Wenn wir an bedeutende Persönlichkeiten der Wissenschaftsgeschichte denken, fallen uns viele Namen ein. Einstein, Newton, Kepler, Galileo – alles große Theoretiker und Denker, die zu Lebzeiten unauslöschliche Spuren hinterlassen haben. In vielen Fällen wird der volle Umfang ihrer Beiträge erst nach ihrem Tod anerkannt. Aber diejenigen von uns, die heute leben, können sich glücklich schätzen, einen großartigen Wissenschaftler unter uns zu haben, der beträchtliche Beiträge geleistet hat – Dr. Stephen Hawking.
Von vielen als der „moderne Einstein“ angesehen, waren Hawkings Arbeiten in der Kosmologie und theoretischen Physik unter seinen Zeitgenossen unübertroffen. Neben seinen Arbeiten zu Gravitationssingularitäten und Quantenmechanik war er auch für die Entdeckung der Strahlung von Schwarzen Löchern verantwortlich. Darüber hinaus war Hawking eine kulturelle Ikone, die unzählige Anliegen unterstützte, in vielen Fernsehsendungen als er selbst auftrat und mehrere Bücher verfasste, die die Wissenschaft einem breiteren Publikum zugänglich gemacht haben.
Frühen Lebensjahren:
Hawking wurde am 8. Januar 1942 (dem 300. Todestag von Galileo) in Oxford, England, geboren. Seine Eltern, Frank und Isobel Hawking, studierten beide an der Universität Oxford , wo Frank Medizin und Isobel Philosophie, Politik und Wirtschaft studiert haben. Das Paar lebte ursprünglich in Highgate, einem Vorort von London, zog aber nach Oxford, um den Bombenanschlägen während des Zweiten Weltkriegs zu entkommen und ihr Kind in Sicherheit zur Welt zu bringen. Die beiden würden später zwei Töchter haben, Philippa und Mary, und einen Adoptivsohn, Edward.
1950 zog die Familie erneut um, diesmal nach St. Albans, Hertfordshire, weil Stephens Vater Leiter der Parasitologie am National Institute for Medical Research (heute Teil des Francis-Crick-Institut ). Dort erlangte die Familie den Ruf, hochintelligent, wenn auch etwas exzentrisch zu sein. Sie lebten sparsam, lebten in einem großen, überladenen und schlecht gepflegten Haus, fuhren in einem umgebauten Taxi herum und lasen ständig (sogar am Esstisch).
Stephen Hawking als junger Mann. Bildnachweis: gattereview.com
Ausbildung:
Hawking begann seine Schulausbildung an der Byron House School, wo er Schwierigkeiten beim Lesenlernen hatte (was er später auf die „progressiven Methoden“ der Schule zurückführte). Während in St. Albans besuchte der achtjährige Hawking die St. Albans High Schule für Mädchen für einige Monate (was damals für jüngere Jungen erlaubt war). Im September 1952 wurde er für ein Jahr an der Radlett School eingeschrieben, blieb jedoch aufgrund der finanziellen Zwänge der Familie für den Großteil seiner Teenagerjahre in St. Albans.
Dort schloss Hawking viele Freunde, mit denen er Brettspiele spielte, Feuerwerkskörper, Modellflugzeuge und Boote herstellte und lange Gespräche über Themen führte, die von der Religion bis zur übersinnlichen Wahrnehmung reichten. Ab 1958 bauten Hawking und seine Freunde mit Hilfe des Mathematiklehrers Dikran Tahta einen Computer aus Uhrenteilen, einer alten Telefonzentrale und anderen recycelten Komponenten.
Obwohl er anfangs nicht akademisch erfolgreich war, zeigte Hawking eine beträchtliche Begabung für wissenschaftliche Fächer und erhielt den Spitznamen „Einstein“. Inspiriert von seinem Lehrer Tahta beschloss er, Mathematik an der Universität zu studieren. Sein Vater hatte gehofft, dass sein Sohn in Oxford studieren und Medizin studieren würde, aber da es damals nicht möglich war, dort Mathematik zu studieren, entschied sich Hawking für ein Studium der Physik und Chemie.
Stephen Hawking (das Taschentuch hält) und der Oxford Boat Club. Bildnachweis: focusfeatures.com
1959, als er gerade 17 Jahre alt war, legte Hawking die Aufnahmeprüfung in Oxford ab und erhielt ein Stipendium. In den ersten 18 Monaten war er gelangweilt und einsam, da er jünger war als seine Altersgenossen und die Arbeit „lächerlich leicht“ fand. Während seines zweiten und dritten Jahres unternahm Hawking größere Versuche, sich mit Gleichaltrigen zu verbinden, und entwickelte sich zu einem beliebten Studenten, der dem Oxford Boat Club beitrat und ein Interesse an klassischer Musik und Science-Fiction entwickelte.
Als es Zeit für seine Abschlussprüfung war, war Hawkings Leistung glanzlos. Anstatt alle Fragen zu beantworten, konzentrierte er sich auf Fragen der theoretischen Physik und vermied alles, was Faktenwissen erforderte. Das Ergebnis war eine Punktzahl, die ihn an der Grenze zwischen Auszeichnungen erster und zweiter Klasse bewegte. Da er für sein geplantes Graduiertenstudium in Kosmologie in Cambridge eine erstklassige Auszeichnung brauchte, musste er eine mündliche Prüfung ablegen.
