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Kosmologie: Stephen Hawking - der Mann, der die Schwarzen Löcher verstanden hat

Er galt als Popstar unter den Astrophysikern. Doch für welche wissenschaftlichen Erkenntnisse steht eigentlich der nun verstorbene Stephen Hawking? Es geht um Schwarze Löcher und die Entwicklung des Universums.

Stephen Hawking

Schwarze Löcher sind für die meisten Menschen kaum begreifbare Objekte: In den exotischen Gebilden hört die Zeit auf zu existieren, und nicht einmal Licht kann aus ihnen entkommen. Der nun verstorbenen britische Astrophysiker hat es mit den kosmischen Schwerkraft-Monstern aufgenommen und konnte ihnen zahlreiche Geheimnisse entlocken. Seine Erkenntnisse über Schwarze Löcher, zur Geschichte des Universums und zur Allgemeinen Relativitätstheorie gehören zu den wichtigsten wissenschaftlichen Hinterlassenschaften des Physikers, der an einer unheilbaren Muskelschwäche litt.

entstehen nach einer Voraussage von Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie, wenn ausgebrannte Riesensterne am Ende ihres Daseins unter der eigenen Schwerkraft zusammenstürzen. Oberhalb einer bestimmten Masse wird die Schwerkraft so stark, dass nichts diesen Kollaps aufhalten kann - die Materie stürzt zu einem mathematischen Punkt zusammen, einer sogenannten Singularität.

Stephen Hawking hält als live übertragenes Hologramm einen Vortrag über Schwarze Löcher

Stephen Hawking hält am 24. März 2017 in Hongkong einen Vortrag über die Natur Schwarzer Löcher. Sein Hologramm wurde dabei live aus seinem Büro in Cambridge auf die Bühne projiziert.


Darum hat Stephen Hawking keinen Nobelpreis

Hawkings Name ist so sehr mit dem Begriff Schwarzes Loch verbunden, dass man sich wundert, dass er ihn nicht auch geprägt hat. Das war John Archibald Wheeler, ein theoretischen Physiker aus USA, der ihn 1967 etablierte. Als Hawking begann, sich mit Schwarzen Löchern zu beschäftigen, gab es noch gar keine Beobachtungsdaten zu diesen kollabierten Sternleichen. Ähnlich wie , der seine Relativitätstheorie nur mit Papier, Bleistift und sehr viel Hirnschmalz entwickelt hatte, schloss der brillante Denker Hawking, dass Schwarze Löcher gar keine Einbahnstraße sind: Den Naturgesetzen zufolge müssen sie verdampfen!

Allerdings dauert dies bei gewöhnlichen Schwarzen Löchern weit länger als eine halbe Ewigkeit - und die später nach ihm benannte, sogenannte Hawking-Strahlung ist zudem so schwach, dass sie mit unseren Möglichkeiten kaum zu beobachten sein dürfte. Ein Nachweis, der Hawking sicherlich einen Nobelpreis eingebracht hätte, steht daher noch aus - und die höchste wissenschaftliche Auszeichnung blieb dem doch so genialen Forscher daher zeitlebens versagt.

Die verdampfenden Schwarzen Löcher führen zu einem Informationsproblem: Wenn die Schwerkraftstrudel Materie verschlucken und anschließend verdampfen, vernichten sie dabei scheinbar Information. Das wäre jedoch gegen die Prinzipien der Quantenphysik, die darauf baut, dass Information stets erhalten bleibt. "Die Information geht nicht verloren, sie wird nur nicht in brauchbarer Weise zurückerstattet", erläuterte Hawking in seiner Autobiografie "Meine kurze Geschichte" (2013) seine Lösung des Informationsdilemmas. "Es ist so, als würden Sie eine Enzyklopädie verbrennen: Streng genommen geht die in ihr enthaltene Information nicht verloren, wenn Sie allen Rauch und alle Asche sorgfältig aufheben, aber sie lässt sich sehr schwer lesen."


Mehr als nur Schwarze Löcher

Hawking hat sich nicht nur mit Schwarzen Löchern beschäftigt. Einen Großteil seines Schaffens widmete der gelähmte Astrophysiker der Kosmologie - der Lehre von der Evolution des . Hawking erkannte beispielsweise, dass sich die Singularität in einem Schwarzen Loch und im Urknall mathematisch gleichen. Er stellte sich vor, die Zeit mathematisch in umgekehrte Richtung laufen zu lassen.

So wie ein großer Stern zu einer Singularität zusammenstürzen kann, kann auf diese Weise das gesamte Universum aus einer Singularität hervorgegangen sein. Damit lieferte der britische Forscher eine wichtige mathematische Stütze für die Urknalltheorie, die sich im Jahr von Hawkings Doktorarbeit durchzusetzen begann.


Der Schlüssel zur Schöpfung

"Die Allgemeine Relativitätstheorie sagte demnach voraus, dass das Universum einen Anfang haben müsse", berichtete Hawking in seiner Autobiografie. In der Singularität selbst versagt die Allgemeine Relativitätstheorie jedoch genauso wie alle anderen Naturgesetze.

Später schlug Hawking eine Lösung für dieses Problem vor, indem er eine imaginäre Zeit einführte. Damit wurde es möglich, den Anfang des Universums auf den Südpol einer Kugelfläche zu legen und so die Singularität zu vermeiden.

Die Zeit hat bei diesem Vergleich ihren Anfang am Südpol, aber sonst ist dieser Punkt nicht anders als jeder andere Punkt auf der Erdoberfläche - die Naturgesetze sind dort wie überall gültig. So wie eine Kugelfläche keinen Rand hat, ist demnach auch das Universum in sich geschlossen. Es begann nach dieser "Kein-Rand-Hypothese" spontan aus dem Nichts. "Die Kein-Rand-Bedingung ist der Schlüssel zur Schöpfung, zur Antwort auf die Frage, warum wir hier sind", war Hawking überzeugt.


Warum existiert das Universum überhaupt?

Darüber hinaus hat sich der populäre Forscher, der 30 Jahre lang den Lucasischen Lehrstuhl für Mathematik an der Universität Cambridge innehatte, mit zahlreichen bizarren kosmischen Phänomenen beschäftigt, darunter Außerirdischen und Zeitreisen. "Es müsste Physikern möglich sein, solche Fragen offen zu diskutieren, ohne ausgelacht oder verhöhnt zu werden", betonte Hawking zum Thema Zeitreisen. "Selbst wenn sich herausstellt, dass Zeitreisen unmöglich sind, sollten wir doch herausfinden, warum es sich so verhält."

Diese Einstellung illustriert Hawkings Antrieb, den er einmal so beschrieb: "Mein Ziel ist einfach. Ich möchte das Universum ganz und gar verstehen, ich möchte wissen, warum es so ist, wie es ist, und warum es überhaupt existiert."

"Ich bin der Archetypus eines behinderten Genies." Stephen Hawking auf einem Foto von 2013


dho/Till Mundzeck / DPA