Mit seinem Bestseller "Eine kurze Geschichte der Zeit" wurde Stephen Hawking 1988 weltberühmt und zum Inbegriff des genialen Wissenschaftlers. In seinem neusten Buch wendet er sich nun Fragen zu, die Ende der achtziger Jahre selbst den hellsten Köpfender Kosmologie nicht in den Sinn gekommen wären. In der für ihn typischen witzigen und bilderreichen Sprache und mittels 250 anschaulicher, atemberaubend schöner Farbillustrationen führt Hawking den Laien in das surreale Wunderland der modernen Raumzeitforschung ein.
Stephen Hawking, geboren 1942 in Oxford, Großbritannien ist Astrophysiker und seit 1979 Inhaber des Lucasischen Lehrstuhls für Mathematik und Theoretische Physik an der Universität Cambridge, den einst auch Sir Isaac Newton inne hatte. Er lieferte bedeutende Arbeiten zur Kosmologie, wobei seine Forschung vor allem auf dem Gebiet der Physik der Schwarzen Löcher angesiedelt ist. 1963 wurde bei Hawking Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) diagnostiziert und er ist seit 1968 auf einen Rollstuhl angewiesen. Durch einen Luftröhrenschnitt 1985 verlor er die Fähigkeit zu sprechen und ist für die verbale Kommunikation auf die Benutzung eines Sprachcomputers angewiesen. Stephen Hawking veröffentlichte seit den 70er Jahren zahlreiche wissenschaftliche Werke und zählt zu den weltweit renommiertesten Wissenschaftlern, die auf dem Gebiet der Astrophysik forschen. Durch "Eine kurze Geschichte der Zeit" ist er auch einem breiten Publikum außerhalb der Fachwelt bekannt geworden.
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Anderen Ohren eine Fraglichkeit: Stephen Hawking läßt den Kosmos in M-Dur erklingen / Von Günter Paul
Daß sein erstes populärwissenschaftliches Buch, "Eine kurze Geschichte der Zeit", ein Riesenerfolg wurde, hat Stephen Hawking überrascht. Das neue Buch sollte leichter zu verstehen sein, und es ist ihm weitgehend gelungen. Der rote Faden durch das Buch ist die Frage, ob sich die Gesetze, die das Universum bestimmen, in einer endgültigen Theorie zusammenfassen lassen. Ob sich also - wie Hawking es formuliert - die Star-Trek-Vision erfüllen könnte, nämlich, daß wir ein fortgeschrittenes, aber im wesentlichen statisches Entwicklungsniveau erreichen. Hawkings Antwort ist verhalten optimistisch. Der Forscher glaubt, möglicherweise sei die Theorie, die zur Weltformel führe, bereits gefunden. Von den Rändern der Theorie hätten wir schon eine ziemlich genaue Vorstellung, doch in der Mitte klaffe noch ein großes Loch.
Schon einmal, gegen Ende des neunzehnten Jahrhunderts, glaubten die Naturwissenschaftler, daß eine vollständige Beschreibung des Universums zum Greifen nahe sei. Nach ihrer Vorstellung war der Raum mit einem kontinuierlichen Medium, dem Äther, angefüllt. Die Lichtstrahlen und die gerade entdeckten Radiowellen hielt man für Wellen in diesem Äther. Um zu einer vollständigen Theorie zu gelangen, seien nur noch dessen elastische Eigenschaften sorgfältig zu messen. Alle Versuche in dieser Richtung schlugen jedoch fehl, bis Einstein 1905 schrieb, der Begriff des Äthers erübrige sich, wenn man überhaupt nicht feststellen könne, ob man sich durch den Raum bewege oder nicht. Die Lichtgeschwindigkeit jedenfalls sei unabhängig von der Bewegung der Beobachter und von der Ausbreitungsrichtung des Lichts.
Ausgehend von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie, hat Hawking zusammen mit Roger Penrose vor längerer Zeit den Beweis geführt, daß das Universum einen Anfang gehabt haben muß, genauer daß unsere "klassische" Raumzeitregion in der Vergangenheit - und möglicherweise auch in der Zukunft - durch Regionen begrenzt wird, in denen die Quantengravitation zum Tragen kommt. Um den Ursprung und das Schicksal des Universums zu verstehen, brauchten wir eine Quantentheorie der Gravitation.