Besorgt, dass er als fauler und schwieriger Schüler angesehen wurde, beschrieb Hawking seine Zukunftspläne während der Viva wie folgt: „Wenn Sie mir einen First verleihen, gehe ich nach Cambridge. Wenn ich eine Zweite erhalte, bleibe ich in Oxford, also erwarte ich, dass Sie mir eine Erste geben.“ Hawking wurde jedoch höher angesehen, als er glaubte, und erhielt einen erstklassigen BA (Hons.)-Abschluss, der es ihm ermöglichte, eine Diplomarbeit an Universität von Cambridge im Oktober 1962.
Hawking am Tag seines Abschlusses im Jahr 1962. Bildnachweis: telegraph.co.uk
Hawking hatte während seines ersten Promotionsjahres einige Anfangsschwierigkeiten. Er fand, dass sein Hintergrund in Mathematik für Arbeiten in der Allgemeinen Relativitätstheorie und Kosmologie unzureichend war, und wurde Dennis William Sciama (einer der Begründer der modernen Kosmologie) als sein Vorgesetzter anstelle des bekannten Astronomen Fred Hoyle (auf den er gehofft hatte) zugeteilt.
Darüber hinaus wurde bei Hawking während seines Studiums eine früh einsetzende amyotrophe Lateralsklerose (ALS) diagnostiziert. Während seines letzten Jahres in Oxford hatte er einen Unfall erlebt, bei dem er eine Treppe hinunterstürzte, und hatte auch Schwierigkeiten beim Rudern und verschwommene Sprache. Als die Diagnose 1963 kam, verfiel er in einen Zustand der Depression und hielt es für wenig sinnvoll, sein Studium fortzusetzen.
Doch seine Einstellung änderte sich bald, da die Krankheit langsamer fortschritt, als die Ärzte vorhergesagt hatten – er hatte zunächst noch zwei Jahre zu leben. Dann, mit der Ermutigung von Sciama, kehrte er zu seiner Arbeit zurück und erlangte schnell einen Ruf für Brillanz und Kühnheit. Dies wurde demonstriert, als er im Juni 1964 in einem Vortrag öffentlich die Arbeit des bekannten Astronomen Fred Hoyle in Frage stellte, der dafür bekannt war, die Urknalltheorie abzulehnen.
Stephen Hawking und Jane Wilde an ihrem Hochzeitstag, 14. Juli 1966. Bildnachweis: telegraph.co.uk
Als Hawking sein Doktoratsstudium begann, gab es in der Physik-Community viele Debatten über die vorherrschenden Theorien zur Entstehung des Universums: die Urknall und der Gleichgewichtszustand Theorien. Im ersteren wurde das Universum in einer gigantischen Explosion konzipiert, bei der alle Materie des bekannten Universums geschaffen wurde. In letzterem wird ständig neue Materie geschaffen, während sich das Universum ausdehnt. Hawking mischte sich schnell in die Debatte ein.
Hawking wurde inspiriert von Satz von Roger Penrose, dass eine Raumzeit-Singularität – ein Punkt, an dem die Größen, mit denen das Gravitationsfeld eines Himmelskörpers gemessen wird, unendlich werden – befindet sich im Zentrum eines Schwarzen Lochs. Hawking wandte dieselbe Denkweise auf das gesamte Universum an und schrieb 1965 seine Dissertation zu diesem Thema. Anschließend erhielt er ein Forschungsstipendium bei Gonville und Caius College und promovierte 1966 in Kosmologie.
In dieser Zeit lernte Hawking auch seine erste Frau Jane Wilde kennen. Obwohl er sie kurz vor seiner ALS-Diagnose kennengelernt hatte, wuchs ihre Beziehung weiter, als er zurückkehrte, um sein Studium abzuschließen. Die beiden verlobten sich im Oktober 1964 und heirateten am 14. Juli 1966. Hawking würde später sagen, dass seine Beziehung zu Wilde ihm 'etwas zum Leben gab'.
Wissenschaftliche Errungenschaften:
In seiner Doktorarbeit, die er in Zusammenarbeit mit Penrose verfasste, erweiterte Hawking die Existenz von Singularitäten auf die Vorstellung, dass das Universum als Singularität begonnen haben könnte. Ihr gemeinsamer Aufsatz mit dem Titel „ Singularitäten und die Geometrie der Raumzeit ” – war der Vizemeister im Jahr 1968 Stiftung für Schwerkraftforschung Wettbewerb und teilten sich die höchsten Auszeichnungen mit einem von Penrose, um den renommiertesten Adams-Preis von Cambridge für dieses Jahr zu gewinnen.
1970 wurde Hawking Teil des Sherman Fairchild Distinguished Scholars-Gastprofessurenprogramms, das ihm erlaubte, an der Kalifornisches Institut der Technologie (Caltech). Während dieser Zeit veröffentlichten er und Penrose einen Beweis, der die Theorien von Generelle Relativität und die physikalische Kosmologie entwickelt von Alexander Freidmann .
