Physik : Eine kurze Zeit wird Geschichte

Schwarze Löcher sind gar nicht richtig schwarz: Dieses Jahr hat Stephen Hawking Newtons Lehrstuhl geräumt – nach einer erstaunlichen Karriere.

Thomas de Padova

„Es war das letzte Mal, dass ich meinen Namen schrieb.“ Stephen Hawking wird sich immer daran erinnern. Vor 30 Jahren hatte ihn die Universität Cambridge auf den Lucasischen Lehrstuhl berufen, den vor ihm so berühmte Forscher wie Isaac Newton und Paul Dirac innegehabt hatten. In seiner Antrittsvorlesung hatte Hawking die gewagte These vertreten, sämtliche physikalischen Kräfte könnten schon bald in einer einzigen Theorie zusammengeführt werden. Und dann musste er seine Unterschrift in das Buch der Universität setzen.

Nur mit Mühe brachte der 37-Jährige seine Initialen und den Familiennamen zu Papier. Stephen Hawking hat schwarze Löcher erforscht und den Urknall. Die Schwerkraft im Kleinen zu bändigen, ist für ihn das größere Problem. Jahrelang musste er für eine Rampe kämpfen, um die Treppenstufen am Eingang des Universitätsgebäudes mit seinem Rollstuhl zu bewältigen. „Ich sitze hier auf Newtons Lehrstuhl“, sagte er einmal mit dem ihm eigenen Humor. „Aber der Stuhl hat sich offenbar stark verändert. Er wird jetzt elektrisch betrieben.“

In diesem Herbst hat er den Lucasischen Stuhl nach 30 Jahren für Michael Green, einen der Begründer der Stringtheorie, freigemacht. Hawking will zwar weiterhin am Institut arbeiten, aber er kann bereits auf eine erstaunliche Karriere zurückblicken. Kaum hatte er angefangen zu studieren, diagnostizierten Ärzte bei ihm amyotrophe Lateralsklerose. Bei dieser Erkrankung gehen jene Nervenzellen, die die Muskeln steuern, nach und nach zugrunde. Etwa zwei Jahre Lebenszeit gaben ihm die Mediziner – demnach hätte er seinen 24. Geburtstag nicht erreicht.

Heute ist er 67. Der unheilbaren Erkrankung trotzt er noch immer. Vor kurzem war der reiselustige Kosmologe zum wiederholten Mal Gast am Forschungszentrum Cern bei Genf, um sich über den Neustart des 27 Kilometer langen Teilchenbeschleunigers zu informieren.

Wo er auftritt, strömen Massen in die Vortragssäle. 4000 Zuhörer waren es in Genf. „Can you hear me?“ Wie zu Beginn eines Rockkonzerts tönt seine Synthesizerstimme in die Menge hinaus. Es folgen lange Pausen und eine Stille, wie man sie sonst selten erlebt. Sie rahmt jeden seiner kurzen, metallischen Sätze majestätisch ein. Was hat uns dieses Orakel aus Cambridge zu sagen? Ist er das Genie, für das ihn die Öffentlichkeit hält? Wie beurteilen Fachkollegen seine Arbeit?

Hawking begann seine Forschungen, als sich kaum jemand für Kosmologie interessierte. In den 60erJahren war Elementarteilchenphysik en vogue, die Allgemeine Relativitätstheorie den meisten Physikern zu spekulativ. Was bedeutete sie für den Aufbau des Universums? Es gab kaum Möglichkeiten, die mathematisch anspruchsvollen Raum-Zeit-Modelle empirisch zu prüfen.

1965 entdeckten Physiker dann die kosmische Hintergrundstrahlung, ein Echo des Urknalls. Nur zwei Jahre später registrierten sie die pulsierenden Radiosignale von äußerst kompakten, schnell rotierenden Neutronensternen. Die Entdeckung brachte sie dazu, auch das Undenkbare zu denken: Massenansammlungen, die wie Pulsare aus kollabierenden Sternen entstehen, aber so konzentriert sind, dass ihrer Schwerkraft nicht einmal Licht entkommen kann.

Der Brite Roger Penrose befasste sich als einer der ersten Astrophysiker eingehend damit, wie ein Gravitationskollaps ein schwarzes Loch in die Raum-Zeit reißt. Als Hawking davon erfuhr, war er Feuer und Flamme. Mit Enthusiasmus arbeitete er sich in das neue Gebiet ein und entwickelte gemeinsam mit Penrose Grundbegriffe der modernen Kosmologie, etwa zum Horizont schwarzer Löcher, aus dem es kein Entrinnen mehr gibt. Die beiden Forscher fanden heraus, dass Einsteins mathematische Gleichungen zwangsläufig zu exotischen Lösungen wie schwarzen Löchern und dem Urknall führen.