Eine solche Theorie haben die Physiker noch nicht entwickeln können. Aber andere Theorien sind entstanden, mit denen die Forscher neue Gedankenexperimente machen. So stellt sich Hawking jetzt die Frage, ob unser Universum überhaupt eine Grenze habe. Sein Kollege Jim Hartle und er hätten nämlich entdeckt, daß das Universum vielleicht doch keine Ränder in Raum und Zeit besitze. Denn es gebe noch eine andere Art der Zeit, die imaginäre Zeit, die senkrecht zur gewöhnlichen Zeit verlaufe. Die Geschichte des Universums in der reellen Zeit bestimme seine Geschichte in der imaginären Zeit und umgekehrt, und insbesondere das Universum in der imaginären Zeit müsse weder einen Anfang noch ein Ende haben.
Wichtige neue Erkenntnisse in der Kosmologie haben in jüngerer Zeit die sogenannten String-Theorien geliefert, in denen die Materie aus schwingenden eindimensionalen Saiten besteht. Deren Schwingungszustände werden als die verschiedenen Teilchen der "klassischen" Theorie der Elementarteilchenphysik interpretiert. Noch neuere Theorien gehen darüber hinaus und lassen außer den eindimensionalen Strings, den 1-Branen, auch mehrdimensionale Branen als elementare Gebilde im Universum zu. Damit stellt sich manches anders dar. Ein Beispiel dafür liefern die Schwarzen Löcher. Entsteht in deren Umgebung aus der Vakuumenergie ein virtuelles Teilchenpaar, von dem ein Teilchen in das Schwarze Loch stürzt, sind die Informationen über dieses Teilchen nach herkömmlicher Sicht verloren. Damit kann es auch über das andere Teilchen, das außerhalb des Schwarzen Lochs bleibt, keine Informationen mehr geben - mit der Folge, daß sich die Zukunft des Universums prinzipiell nicht vorhersagen läßt. Anders, wenn das Schwarze Loch aus p-Branen besteht. Dann werden die Informationen über das, was in dieses Loch fällt, in der Wellenfunktion für die Wellen auf den p-Branen gespeichert, und die Zukunft bleibt vorhersehbar.
Für Hawking sind die String-Theorien und die sogenannte Super-Gravitation, mit der andere Physiker arbeiten, nur verschiedene Seiten ein und derselben Medaille. Die ihnen allen zugrunde liegende M-Theorie hält der Astrophysiker deshalb für den Ansatzpunkt einer Weltformel. Andere Physiker mögen skeptisch sein. Gleichwohl ist es faszinierend zu lesen, wie Hawking über die Suche nach dieser Weltformel berichtet und dabei spannende Ausflüge in die Astrophysik und die Kosmologie macht.
Für Hawking besteht kein Zweifel daran, daß Zeitreisen zumindest auf der Ebene der Elementarteilchen in einer Region der Raumzeit möglich sind, in der es Zeitschleifen gibt - Bahnen, auf denen Objekte, die sich langsamer als das Licht bewegen, dank entsprechender Raumzeitkrümmung zu dem Ort und in die Zeit zurückkehren können, von denen sie aufgebrochen sind. Ein Vergleich mit Schwarzen Löchern zeigt, daß der Horizont einer Zeitmaschine geschlossene Lichtstrahlen enthält, die immer wieder auf den gleichen Bahnen umlaufen. Deshalb wäre die Energiedichte am Horizont - an der Grenze der Zeitmaschine, der Region, in der man in die Vergangenheit reisen könnte - unendlich. Das aber würde bedeuten, daß eine Raumsonde oder eine Person, die versuchte, den Horizont zu durchqueren, um in eine Zeitmaschine zu gelangen, von einem Strahlenblitz vernichtet würde. Hawking schließt seine Überlegung mit dem humorvollen Kommentar ab, die Zukunft sehe also schwarz aus für Zeitreisende - oder sollten wir lieber sagen: blendend weiß?