Basierend auf Einsteins Gleichungen behauptete Freidmann, dass das Universum dynamisch ist und sich im Laufe der Zeit in seiner Größe verändert. Er behauptete auch, dass die Raumzeit eine Geometrie hat, die durch ihre Gesamtmasse/Energiedichte bestimmt wird. Wenn die kritische Dichte gleich ist, hat das Universum eine Krümmung von Null (d. h. eine flache Konfiguration); wenn es weniger als kritisch ist, hat das Universum eine negative Krümmung (offene Konfiguration); und wenn größer als kritisch, hat das Universum eine positive Krümmung (geschlossene Konfiguration)
Nach dem Singularitätssatz von Hawking-Penrose muss das Universum, wenn es den Modellen der Allgemeinen Relativitätstheorie wirklich gehorcht, als Singularität begonnen haben. Dies bedeutete im Wesentlichen, dass das gesamte Universum vor dem Urknall als Punkt unendlicher Dichte existierte, der die gesamte Masse und Raumzeit des Universums enthielt, bevor es durch Quantenfluktuationen schnell expandierte.
Nach den Friedmann-Gleichungen wird die Geometrie des Universums durch seine Gesamtmasse/Energiedichte bestimmt und kann entweder eine flache, negative oder positive Krümmung aufweisen. Bildnachweis: NASA/GSFC
Ebenfalls 1970 postulierte Hawking den sogenannten zweiten Hauptsatz der Dynamik Schwarzer Löcher. Zusammen mit James M. Bardeen und Brandon Carter schlug er die vier Gesetze der Mechanik Schwarzer Löcher vor und zog eine Analogie zu den vier Gesetzen der Thermodynamik.
Diese vier Gesetze besagten, dass – für ein stationäres Schwarzes Loch der Horizont eine konstante Oberflächengravitation hat; bei Störungen stationärer Schwarzer Löcher hängt die Energieänderung mit der Flächenänderung, dem Drehimpuls und der elektrischen Ladung zusammen; der Horizontbereich ist unter Annahme der schwachen Energiebedingung eine nicht abnehmende Funktion der Zeit; und dass es nicht möglich ist, ein Schwarzes Loch mit verschwindender Oberflächengravitation zu bilden.
1971 veröffentlichte Hawking einen Aufsatz mit dem Titel „ Schwarze Löcher in der Allgemeinen Relativitätstheorie “, in der er vermutete, dass die Oberfläche von Schwarzen Löchern niemals abnehmen kann und daher der Energiemenge, die sie emittieren, gewisse Grenzen gesetzt werden können. Dieser Aufsatz gewann Hawking im Januar desselben Jahres den Gravity Research Foundation Award.
1973 erschien Hawkings erstes Buch, das er während seines Postdoc-Studiums bei George Ellis verfasste. Betitelt, Die großräumige Struktur der Raumzeit , beschreibt das Buch die Grundlagen des Raums selbst und die Natur seiner unendlichen Ausdehnung, wobei die Differentialgeometrie verwendet wird, um die Konsequenzen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie zu untersuchen.
Hawking wurde 1974, wenige Wochen nach der Bekanntgabe der Hawking-Strahlung (siehe unten), zum Fellow der Royal Society (FRS) gewählt. 1975 kehrte er nach Cambridge zurück und erhielt eine neue Position als Reader, die hochrangigen Akademikern mit internationalem Ruf in Forschung und Wissenschaft vorbehalten ist.
Die Mitte bis Ende der 1970er Jahre war eine Zeit des wachsenden Interesses an Schwarzen Löchern und den damit verbundenen Forschern. Als solches begann Hawkings öffentliches Profil zu wachsen und er erhielt zunehmende akademische und öffentliche Anerkennung, trat in Print- und Fernsehinterviews auf und erhielt zahlreiche Ehrenämter und Auszeichnungen.
In den späten 1970er Jahren wurde Hawking zum Lucasian Professor of Mathematics an der University of Cambridge gewählt, eine 1663 geschaffene Ehrenposition, die als eine der renommiertesten akademischen Positionen der Welt gilt. Vor Hawking gehörten zu seinen ehemaligen Inhabern wissenschaftliche Größen wie Herr Isaac Newton , Joseph Larmor, Charles Babbage, George Stokes und Paul Dirac.
Seine Antrittsvorlesung als Lucasian-Professor für Mathematik trug den Titel: „Ist das Ende der Theoretischen Physik in Sicht“. Während der Rede schlug er vor N=8 Supergravitation – eine Quantenfeldtheorie, die die Schwerkraft in 8 Supersymmetrien einbezieht – als führende Theorie zur Lösung vieler der herausragenden Probleme, die Physiker untersuchten.
Hawkings Beförderung fiel mit einer Gesundheitskrise zusammen, die dazu führte, dass Hawking gezwungen war, einige Pflegedienste zu Hause anzunehmen. Gleichzeitig begann er, seinen Zugang zur Physik zu ändern und wurde intuitiver und spekulativer, anstatt auf mathematischen Beweisen zu bestehen. 1981 begann Hawking seine Aufmerksamkeit auf die kosmologische Inflationstheorie und die Ursprünge des Universums zu richten.
Die Inflationstheorie – die im selben Jahr von Alan Guth vorgeschlagen wurde – geht davon aus, dass sich das Universum nach dem Urknall zunächst sehr schnell ausdehnte, bevor es sich auf eine langsamere Expansionsrate einstellte. Als Reaktion darauf präsentierte Hawking in diesem Jahr auf der Vatikankonferenz eine Arbeit, in der er darauf hinwies, dass sie möglicherweise keine Grenze oder keinen Anfang für das Universum darstellen.
