wir in ihm ein, woher kommen und wohin gehen wir? Warum ist es so und nicht anders?“Stephen Hawking

STEPHEN HAWKINGS WELT

„Mein Ziel ist einfach: das vollständige Verständnis des Universums – warum es ist, wie es ist, und warum es überhaupt existiert.“

Stephen Hawking, der berühmteste Wissenschaftler der Gegenwart, hat die ganz großen Fragen nie gescheut. Er gehört allerdings auch zu den wenigen, die dazu beitragen, den Antworten näher zu kommen. Tatsächlich hat er sogar den einen oder anderen Schlüssel zu einem tieferen Verständnis der Natur entdeckt (wie auch die Titelillustration dieses Buches symbolisieren soll).

In Fachkreisen fanden seine Forschungen schon Ende der 1960er-Jahre Beachtung und sorgten Mitte der 1970er für Aufregung. Seit seinem Weltbestseller Eine kurze Geschichte der Zeit von 1988 ist er auch einem Millionenpublikum bekannt; mehrere weitere populärwissenschaftliche Bücher setzen diesen Erfolg bis heute fort.

Das alles ist angesichts seines tragischen Schicksals eine kaum zu ermessende Leistung. Denn bereits kurz nach Hawkings 21. Geburtstag im Jahr 1963 prophezeiten ihm die Ärzte eine Lebenserwartung von nur noch wenigen Jahren. Sie hatten Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) diagnostiziert. Bei dieser schrecklichen Erkrankung sterben nach und nach die muskulären Nervenzellen, was zur vollständigen Lähmung führt. Trotzdem konnte Hawking sein Studium sowie eine Promotion abschließen und Spitzenforschung vollbringen. 1979 wurde er, längst an den Rollstuhl gefesselt, sogar auf den renommierten Lucasischen Lehrstuhl der University of Cambridge berufen, den vor 300 Jahren Isaac Newton inne hatte.

Aufgrund eines Luftröhrenschnitts kann sich Hawking seit 1985 nur noch mithilfe eines Sprachcomputers verständigen. Er bedient ihn buchstäblich mit seinem letzten Zucken, indem er mit noch möglichen absichtlichen Bewegungen der rechten Wange mühsam Buchstabe für Buchstabe in das Programm eingibt – bestenfalls zwei bis drei Wörter pro Minute.

Mit diesem tragischen Schicksal passt Hawking perfekt zum Klischee des im regungslosen Körper gefangenen genialen Geistes, der die Grenzen der Erkenntnis zu sprengen trachtet. Denn seine Forschungen handeln von den abstraktesten, entlegensten und kompliziertesten Themen: Schwarzen Löchern, Urknall, Zeitreisen, Relativitätstheorie, Quantenphysik und der Suche nach einer Weltformel, die alle Teilchen und Kräfte erklärt. Kein Wunder, dass er zum Medienstar wurde! Hawking selbst sieht es ähnlich:

„Ich bin sicher, dass meine Behinderung eine Rolle spielt, warum ich so bekannt bin. Die Menschen sind fasziniert von dem Kontrast zwischen meinen sehr eingeschränkten physischen Kräften und der gewaltigen Natur des Universums, mit der ich mich beschäftige. Ich bin der Archetypus des behinderten Genies. Doch ob ich ein Genie bin, kann bezweifelt werden.“

Die Kombination von kosmologischer Größe und gravierender Krankheit hat aus Hawking sogar eine Art Filmheld werden lassen. 2004 erschien ein TV-Spielfilm über seine Jugend bis zur Dissertation, 2014 sogar ein Kinofilm, für den der Hawking-Darsteller Eddie Redmayne einen Oscar bekam; bereits 1991 lief im Kino eine Dokumentation über Hawkings Forschungen mit vielen Interviews seiner Weggefährten. Hinzu kommen mehrere Wissenschaftsfilme von, mit und über Hawking im Fernsehen.