Stephen Hawking: "Das Universum in der Nußschale". Aus dem Englischen von Hainer Kober. Fachliche Beratung Markus Pössel. Hoffmann und Campe Verlag, Hamburg 2001. 224 S., zahlr. Abb., geb., 49,90 DM.
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Wissenschaft
Was uns zusammenhält
Zwischen Erkenntnis und Spekulation: das neue Buch
des Kosmologen und Physikers Stephen Hawking
Seit Albert Einstein hat wohl kein Wissenschaftler so viel öffentliche Aufmerksamkeit erregt wie der britische theoretische Physiker und Kosmologe Stephen Hawking. Das liegt zum einen an dem Staunen darüber, dass und wie Hawking es fertig gebracht hat, aus der Konzentration auf die Wissenschaft von der Natur Lebenskraft zu schöpfen. Dieser seit 30 Jahren an den Rollstuhl gefesselte Mann hat es durch seine geistige Aktivität vermocht, nicht nur sein eigenes Leben zu gestalten, sondern auch Schüler und Kollegen vielfältig anzuregen.
Zum anderen gehören die Fragen, die Hawking zu beantworten versucht, zu den Grundfragen, die von jeher Menschen beschäftigt haben: Hatte die Welt einen Anfang? Was ist Zeit? Gibt es Zeitreisen? Besteht eine Aussicht, in absehbarer Zeit eine allumfassende Theorie des Naturgeschehens zu schaffen, die das Zufallsspiel der Elementarteilchen, die Bildung der Sterne und Sternsysteme und die Entwicklung des Universums erklärt? Und was heißt erklären?
Angesichts des Interesses an diesen aufregenden Fragen ist daran zu erinnern, zu welchen wichtigen normalen Problemen Hawking Beiträge geleistet hat. Mit Roger Penrose steckte er zwischen 1965 und 1970 mit den „Singularitätssätzen” die Geltungsgrenzen der Einsteinschen Allgemeinen Relativitätstheorie ab. Er fand mit großem mathematischen Scharfsinn und physikalischer Intuition die wichtigsten Eigenschaften Schwarzer Löcher auf. Und 1975 kam er mit der Entdeckung der Strahlung dieser Objekte dem ersten Quanteneffekt in Schwerefeldern auf die Spur. Seit Ende der Siebzigerjahre hat sich Hawking dem Problem der Konstruktion einer Quantengravitationstheorie und der möglichen Rolle einer solchen Theorie für das Verständnis des sehr frühen Universums gewidmet.
Auf seinen Bestseller „Eine kurze Geschichte der Zeit” (1988) folgt jetzt „Das Universum in der Nussschale'. Darin geht es wieder um Relativitäts- und Quantentheorie, um den Stand der Versuche, deren noch nicht geglückte Vereinigung, um Anfang und Ende der Welt. Wobei die Grenze zwischen Erkenntnis und Spekulation, die selbst Fachleute verschieden ziehen, für den Leser wohl oft gar nicht zu erkennen ist. Manches, was im Augenblick als eine mögliche Vorstellung von der Natur zu gelten hat, könnte im Zeitalter virtueller Welten ungerechtfertigter Weise für eine Beschreibung der Wirklichkeit gehalten werden. Wir erfahren etwas von dem, was – vielleicht – die Welt zusammenhält. Jedenfalls spüren wir, was den Forscher und bewundernswerten Menschen Hawking im Innersten zusammenhält, und das ist lesenswert genug.
Jürgen
Ehlers
• Stephen Hawking stellt sein Buch „Das Universum in der Nussschale” am Di., 16. Okt., im Herkulessaal der Residenz vor ( 54818181). Prof. Dr. Jürgen Ehlers, der Autor dieses Beitrags, hält den Einführungsvortrag. Er ist emeritierter Direktor des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik in Gollm bei Potsdam.
Eine Nuss, die noch zu knacken ist: Die 30 Millionen Lichtjahre von
der Erde entfernte Spiralgalaxie NGC 1512. Fotos: dpa/NASA/SZ-Archiv
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