Im Sommer 1982 organisierten er und sein Kollege Gary Gibbons einen dreiwöchigen Workshop zum Thema „The Very Early Universe“ an der Universität Cambridge. Zusammen mit Jim Hartle, einem amerikanischen Physiker und Professor für Physik an der University of California, schlug er vor, dass das Universum während der frühesten Periode des Universums (auch bekannt als Planck-Epoche) keine Grenze in der Raumzeit hatte.
1983 veröffentlichten sie dieses Modell, bekannt als das Hartle-Hawking-Staat . Sie behauptete unter anderem, dass es vor dem Urknall keine Zeit gab und der Begriff des Anfangs des Universums daher bedeutungslos ist. Es ersetzte auch die anfängliche Singularität des Urknalls durch eine dem Nordpol ähnliche Region, die (ähnlich dem echten Nordpol) nicht nach Norden reisen kann, da dies ein Punkt ist, an dem sich Linien treffen, der keine Grenze hat.
Dieser Vorschlag sagte ein geschlossenes Universum voraus, das viele existenzielle Implikationen hatte, insbesondere in Bezug auf die Existenz Gottes. Hawking schloss die Existenz Gottes zu keinem Zeitpunkt aus und entschied sich dafür, Gott im übertragenen Sinne zu verwenden, wenn er die Geheimnisse des Universums erklärte. Er schlug jedoch oft vor, dass die Existenz Gottes unnötig sei, um den Ursprung des Universums oder die Existenz von a . zu erklären Einheitliche Feldtheorie .
1982 begann er auch mit der Arbeit an einem Buch, das die Natur des Universums, die Relativitätstheorie und die Quantenmechanik auf eine für die breite Öffentlichkeit zugängliche Weise erklären sollte. Dies führte ihn dazu, einen Vertrag mit Bantam Books zu unterzeichnen, um das Publizieren zu ermöglichen Eine kurze Geschichte der Zeit , dessen erster Entwurf er 1984 fertigstellte.
Nach mehreren Überarbeitungen wurde der endgültige Entwurf 1988 veröffentlicht und erhielt viel Beifall. Das Buch wurde in mehrere Sprachen übersetzt, blieb monatelang an der Spitze der Bestsellerlisten sowohl in den USA als auch in Großbritannien und verkaufte sich schließlich schätzungsweise 9 Millionen Mal. Die Aufmerksamkeit der Medien war intensiv, undNachrichtenwocheMagazin-Cover und ein TV-Special bezeichneten ihn als „Master of the Universe“.
Weitere Arbeiten von Hawking auf dem Gebiet der Zeitpfeile führten zur Veröffentlichung eines Papiers im Jahr 1985, in dem die Theorie aufgestellt wurde, dass die Zeit rückwärts laufen würde, wenn die grenzenlose These richtig wäre, wenn das Universum aufhörte, sich auszudehnen und schließlich zu kollabieren. Er zog dieses Konzept später zurück, nachdem unabhängige Berechnungen es bestritten hatten, aber die Theorie lieferte wertvolle Einblicke in die möglichen Zusammenhänge zwischen Zeit und kosmischer Ausdehnung.
In den 1990er Jahren veröffentlichte und lehrte Hawking weiterhin seine Theorien über Physik, Schwarze Löcher und den Urknall. 1993 hat er zusammen mit Gary Gibbons ein Buch über die euklidische Quantengravitation herausgegeben, eine Theorie, an der sie Ende der 70er Jahre gemeinsam gearbeitet hatten. Nach dieser Theorie kann ein Abschnitt eines Gravitationsfeldes in einem Schwarzen Loch mit a funktional integraler Ansatz , so dass es die Singularitäten vermeiden kann.
Im selben Jahr erschien eine populäre Sammlung von Essays, Interviews und Gesprächen mit dem Titel Schwarze Löcher und Babyuniversen und andere Essays wurde ebenfalls veröffentlicht. 1994 hielten Hawking und Penrose eine Reihe von sechs Vorträgen an Cambridges Newton-Institut , die 1996 unter dem Titel „ Die Natur von Raum und Zeit '.
Es waren auch in den 1990er Jahren wichtige Entwicklungen in Hawkings Privatleben. Im Jahr 1990 leiteten er und Jane Hawking nach vielen Jahren angespannter Beziehungen aufgrund seiner Behinderung, der ständigen Anwesenheit von Betreuern und seines Prominentenstatus das Scheidungsverfahren ein. Hawking heiratete 1995 erneut Elaine Mason, seine langjährige Betreuerin.
Stephen Hawking hielt in den 90er Jahren regelmäßig Vorträge, von denen viele 1996 in „The Nature of Space and Time“ gesammelt und veröffentlicht wurden. Quelle: educatinghumanity.com
In den 2000er Jahren produzierte Hawking viele neue Bücher und Neuauflagen älterer Bücher. Diese enthielten Das Universum in Kürze (2001), Eine kürzere Geschichte der Zeit (2005),undGott schuf die ganzen Zahlen (2006). Er begann auch mit Jim Hartle von der University of California, Santa Barbara, zusammenzuarbeiten Europäische Organisation für Kernforschung (CERN), um neue kosmologische Theorien zu entwickeln.
An erster Stelle stand Hawkings „Top-Down-Kosmologie“, die besagt, dass das Universum nicht einen einzigartigen Anfangszustand, sondern viele verschiedene hatte und dass es daher unangemessen ist, den aktuellen Zustand des Universums von einem einzigen Anfangszustand aus vorherzusagen. In Übereinstimmung mit der Quantenmechanik postuliert die Top-Down-Kosmologie, dass die Gegenwart die Vergangenheit aus einer Überlagerung vieler möglicher Geschichten „auswählt“.