Hawking ist auch ein Teil der Popkultur geworden: Er hatte Gastauftritte in den TV-Serien Raumschiff Enterprise – Das nächste Jahrhundert und The Big Bang Theory sowie als Zeichentrickfigur bei den Simpsons und in der Science-Fiction-Serie Futurama; seine Computerstimme kommt im Song Keep Talking von Pink Floyd vor; und es gibt Hawking sogar als Lego-Figur.

„Der Nachteil am Berühmtsein besteht darin, dass man nirgendwo mehr unerkannt bleibt. Perücke und Sonnenbrille reichen bei mir nun einmal nicht aus, denn der Rollstuhl verrät mich sofort.“

Dass er mit über 71 Jahren eine Autobiografie veröffentlichen würde, hätte sich Hawking zum Zeitpunkt der ALS-Diagnose niemals träumen lassen. Doch nach wie vor stellt er mit jedem Tag einen neuen erstaunlichen medizinischen Rekord auf – was sicherlich nicht nur seinem Überlebenswillen, seinem Humor und der guten medizinischen Versorgung zu verdanken ist.

„Meine Behinderung hat meine wissenschaftliche Arbeit nicht wesentlich beeinträchtigt. Tatsächlich war sie in mancherlei Hinsicht eher von Vorteil: Ich brauchte keine Vorlesungen zu halten und keine Studienanfänger zu unterrichten, und ich musste nicht an langweiligen und zeitraubenden Institutssitzungen teilnehmen. Auf diese Weise konnte ich mich uneingeschränkt meiner Forschung hingeben.“

Ende Oktober 2009 wurde Hawking emeritiert. Er war 30 Jahre im Amt, was bei seinem Antritt keiner gedacht hatte. Und im Januar 2017 feiert er seinen 75. Geburtstag. Von Ruhestand kann freilich keine Rede sein. Hawking hat eine große Familie (drei Kinder und drei Enkel; mit seiner Tochter Lucy schrieb er bereits fünf Kinderbücher). Er hält Vorträge, wenn sein Gesundheitszustand es erlaubt. Er tritt im Fernsehen und Radio auf. 2010 nahm er eine Gastprofessur am Perimeter-Institut für Theoretische Physik in Kanada an. Vor allem aber forscht er mit seinen Kollegen weiter und veröffentlichte in den letzten Jahren mehrere umfangreiche Beiträge zu diffizilen Fragen der Kosmologie und zu den nach wie vor mysteriösen Schwarzen Löchern.

„Stets meinen Geist anzustrengen hat mir genauso dabei geholfen weiterzuleben wie mein Sinn für Humor.“

„Anderen Menschen mit Behinderungen würde ich raten: Lasst eure körperliche Behinderung nicht euren Geist behindern.“

„Obwohl wir Menschen physischen Einschränkungen unterworfen sind, können unsere Gedanken frei und ungebunden das Universum erforschen.“

Dieses Buch

... berichtet von Hawkings Lebenswerk und seinen aktuellen Forschungen – teilweise sogar von Erkenntnissen, die Hawking in seinen populären Darstellungen noch überhaupt nicht beschrieben hat. All dies soll möglichst voraussetzungslos und auch etwas augenzwinkernd geschehen. (Wer sich für mehr Details interessiert oder für eine Einordnung der Erkenntnisse, die Diskussion an den aktuellen Forschungsfronten sowie ganz andere Ansätze, wird in den anderen Büchern des Autors fündig – oder gleich in Hawkings eigenen Publikationen.) Im Mittelpunkt stehen Hawkings wissenschaftliche Erkenntnisse und Spekulationen, seine Irrtümer eingeschlossen. Viele Arbeiten hat er nicht allein verfasst – ohne Mitstreiter und Kollegen geht es nicht in der Wissenschaft, und kritische Konkurrenz belebt auch das Geschäft. Trotzdem sind es oft die kreativen Ideen, die Hartnäckigkeit und die Intelligenz einzelner, die etwas entscheidend voran bringen. Auch davon zeugt Hawkings Arbeit.

