Stephen Hawking ist gestorben: Was er geschafft hat

Stephen Hawking: Ein Jahundertgenie

Stephen Hawking war wohl der brillanteste Astrophysiker unserer Zeit und ist am Mittwoch verstorben. Doch seine Erkenntnisse bleiben uns als Menschheit erhalten. Menschlich war Hawking ein großer Mann. War er das auch wissenschaftlich? Darauf gibt es eine klare Antwort: Ja.

In Vergangenheit hat man in Kommentaren Hawking öfter unterstellt, seine Behinderung als Vorteil in der Wissenschaft auszunutzen. Hier präsentiere ich Hawking größten Entdeckungen:

Hawking
O Gott, ich könnte in eine Nußschale eingesperrt sein und mich für einen König von unermeßlichem Gebiete halten, wenn nur meine bösen Träume nicht wären.

1.Hawking-Strahlung

Die Hawking-Strahlung ist wohl Hawking größte Entdeckung. Schwarze Löcher verursachen gewisse Paradoxa. In der Thermodynamik gilt beispielsweise der Energieerhaltungssatz. In einem geschlossenen System, ohne äußere Einwirkung (wie dem Universum) kann die Menge an Energie nie höher oder geringer werden. Sie kann nur in Masse umgewandelt werden und umgekehrt, da sie laut Einstein äquivalent sind, also beliebig in einander umgewandelt werden können. Schwarze Löcher stellen aber wohl eine innere Grenze des Universums da, weshalb es paradox ist, dass Materie einfach im schwarzen Loch verschwinden kann. Stephen Hawking hat dieses Paradoxon aufgelöst, indem er gesagt hat, dass die Materie im schwarzen Loch erhalten bleibt und nach und nach vom schwarzen Loch in Form von Strahlung wieder ausgestoßen wird.

Das bedeutet, dass schwarze Löcher langsam verdampfen und das bedeutet wiederum, dass es eine Phase in einer weit entfernten Zukunft geben wird, in der es nur noch Elementarteilchen im Universum geben wird, da alle Sternleichen zerfallen und die schwarzen Löcher verdampft sind. Dann wird es eine dunkle Zeit im Universum geben, welche bis in alle Ewigkeit anhalten wird. Dank Hawking wissen wir, wie unser Universum enden wird. Wenn das keine wichtige Entdeckung ist, was dann?

2.Lösung des Problems der Urknall-Singularität

Vom Ende des Universum geht es nun an seinen Anfang. Blickt man Milliarden Jahre lang in die Vergangenheit, so wird das Universum immer kleiner, dichter und heißer, bis es schließlich zu einem unendlich kleinen und dichten schwarzen Loch wird. Das Zentrum dieser schwarzen Löchern ist eine sogenannte Singularität. Aber eine Theorie, die eine Singularität benötigt ist irgendwie blöd, denn hei versagen unsere Naturgesetze. Das bedeutet, dass wir nach dieser Theorie den Urknall nie verstehen werden. Welcher Astrophysiker lässt das schon gerne auf sich sitzen?

Nun kommt wieder Thermodynamik ins Spiel. Etwas kann eigentlich nicht einfach aus dem nichts entstehen. Doch das Universum war zum Zeitpunkt des Urknalls unendlich klein und es galten Quantengesetze. Und in der Quantenmechanik kann etwas eben schon aus dem nichts entstehen, muss dann aber auch wieder nach einer durch die Friedmann-Gleichung bestimmten Zeit verschwinden. Das ist unser Universum. Es entstand aus dem nichts und wird in einer bestimmten Zeit wieder ins nichts verschwinden. Die Friedmann-Gleichung stellt die Lebensdauer einer Quantenfluktuation in Zusammenhang mit ihrer Energie. Und das Universum hat tatsächlich eine relativ niedrige Energie. Es wird also noch eine gute Zeit lang dauern, bis es einfach so verschwindet.

3.Eigene Einräumung des Irrtums zur Kausalität

Nun hat Hawking herausgefunden, wie das Universum begann und wie es enden wird. Das bekräftigt die Vorstellung eines Zeitpfeils, also einer in eine Richtung laufenden Zeit. Das kann kein Zufall sein. Heute ist es bekannt, dass der Zeitpfeil kein physikalisches Gesetz ist, aber durch bestimmte Bedingungen nach dem Urknall die Zeit eine scheinbare Richtung bekommen hat. Hawking hat nun aber sein größtes Irrtum getroffen. Es ist unwahrscheinlich, aber im Rahmen des Möglichen, dass ich die Expansion des Universums in einiger Zeit umkehren wird und dass das Universum in einiger Zeit wieder in einem unendlich dichten, kleinen und heißen Punkt enden wird.

Hawking hat nun einen fatalen Fehler gemacht. Er hat behauptet, dass ab dem Moment, in den die Expansion umkehrt auch die Zeit rückwärts laufen wird und die Kausalität verletzt wird. Gläser würden wieder zusammenwachsen und Rühreier wieder zu einzelnen werden. Dass Tote aus ihren Gräber auferstehen und sich im Mutterleib verkriechen ist dann doch etwas zu strange. Das hat Hawking dann aber auch eingeräumt. Die Zeit würde weiterhin in die selbe Richtung laufen.

4.Das Higgs-Boson gefährdet das All

2012 wurde am CERN das Higgs-Boson entdeckt, was als Jahrtausendsensation gilt. Laut Hawking verleiht dieses Boson, den Teilchen, die mit ihm wechselwirken nicht nur seine Masse. Es bedroht auch das Universum. Es könnte dafür sorgen, dass unser Vakuum, welches ein sogenanntes falsches Vakkum ist in einen niedrigeren Energiezustand fallen. Die gesamte Materie, die momentan in unserem Energieniveau existiert, würde verschwinden. Unser Universum ist metastabil, das bedeutet es befindet sich momentan an der Grenze zur Stabilität. Um mehr über die Stabilität des Vakuums zu erfahren, muss man die Masse des Higgs-Bosons bestimmen. Das Ergebnis: 125 Gigaelektronenvolt – schlecht. Solch eine Masse deutet auf eine Instabilität des Vakuums hin.

Das falsche Vakuum ist voll mit Quantenfeldern und Quantenfluktuationen. Momentan ist das es leerste, was es in unserem Universum geben kann. Damit hat das Vakuum eine Energie ungleich null. Diese Energie kann deswegen noch weiter fallen – vielleicht bis zu einem echten Vakuum hin. Und bei jedem Übergang geht die gesamte Materie im aktuellen Energiezustand verloren. Beim Urknall könnte das frühere Vakuum aus einem höheren Energiezustand in den jetzigen zerfallen sein. Und ein System strebt immer dem geringsten Energiezustand hingegen – eben dem echten Vakuum.

Diese vier beeindruckenden Erkenntnisse werden uns für immer bleiben. So wie er auf Galileo und Einstein aufgebaut hat, wird das nächste Jahrhundertgenie auf Hawking aufbauen.

„Alle Wissenschaftler versuchen, an der Pyramide menschlichen Wissens weiter zu bauen. Ich hoffe, dass ich einen kleinen Stein dazutun konnte.“

Stephen Hawking

Das ist Hawking definitiv gelungen!

Danke fürs Teilen dieses Beitrags.

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