Damit bot die Theorie auch eine mögliche Lösung der „Feinabstimmungsfrage“, die die Möglichkeit thematisiert, dass Leben nur existieren kann, wenn bestimmte physikalische Beschränkungen in einem engen Bereich liegen. Indem er dieses neue Modell der Kosmologie anbot, eröffnete Hawking die Möglichkeit, dass das Leben möglicherweise nicht an solche Einschränkungen gebunden ist und viel reichhaltiger sein könnte als bisher angenommen.
Im Jahr 2006 ließen sich Hawking und seine zweite Frau Elaine Mason stillschweigend scheiden, und Hawking nahm engere Beziehungen zu seiner ersten Frau Jane, seinen Kindern (Robert, Lucy und Timothy) und Enkelkindern wieder auf. Im Jahr 2009 ging er als Lucasian Professor of Mathematics in den Ruhestand, was nach den Vorschriften der Cambridge University erforderlich war. Hawking arbeitete weiterhin als Forschungsdirektor am Cambridge University Department of Angewandte Mathematik und Theoretische Physik seitdem und hat keinen Hinweis auf den Ruhestand gemacht.
„Hawking Radiation“ und das „Black Hole Information Paradox“:
In den frühen 1970er Jahren begann Hawking mit der Arbeit am sogenannten „No-Hair-Theorem“. Basierend auf den Einstein-Maxwell-Gleichungen der Gravitation und des Elektromagnetismus in der Allgemeinen Relativitätstheorie besagt das Theorem, dass alle Schwarzen Löcher durch nur drei von außen beobachtbare klassische Parameter vollständig charakterisiert werden können: Masse, elektrische Ladung und Drehimpuls.
In diesem Szenario „verschwinden“ alle anderen Informationen über die Materie, die ein Schwarzes Loch gebildet hat oder hineinfällt (wofür „Haare“ als Metapher verwendet wird) hinter dem Ereignishorizont des Schwarzen Lochs und bleiben daher, aber dauerhaft, erhalten für externe Beobachter unzugänglich.
1973 reiste Hawking nach Moskau und traf sich mit den sowjetischen Wissenschaftlern Yakov Borisovich Zel’dovich und Alexei Starobinsky. Während seiner Gespräche mit ihnen über ihre Arbeit zeigten sie ihm, wie die Unschärferelation zeigten, dass Schwarze Löcher Teilchen emittieren sollten. Dies widersprach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik Schwarzer Löcher von Hawking (d. h. Schwarze Löcher können nicht kleiner werden), da dies bedeutete, dass sie durch Energieverlust an Masse verlieren müssen.
Darüber hinaus stützte es eine Theorie von Jacob Bekenstein, einem Doktoranden der John Wheeler University, dass Schwarze Löcher eine endliche Temperatur und Entropie haben sollten, die nicht Null ist. All dies widersprach dem „No-Hair-Theorem“ über schwarze Boles. Hawking revidierte dieses Theorem kurz darauf und zeigte, dass Schwarze Löcher unter Berücksichtigung quantenmechanischer Effekte bei einer bestimmten Temperatur Wärmestrahlung emittieren.
Ab 1974 präsentierte Hawking Bekensteins Ergebnisse, die zeigten, dass Schwarze Löcher Strahlung emittieren. Dies wurde als „Hawking-Strahlung“ bekannt und war zunächst umstritten. In den späten 1970er Jahren und nach der Veröffentlichung weiterer Forschungen wurde die Entdeckung jedoch weithin als bedeutender Durchbruch in der theoretischen Physik akzeptiert.
Eines der Ergebnisse dieser Theorie war jedoch die Wahrscheinlichkeit, dass Schwarze Löcher allmählich an Masse und Energie verlieren. Aus diesem Grund wird erwartet, dass Schwarze Löcher, die mehr Masse verlieren, als sie auf andere Weise gewinnen, schrumpfen und schließlich verschwinden – ein Phänomen, das als „Verdampfung schwarzer Löcher“ bekannt ist.
1981 schlug Hawking vor, dass Informationen in einem Schwarzen Loch unwiederbringlich verloren gehen, wenn ein Schwarzes Loch verdampft, was als „Black Hole Information Paradox“ bekannt wurde. Diese besagt, dass physikalische Informationen in einem Schwarzen Loch dauerhaft verschwinden könnten, wodurch viele physikalische Zustände in denselben Zustand übergehen können.
Dies war umstritten, weil es gegen zwei grundlegende Grundsätze der Quantenphysik verstieß. Im Prinzip sagt uns die Quantenphysik, dass vollständige Informationen über ein physikalisches System – also der Zustand seiner Materie (Masse, Position, Spin, Temperatur etc.) – bis zu dem Punkt, an dem diese Wellenfunktion kollabiert, in seiner Wellenfunktion kodiert sind. Daraus wiederum ergeben sich zwei weitere Prinzipien.
Der erste ist der Quantendeterminismus, der besagt, dass – bei einer gegebenen Wellenfunktion – zukünftige Veränderungen eindeutig durch den Evolutionsoperator bestimmt werden. Die zweite ist Reversibilität, die besagt, dass der Evolutionsoperator eine Umkehrung hat, was bedeutet, dass die vergangenen Wellenfunktionen ähnlich eindeutig sind. Deren Kombination bedeutet, dass die Information über den Quantenzustand der Materie immer erhalten bleiben muss.