Auf den folgenden Seiten geht es zunächst um den Aufbau und die Entwicklung unseres Universums (ab hier). Der Weltraum dehnt sich seit nunmehr 13,8 Milliarden Jahren aus, was auf ein ungeheuerliches Ereignis in der Vergangenheit – oder sogar am Beginn der Zeit – hindeutet: den Urknall. Noch immer flutet das Nachleuchten dieses Feuerball-Stadiums durch den Weltraum (ab hier). Wie Hawking und seine Kollegen bewiesen haben, müssen an der seltsamen Urknall-Singularität die bekannten Naturgesetze zusammenbrechen (ab hier). Doch Hawking wollte dieses große Fragezeichen des Weltanfangs nicht so stehen lassen: Eine bessere Theorie sollte es erklären können. Tatsächlich fand er einen Lösungsweg, um den Schleier dieses großen Geheimnisses zu lüften (ab hier). Damit stellen sich allerdings tiefgründige philosophische Fragen zur Zeit, Nichts und Unendlichkeit. Vielleicht ist die Zeit erst mit dem Urknall entstanden. Oder dieser war gar nicht der Anfang von Allem, sondern ein Übergang von einem fremden Universum mit umgekehrter Zeitrichtung, das aus unserer Perspektive kollabierte (ab hier). Auch die Unterscheidung von Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft ist nicht selbstverständlich, und so diskutiert Hawking die bizarre Möglichkeit von Zeitreisen (ab hier), einer imaginären Zeit (ab hier) und einer Rückwärtszeit in ferner Zukunft (ab hier). In Schwarzen Löchern hingegen, jenen ominösen Weltall-Schlünden im unvorstellbaren Bann der Schwerkraft, scheint nicht nur alles auf Nimmerwiedersehen zu verschwinden, sondern auch die Zeit zu enden (ab hier). Doch womöglich existieren exotische Tunnel in der Raumzeit, schillernde Pforten zu anderen Universen oder gar brisante Schleifen in die Vergangenheit, die das Gefüge von Ursache und Wirkung zu erschüttern drohen (ab hier). Auch Hawkings Entdeckung, dass Schwarze Löcher gar nicht völlig schwarz sind, sondern sich langfristig auflösen müssen (ab hier), sorgt womöglich für Ungemach: Falls Schwarze Löcher nämlich physikalische Informationen unwiderruflich vernichten, könnten kurioserweise plötzlich pinkfarbene Ameisenbären im Backofen entstehen und eine wilde Polka tanzen (ab hier). Zuletzt – oder zuallererst – stellt sich die Frage nach der Wahrheit wissenschaftlicher Aussagen, nach einer Erklärung von Allem sowie nach der Natur der Wirklichkeit und darüber hinaus, also auch nach einem göttlichen Schöpfer und dem Sinn der Welt (ab hier).

„Warum gibt es etwas und nicht einfach nichts? Warum existieren wir? Warum dieses besondere System von Gesetzen und nicht irgendein anderes?“

Hawking führt allerdings keineswegs eine völlig vergeistigte oder weltabgewandte Existenz. Ganz im Gegenteil: Er reist viel, besucht wissenschaftliche Konferenzen und ist manchmal Gastredner auf großen Veranstaltungen. Auch sorgt er sich sehr um die Zukunft der Menschheit und versucht, sie mit seinen bescheidenen Mitteln mitzugestalten. Aber er weiß auch, das kleine Erdenleben zu genießen. Seine Lebenseinstellung hatte er 2010 so zusammengefasst:

„Dies sind die wichtigsten Ratschläge, die ich meinen Kindern auf den Weg gegeben habe: Erstens, vergesst nicht, empor zu den Sternen zu blicken, anstatt hinab auf eure Füße. Zweitens, gebt niemals auf mit eurer Arbeit, denn sie schenkt euch Sinn, ohne den das Leben leer ist. Drittens, wenn ihr glücklich genug seid, Liebe zu finden, dann denkt daran, dass dies selten ist, und werft sie nicht weg.“