1974 kam Hawking zu dem Ergebnis, dass schwarze Löcher gar nicht völlig schwarz sind. Sie würden mit der Zeit verdampfen und eine Art Wärmestrahlung aussenden: die Hawking-Strahlung (siehe Kasten). „Hawkings Theoreme haben unser Verständnis der Allgemeinen Relativitätstheorie und die Sicht auf kosmologische Fragestellungen entscheidend geprägt“, urteilt Martin Bojowald. Der Forscher von der Penn State University in den USA gehört zu einer jüngeren Generation erstklassiger Kosmologen, die mit Hawkings Bestseller „Eine kurze Geschichte der Zeit“ groß geworden sind.

Hermann Nicolai, Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam, begegnete Hawking, lange bevor das populäre Buch erschien. Manchmal stört ihn der Medienrummel um den Kollegen, der schon zu Lebzeiten in „Raumschiff Enterprise“ verewigt wurde. In der Fernsehserie spielt er mit Einstein und Newton Poker. Und gewinnt. „Hawking ist ein Popstar“, meint Nicolai. Ein Halbgott sei er nicht. „Aber ein origineller Wissenschaftler, der meiner Ansicht nach den Physik-Nobelpreis verdient hätte.“ Zusammen mit Roger Penrose, fügt er hinzu.

Zur Originalität ist Hawking geradezu gezwungen. Mit Fortschreiten seiner Krankheit musste er auf Papier und Tafel verzichten und mehr und mehr Kalkulationen im Kopf durchspielen. „Er kann nicht viel rechnen“, sagt Nicolai. „Stattdessen muss er clevere Lösungen finden.“

Bei einem Besuch am Cern im Sommer 1985 zog sich Hawking eine folgenschwere Lungenentzündung zu. Nur ein Luftröhrenschnitt rettete ihm das Leben. Seither kommuniziert er über einen Sprachcomputer, den er über einen Wangenmuskel bedient, dessen Bewegungen ein an der Brille angebrachter Infrarotsensor registriert.

Die schwierige Entscheidung für die Operation traf seine Frau Jane. Jahrelang hatte sie ihren Mann gepflegt und die drei gemeinsamen Kinder quasi alleine aufgezogen. Der Jüngste war gerade sechs Jahre alt. Doch allmählich schwanden ihre Kräfte. Um eine langfristige Pflege finanzieren zu können, brauchte die Familie Geld.

So saß Stephen Hawking wenige Wochen nach der OP wieder am Schreibtisch und vollendete das Manuskript, das zu einem der erfolgreichsten Sachbücher des 20. Jahrhunderts avancieren sollte. Doch kurz nachdem es auf dem Markt war, trennte sich seine Frau 1990 von ihm.

Wie sich Hawkings Arbeitsstil mit der Zeit veränderte, hat auch der Astrophysiker Kip Thorne vom California Institute of Technology verfolgt. Hawking sei mit den Jahren viel spekulativer geworden. Manche Hypothese musste er später korrigieren – auch solche, die besonders zu seiner Popularität beigetragen hatten.

So hatte er behauptet, schwarze Löcher wären die ultimativen Reißwölfe im All. Sie verschluckten Sterne und Kometen. Die Wärmestrahlung aber, die sie aussendeten, wäre völlig unstrukturiert. So könnte keine Information aus ihrem Innern nach außen gelangen. Bei einer Konferenz in Dublin 2004 nahm er diese Theorie zurück. Und mit ihr die Vorstellung, dass es vom Zentrum eines schwarzen Lochs über Raum-Zeit-Schleifen Abzweige in andere Universen geben könnte. Thorne meint heute, Hawking habe ohne triftigen Grund dem Druck der Stringtheoretiker nachgegeben.

An der Existenz schwarzer Löcher zweifelt heute kaum noch jemand. Die Hawking-Strahlung jedoch ist zu gering, um sie mit gängigen Methoden messen zu können. Anders wäre es, wenn in der Frühphase des Universums sehr kleine schwarze Löcher existiert haben sollten. Sie wären dann sehr schnell verdampft, ihre energiereiche Strahlung könnte womöglich noch heute mit Teleskopen aufgespürt werden.

Bislang ist das nicht geglückt. Aber mit einer wenn auch sehr geringen Wahrscheinlichkeit könnten bei Partikelkollisionen in den unterirdischen Labors am Cern schwarze Minilöcher entstehen. „Ich hoffe, er läuft diesmal“, sagte Hawking bei seinem jüngsten Besuch am Teilchenbeschleuniger. Die Chancen für eine Produktion der Minilöcher hält er aber für kleiner als ein Prozent. „Sollten schwarze Löcher dennoch auftreten, wären sie klein genug, um intensiv Hawking-Strahlung auszusenden und somit schnell wieder zu verschwinden“, sagt Bojowald.

Was vor allem schwindet, ist jedoch die Hoffnung, dass sich eine von Hawkings Theorien noch zu seinen Lebzeiten experimentell bestätigen lässt. Nur dann hätte er wohl Chancen auf einen Nobelpreis. Wie wenig man in Stockholm von kosmologischen Hypothesen hält, bekam schon Einstein zu spüren: Die Auszeichnung für seine Allgemeine Relativitätstheorie blieb ihm bis zum Schluss verwehrt.

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