Mit dem Vorschlag, dass diese Informationen verschwinden, sobald ein Schwarz verdunstet, hat Hawking im Wesentlichen ein grundlegendes Paradox geschaffen. Wenn ein Schwarzes Loch verdampfen kann, wodurch alle Informationen über eine Quantenwellenfunktion verschwinden, können Informationen tatsächlich für immer verloren gehen. Dies ist Gegenstand einer anhaltenden Debatte unter Wissenschaftlern, die weitgehend ungelöst geblieben ist.
Im Jahr 2003 war sich unter Physikern jedoch der wachsende Konsens einig, dass Hawking mit dem Verlust von Informationen in einem Schwarzen Loch falsch lag. In einem Vortrag 2004 in Dublin räumte er seine Wette mit seinem Kollegen John Preskill vom Caltech (die er 1997 einging) ein, beschrieb jedoch seine eigene, etwas umstrittene Lösung des paradoxen Problems – dass Schwarze Löcher mehr als eine Topologie haben können.
In der 2005 erschienenen Arbeit zu diesem Thema – „ Informationsverlust im Schwarzen Loch s“ – er argumentierte, dass das Informationsparadoxon durch die Untersuchung aller alternativen Geschichten von Universen erklärt wurde, wobei der Informationsverlust bei denjenigen mit Schwarzen Löchern durch diejenigen ohne Schwarze Löcher ausgeglichen wurde. Bis Januar 2014 bezeichnete Hawking das Black Hole Information Paradox als seinen „größten Fehler“.
Andere Leistungen:
Stephen Hawking hat nicht nur unser Verständnis von Schwarzen Löchern und der Kosmologie durch die Anwendung der Allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantenmechanik verbessert, sondern auch maßgeblich dazu beigetragen, die Wissenschaft einem breiteren Publikum zugänglich zu machen. Im Laufe seiner Karriere hat er viele populäre Bücher veröffentlicht, viel gereist und Vorträge gehalten, zahlreiche Auftritte und Voice-Over-Arbeiten für Fernsehsendungen und Filme gemacht und sogar den Pink-Floyd-Song „Keep Talking“ erzählt.
Stephen Hawkings Theorien über Schwarze Löcher wurden Gegenstand von Fernsehspecials wie „Stephen Hawking’s Universe“ auf PBS. Bildnachweis: Discovery.com
Eine Filmversion von Eine kurze Geschichte der Zeit , unter der Regie von Errol Morris und produziert von Steven Spielberg, wurde 1992 uraufgeführt. Hawking wollte, dass der Film eher wissenschaftlich als biografisch ist, aber er war vom Gegenteil überzeugt. 1997 eine sechsteilige Fernsehserie Stephen Hawkings Universum auf PBS uraufgeführt, wobei auch ein Begleitbuch veröffentlicht wird.
2007 veröffentlichten Hawking und seine Tochter Lucy Georges geheimer Schlüssel zum Universum , ein Kinderbuch, das theoretische Physik auf zugängliche Weise erklärt und Charaktere enthält, die denen der Hawking-Familie ähneln. Dem Buch folgten drei Fortsetzungen –Georges kosmische Schatzsuche(2009),George und der Urknall(2011),George und der unzerbrechliche Code(2014).
Seit den 1990er Jahren ist Hawking auch ein wichtiges Vorbild für Menschen, die mit Behinderungen und degenerativen Erkrankungen zu tun haben, und sein Engagement für das Bewusstsein und die Forschung zu Behinderungen ist beispiellos. Um die Jahrhundertwende schlossen er sich mit elf weiteren Koryphäen an Rehabilitation International unterschreibenCharta für das dritte Jahrtausend über Behinderung,die Regierungen auf der ganzen Welt dazu aufrief, Behinderungen zu verhindern und die Rechte von Behinderungen zu schützen.
Professor Stephen Hawking nahm 2007 an einem Flug in der Schwerelosigkeit (auch bekannt als „Erbrochener Komet“) teil. Quelle: gozerog.com
Aus dem Wunsch heraus, das öffentliche Interesse an der Raumfahrt zu steigern und das Potenzial von Menschen mit Behinderungen aufzuzeigen, nahm er 2007 an einem Schwerelosigkeitsflug mit einem „Vomit Comet“ teil – einem speziell ausgestatteten Flugzeug, das durch die Luft taucht und steigt, um die Gefühl der Schwerelosigkeit – mit freundlicher Genehmigung von Zero Gravity Corporation , bei der er achtmal Schwerelosigkeit erlebte.
Im August 2012 erzählte Hawking den Abschnitt „Erleuchtung“ der Eröffnungsfeier der Sommer-Paralympics 2012.Im September 2013 sprach er sich für die Legalisierung der Sterbehilfe für unheilbar Kranke aus. Im August 2014 nahm Hawking die Ice Bucket Challenge an, um das Bewusstsein für ALS/MND zu fördern und Beiträge für die Forschung zu sammeln. Da er 2013 eine Lungenentzündung hatte, wurde ihm geraten, sich nicht mit Eis übergießen zu lassen, aber seine Kinder meldeten sich freiwillig, um die Herausforderung für ihn anzunehmen.