DAS RÄTSEL DES URKNALLS

„Wir sehen uns in einer befremdlichen Welt leben. Wir möchten verstehen, was wir um uns herum wahrnehmen, und fragen: Wie ist das Universum beschaffen? Welchen Platz nehmen wir in ihm ein, woher kommen und wohin gehen wir? Warum ist es so und nicht anders?“

Das Universum ist alles, was wir kennen – und noch viel mehr. Es ist unvorstellbar groß, größer noch, als sich selbst mit den besten Tele­skopen der Astronomen beobachten lässt. Vielleicht sogar unendlich, niemand weiß das. Doch das Universum existiert nicht ewig. Es hat einen Anfang. Alles in ihm hat einen Anfang. Jeder Stern, jeder Planet, jedes Atom. Die ganze sichtbare – und unsichtbare – Welt entwickelte sich aus einem superheißen und extrem dichten Zustand heraus. Als Frucht aus Zufall und Notwendigkeit. Nach Gesetzmäßigkeiten, die Wissenschaftler zum größten Teil bereits entdeckt haben. Und die sie über atemberaubende Größenordnungen verstehen können – von weniger als 0,000000000000001 Millimeter bis zu mehr als 100.000.000.000.000.000.000.000 Kilometer.

Worüber sollte man eigentlich mehr staunen: über die gigantische Reichweite physikalischer Erklärungen? Oder über die noch unergründlichen Tiefen der Materie und des Weltraums? Oder über die denkerische Kühnheit, Kraft und Brillanz von Forschern wie Stephen Hawking?

Der Anfang des Alls

Bei seiner Entstehung vor 13,8 Milliarden Jahren war das ganze Universum unvorstellbar klein, kleiner als ein Atomkern. Das klingt nach einer haltlosen Behauptung, ist aber eine bestens begründete wissenschaftliche Tatsache. Sterne und Galaxien gab es damals noch nicht, auch keine Atome – und schon gar keine kühnen Forscher wie Stephen Hawking, die über all das nachsinnen ...

Als „Urknall“ wird der äußerst heiße und extrem dichte Anfangszustand unseres Universums bezeichnet. Kurz darauf herrschte ein wildes Durcheinander von Partikeln und Strahlung. Nach dem Urknall sind die Elementarteilchen entstanden und in den ersten 15 Minuten die leichten Elemente Wasserstoff und Helium. Sie machen bis heute 99 Prozent der bekannten Materie im All aus. Die restlichen Elemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff haben sich erst viel später im Inneren der Sterne und bei deren Explosionen gebildet. Diese Ereignisse sind sehr genau bekannt und durch Beobachtungen bestätigt. Das gilt auch für Prozesse, die in der ersten Milliardstel Sekunde stattfanden: Mit riesigen Teilchenbeschleunigern können sie von Forschern sogar nachgeahmt und im Detail erforscht werden.

Die ersten Momente unseres Universums sind also kein undurchdringliches Geheimnis mehr. Physiker und Kosmologen wissen sehr genau, was damals geschah. Ein großes Rätsel aber bleibt: Wie kam es zum Urknall? Ist er der Anfang von Allem? Oder ein unbekannter Übergang, und was war dann davor?

Kleine Abweichungen mit großen Folgen

In der Verteilung der „Urmaterie“ gab es winzige Unregelmäßigkeiten. Unter dem Einfluss der Schwerkraft sind daraus mit der Zeit Verdichtungen und Leerräume entstanden. Die Gravitation hat also die großräumigen kosmischen Strukturen geschaffen. So entstanden im noch jungen Universum, rund 100 Millionen Jahre nach dem Urknall, aus riesigen Gaswolken die ersten Sterne. Bald waren sie „ausgebrannt“ und explodierten. Aus ihren Trümmern und der vielen anderen Materie bildeten sich dann neue Sterne; und das geschieht auch heute noch. Die Gas- und Staubwolken im Universum enthalten Rohstoff für weitere Billionen Jahre der Sternentstehung.

Kosmische Verhältnisse, nicht maßstabsgerecht. Die Erde ist bloß ein Sandkörnchen im All.