Im Laufe seiner Karriere war Hawking auch ein engagierter Pädagoge und hat 39 erfolgreiche Doktoranden persönlich betreut. Er hat auch der anhaltenden Suche nach außerirdischer Intelligenz und der Debatte um die Entwicklung von Robotern und künstlicher Intelligenz seinen Namen gegeben. Am 20. Juli 2015 half Stephen Hawking beim Start Durchbruchinitiativen , ein Versuch, nach außerirdischem Leben im Universum zu suchen.
Ebenfalls im Jahr 2015 verlieh Hawking der Promotion von . seine Stimme und seinen Berühmtheitsstatus Die globalen Ziele , eine Reihe von 17 Zielen, die vom Gipfel der Vereinten Nationen für nachhaltige Entwicklung verabschiedet wurden, um extreme Armut, soziale Ungleichheit und den Klimawandel in den nächsten 15 Jahren zu beenden.
Präsident Barack Obama spricht mit Stephen Hawking im Blue Room des Weißen Hauses, bevor ihm und 15 weiteren Personen die Presidential Medal of Freedom verliehen wird, 12. August 2009. Bildnachweis: Pete Souza/White House photo stream
Ehrungen und Vermächtnis:
Wie bereits erwähnt, wurde Hawking 1974 zum Fellow der Royal Society (FRS) gewählt und war einer der jüngsten Wissenschaftler, der Fellow wurde. Damals lautete seine Nominierung:
Hawking hat wichtige Beiträge zur allgemeinen Relativitätstheorie geleistet. Diese resultieren aus einem tiefen Verständnis dessen, was für Physik und Astronomie relevant ist, und insbesondere aus der Beherrschung völlig neuer mathematischer Techniken. Im Anschluss an die Pionierarbeit von Penrose stellte er, teils allein, teils in Zusammenarbeit mit Penrose, eine Reihe von sukzessive stärkeren Theoremen auf, die das grundlegende Ergebnis begründen, dass alle realistischen kosmologischen Modelle Singularitäten besitzen müssen. Mit ähnlichen Techniken hat Hawking die grundlegenden Sätze über die Gesetze von Schwarzen Löchern bewiesen: dass stationäre Lösungen der Einstein-Gleichungen mit glatten Ereignishorizonten notwendigerweise axialsymmetrisch sein müssen; und dass bei der Entwicklung und Interaktion von Schwarzen Löchern die Gesamtoberfläche der Ereignishorizonte zunehmen muss. In Zusammenarbeit mit G. Ellis ist Hawking der Autor einer beeindruckenden und originellen Abhandlung über „Raumzeit im Großen.
Andere wichtige Arbeiten von Hawking beziehen sich auf die Interpretation kosmologischer Beobachtungen und den Entwurf von Gravitationswellendetektoren.
Peter Higgs und Stephen Hawking besuchen 2013 die „Collider“-Ausstellung im Londoner Science Museum zu Ehren der Entdeckung des Higgs-Bosons. Bildnachweis: sciencemuseum.org.uk
1975 erhielt er sowohl die Eddington-Medaille als auch die Pius XI. Goldmedaille und 1976 den Dannie-Heineman-Preis, den Maxwell-Preis und die Hughes-Medaille. 1977 wurde er zum Professor mit einem Lehrstuhl für Gravitationsphysik ernannt und erhielt im folgenden Jahr die Albert-Einstein-Medaille und die Ehrendoktorwürde der Universität Oxford.
1981 erhielt Hawking die amerikanische Franklin-Medaille, gefolgt von einer Commander of the Order of the British Empire (CBE)-Medaille im folgenden Jahr. Für den Rest des Jahrzehnts wurde er dreimal ausgezeichnet, zunächst mit der Gold Medal der Royal Astronomical Society 1985, der Paul Dirac Medal 1987 und zusammen mit Penrose 1988 mit dem renommierten Wolf Prize. 1989 wurde er wurde zum Mitglied des Ordens der Ehrengefährten (CH) ernannt, lehnte aber Berichten zufolge eine Ritterschaft ab.
1999 erhielt Hawking den Julius-Edgar-Lilienfeld-Preis der Amerikanische Physikalische Gesellschaft . Im Jahr 2002 nahm ihn die BBC nach einer landesweiten Abstimmung in ihre Liste der Die 100 besten Briten . In jüngerer Zeit wurde Hawking die Copley-Medaille der königliche Gesellschaft (2006), die Presidential Medal of Freedom, Amerikas höchste zivile Auszeichnung (2009), und den Russian Special Fundamental Physics Prize (2013).
Mehrere Gebäude wurden nach ihm benannt, darunter das Stephen W. Hawking Science Museum in San Salvador, El Salvador, das Stephen Hawking Building in Cambridge , und der Stephen Hawking Center am Perimeter Institute in Kanada. Und angesichts von Hawkings Assoziation mit der Zeit wurde er ausgewählt, um den mechanischen „Chronophagen“ zu enthüllen – auch bekannt als. die Korpusuhr – at Corpus Christi College Cambridge im September 2008.
Stephen Hawking wird von seiner Tochter Lucy Hawking bei seinem Vortrag zum 50-jährigen Jubiläum der NASA vorgestellt. Bildnachweis: NASA/Paul Alers
Ebenfalls im Jahr 2008 erhielt Hawking während einer Reise nach Spanien die Fonseca-Preis – eine jährliche Auszeichnung, die von der Universität Santiago de Compostela die für herausragende Leistungen in der Wissenschaftskommunikation verliehen wird. Hawking wurde wegen seiner „außergewöhnlichen Beherrschung der Popularisierung komplexer Konzepte in der Physik am äußersten Rand unseres gegenwärtigen Verständnisses des Universums, kombiniert mit höchster wissenschaftlicher Exzellenz und dafür, dass er weltweit zu einer öffentlichen Referenz der Wissenschaft wurde, für die Auszeichnung ausgewählt. ”
Im Laufe der Jahre wurden auch mehrere Filme über Stephen Hawking gedreht. Dazu gehören die zuvor genanntenEine kurze Geschichte der Zeit, der Biopic-Film von 1991 unter der Regie von Errol Morris und Stephen Spielberg;Hawking, ein BBC-Drama aus dem Jahr 2004 mit Benedict Cumberbatch in der Titelrolle; der Dokumentarfilm von 2013 mit dem Titel „Hawking“ von Stephen Finnigan.
Zuletzt gab es den Film von 2014Die Theorie von allemdas das Leben von Stephen Hawking und seiner Frau Jane aufzeichnete. Unter der Regie von James Marsh spielt der Film Eddie Redmayne als Professor Hawking und Felicity Jones als Jane Hawking.
Tod:
Dr. Stephen Hawking verstarb in den frühen Morgenstunden des Mittwochs, den 14. März 2018, in seinem Haus in Cambridge. Nach Angaben seiner Familie starb er friedlich. Er war 76 Jahre alt und hinterlässt seine erste Frau Jane Wilde und ihre drei Kinder – Lucy, Robert und Tim.
Alles in allem war Stephen Hawking der wohl berühmteste lebende Wissenschaftler der Neuzeit. Seine Arbeiten auf dem Gebiet der Astrophysik und Quantenmechanik haben zu einem Durchbruch in unserem Verständnis von Zeit und Raum geführt und werden wahrscheinlich noch jahrzehntelang von Wissenschaftlern überschüttet werden. Darüber hinaus hat er mehr als jeder lebende Wissenschaftler getan, um Wissenschaft für die breite Öffentlichkeit zugänglich und interessant zu machen.
Stephen Hawking hält einen öffentlichen Vortrag im Kongresszentrum Stockholm Waterfront, 24. August 2015. Bildnachweis: Public Domain/Foto von Alexandar Vujadinovic
Um das Ganze abzurunden, bereiste er die ganze Welt und hielt Vorträge zu Themen von Wissenschaft und Kosmologie bis hin zu Menschenrechten, künstlicher Intelligenz und der Zukunft der Menschheit. Er nutzte auch den Berühmtheitsstatus, der ihm gewährt wurde, um die Anliegen der wissenschaftlichen Forschung, der Weltraumforschung, des Bewusstseins für Behinderungen und humanitärer Anliegen, wo immer möglich, voranzutreiben.
In all diesen Aspekten war er seinem Vorgänger Albert Einstein sehr ähnlich – einem weiteren einflussreichen Wissenschaftler, der zu einer Berühmtheit wurde, der seine Kräfte sicher einsetzen würde, um Ignoranz zu bekämpfen und humanitäre Anliegen zu fördern. Aber was bei all dem besonders beeindruckend war, ist, dass Hawking es geschafft hat, sein Engagement für die Wissenschaft und einen sehr vollen Terminkalender aufrechtzuerhalten, während er sich mit einer degenerativen Krankheit befasst.
Über 50 Jahre lang lebte Hawking mit einer Krankheit, von der der Arzt ursprünglich dachte, dass sie ihm innerhalb von nur zwei Jahren das Leben nehmen würde. Und doch gelang es ihm nicht nur, seine größten wissenschaftlichen Beiträge im Umgang mit immer größer werdenden Mobilitäts- und Sprachproblemen zu leisten, sondern wurde auch zu einer Jet-Setting-Persönlichkeit, die um die ganze Welt reiste, um das Publikum anzusprechen und Menschen zu inspirieren.
Sein Tod wurde weltweit von Millionen betrauert und hinterließ in den Welten des berühmten Wissenschaftlers und Wissenschaftskommunikators Neil DeGrasse Tyson „ein intellektuelles Vakuum“. Zweifellos wird die Geschichte Dr. Hawking als einen der größten wissenschaftlichen Köpfe aller Zeiten zu Koryphäen wie Einstein, Newton, Galileo und Curie zählen.
Wir haben viele tolle Artikel über Stephen Hawking hier bei Universe Today. Hier ist eine über Hawking-Strahlung , Wie verdampfen Schwarze Löcher? , warum Hawking sein könnte Falsch über Schwarze Löcher , und neuere Experimente zu Replizieren Sie Hawking-Strahlung in einem Labor .
Und hier sind einige Video-Interviews, in denen Hawking anspricht, wie Gott ist für die Erschaffung des Universums nicht notwendig , und der Trailer für Theorie von allem .
Astronomy Cast bietet eine Reihe großartiger Podcasts, die sich mit Hawing und seinen Entdeckungen befassen, wie zum Beispiel: Folge 138: Quantenmechanik , und Fragen zeigen: Versteckte Fusion, die Geschwindigkeit von Neutrinos und Hawking-Strahlung .
Weitere Informationen finden Sie in Stephen Hawkings Webseite , und seine Seite unter Biografie.com