Sterne sind nicht zufällig im Raum verteilt. Unter dem Einfluss der Schwerkraft versammeln sie sich in Haufen und in Galaxien. Große Galaxien können über 100 Milliarden Sterne enthalten. Das ist ungefähr so viel wie Sandkörnchen an allen Stränden der Erde oder wie die Zahl der Zellen im menschlichen Gehirn oder die Anzahl aller Menschen, die jemals gelebt haben. 100 Milliarden ist auch die Zahl der Galaxien im heute bekannten Universum. Eine davon ist die Milchstraße. In dieser majestätischen großen Spirale befindet sich im äußeren Drittel unser Stern: die Sonne. Von ihrem dritten Planeten aus spähen Astronomen ins All und versuchen, dieses riesige Durcheinander zu verstehen – eine wahrhaft himmlische Aufgabe.

Ein Lichtjahr ist übrigens keine leuchtende Zeit, sondern eine Entfernungseinheit. Das Licht schafft in nur einer Sekunde die Strecke von rund 300.000 Kilometern. Von der Sonne bis zur Erde benötigt es etwas mehr als acht Minuten. Ein Lichtjahr entspricht also der Distanz, die das Licht in einem Jahr zurücklegt: 9,5 Billionen Kilometer. Das ist der 63.000-fache Abstand der Erde von der Sonne. Der nächste Stern, Proxima Centauri, ist 4,2 Lichtjahre von der Sonne entfernt, die Milchstraße mist 100.000 Lichtjahre. Unsere Nachbarmilchstraße, die Andromeda-Galaxie, hat eine Distanz von 2,5 Millionen Lichtjahren. Dieses Nebelfleckchen im Sternbild Andromeda ist das fernste Objekt, das sich in klaren Nächten noch mit bloßem Auge erkennen lässt – sein Licht war 2,5 Millionen Jahre lang zu uns unterwegs.

Die Galaxien bilden noch größere Strukturen: Gruppen, Haufen und sogar Superhaufen aus Zehntausenden dieser Sterneninseln. Als Ganzes ähnelt die Materieverteilung im Universum dem Seifenschaum im Spülbecken: Der Schaum entspricht den Superhaufen aus Abertausenden Galaxienhaufen, das luftige Blaseninnere den kosmischen Leerräumen dazwischen. Und die Leerräume werden immer größer, wie astronomische Messungen zeigen. Das beobachtbare Universum hat einen Halbmesser von rund 46 Milliarden Lichtjahren.

Die Verteilung der Materie im Universum sieht heute wie ein gigantisches Schaumbad aus.

Das ist eine wahrhaft weltbewegende Entdeckung: Der Weltraum wächst! Vom „Schwung“ des Urknalls vor 13,8 Milliarden Jahren angetrieben, dehnt er sich ununterbrochen aus. Nur dadurch konnte sich die Materie überhaupt verdünnen, abkühlen und allmählich zu Sternen und Planeten verdichten. Tatsächlich zeigt schon ein nächtlicher Blick aus dem Fenster – jedenfalls für Kosmologen –, dass wir in einem expandierenden und nicht ewig alten Weltraum leben. Das Licht ferner Sterne wird nämlich durch die Expansion „auseinandergezogen“, sodass wir es nicht mehr sehen können. Aus diesem Grund, und weil es nicht überall Sterne gibt beziehungsweise ihr Licht noch keine Zeit hatte, die Erde zu erreichen, ist es nachts nicht taghell.

Das Wachstum des Weltraums

Raum ist nicht „nichts“. Er ist nicht starr und unveränderlich, sondern flexibel, beeinflussbar und dynamisch. Diese Tatsache gehört zu den unglaublichsten Entdeckungen. Sie lässt sich jedoch nur schwer veranschaulichen, weil sie im Alltag keine Rolle spielt. Dennoch war das Großhirn genial genug – zumindest bei einigen Wissenschaftlern –, um auf diese Idee zu kommen, sie mathematisch auszuarbeiten ... und schließlich sogar physikalisch zu bestätigen!