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 würde der volle Umfang ihrer Beiträge erst nach ihrem Tod gewürdigt. Aber diejenigen von uns, die heute noch leben, haben das Glück, einen großartigen Wissenschaftler unter uns zu haben, der beträchtliche Beiträge geleistet hat - Dr. Stephen Hawking.
Hawkings Arbeit in Kosmologie und theoretischer Physik wurde von vielen als "moderner Einstein" angesehen und war unter seinen Zeitgenossen unübertroffen. Neben seiner Arbeit über Gravitationssingularitäten und Quantenmechanik war er auch dafür verantwortlich, zu entdecken, dass Schwarze Löcher Strahlung emittieren. Darüber hinaus war Hawking eine kulturelle Ikone, die unzählige Anliegen unterstützte, in vielen Fernsehshows 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, waren beide Studenten an der Universität Oxford, wo Frank Medizin studierte und Isobel Philosophie, Politik und Wirtschaft studierte. Das Paar lebte ursprünglich in Highgate, einem Vorort von London, zog aber nach Oxford, um den Bombenanschlägen während des Zweiten Weltkriegs zu entkommen und sein Kind in Sicherheit zur Welt zu bringen. Die beiden würden zwei Töchter haben, Philippa und Mary, und einen Adoptivsohn, Edward.
Die Familie zog 1950 erneut um, diesmal nach St. Albans, Hertfordshire, weil Stephens Vater Leiter der Parasitologie am National Institute for Medical Research (heute Teil des Francis Crick Institute) wurde. Dort erlangte die Familie den Ruf, hochintelligent, wenn auch etwas exzentrisch zu sein. Sie lebten sparsam, lebten in einem großen, überfüllten und schlecht gepflegten Haus, fuhren in einem umgebauten Taxi herum und lasen ständig (sogar am Esstisch).
Bildung:
Hawking begann seine Schulzeit an der Byron House School, wo er Schwierigkeiten beim Lesenlernen hatte (was er später auf die „progressiven Methoden“ der Schule zurückführte). Während seiner Zeit in St. Albans besuchte der achtjährige Hawking das St. Albans High Schule für Mädchen für ein paar Monate (was zu der Zeit für jüngere Jungen erlaubt war). Im September 1952 wurde er für ein Jahr an der Radlett School eingeschrieben, blieb aber aufgrund der finanziellen Engpässe der Familie für den größten Teil seiner Teenagerjahre in St. Albans.
Dort fand Hawking viele Freunde, mit denen er Brettspiele spielte, Feuerwerkskörper, Modellflugzeuge und Boote herstellte und lange Diskussionen über Themen führte, die von Religion bis zu außersinnlicher 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 wurde „Einstein“ genannt. Inspiriert von seinem Lehrer Tahta beschloss er, Mathematik an der Universität zu studieren. Sein Vater hatte gehofft, dass sein Sohn Oxford besuchen und Medizin studieren würde, aber da es zu dieser Zeit dort nicht möglich war, Mathematik zu studieren, entschied sich Hawking für ein Studium der Physik und Chemie.
1959, als er erst 17 Jahre alt war, legte Hawking die Oxford-Aufnahmeprüfung ab und erhielt ein Stipendium. In den ersten 18 Monaten war er gelangweilt und einsam, weil er jünger als seine Kollegen war und die Arbeit „lächerlich einfach“ fand. Während seines zweiten und dritten Jahres unternahm Hawking größere Versuche, sich mit seinen Kollegen zu verbinden, und entwickelte sich zu einem beliebten Studenten, trat dem Oxford Boat Club bei und entwickelte ein Interesse an klassischer Musik und Science-Fiction.
Als es Zeit für seine Abschlussprüfung wurde, war Hawkings Leistung mangelhaft. Anstatt alle Fragen zu beantworten, konzentrierte er sich auf theoretische Fragen der Physik und vermied jegliches, was Faktenwissen erforderte. Das Ergebnis war eine Punktzahl, die ihn an die Grenze zwischen Ehrungen erster und zweiter Klasse brachte. Er brauchte eine erstklassige Auszeichnung für sein geplantes Studium der Kosmologie in Cambridge und musste eine Via (mündliche Prüfung) ablegen.
Hawking war besorgt darüber, dass er als fauler und schwieriger Schüler angesehen wurde, und beschrieb seine Zukunftspläne während der viva wie folgt: „Wenn Sie mir eine Premiere verleihen, werde ich nach Cambridge gehen. Wenn ich eine Sekunde bekomme, werde ich in Oxford bleiben, also erwarte ich, dass Sie mir eine Erste geben. “ Hawking wurde jedoch höher geschätzt als er glaubte und erhielt einen erstklassigen BA (Hons.) Abschluss, so dass er im Oktober 1962 seine Abschlussarbeit an der Universität Cambridge fortsetzen konnte.
Hawking hatte während seines ersten Promotionsjahres einige anfängliche Schwierigkeiten. Er fand seinen mathematischen Hintergrund für die Arbeit in der Allgemeinen Relativitätstheorie und Kosmologie unzureichend und wurde Dennis William Sciama (einer der Begründer der modernen Kosmologie) als seinen Vorgesetzten zugewiesen, anstatt den bekannten Astronomen Fred Hoyle (auf den er gehofft hatte).
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 hinuntergefallen war, und hatte auch Schwierigkeiten beim Rudern und Vorfälle von Sprachstörungen. Als die Diagnose 1963 gestellt wurde, geriet er in einen Zustand der Depression und hielt es für wenig sinnvoll, sein Studium fortzusetzen.
Seine Sichtweise änderte sich jedoch bald, als die Krankheit langsamer fortschritt als von den Ärzten vorhergesagt - zunächst hatte er zwei Jahre Zeit zu leben. Dann kehrte er mit der Ermutigung von Sciama zu seiner Arbeit zurück und erlangte schnell einen Ruf für Brillanz und Dreistigkeit. Dies wurde demonstriert, als er bei einem Vortrag im Juni 1964 öffentlich die Arbeit des bekannten Astronomen Fred Hoyle in Frage stellte, der berühmt dafür war, die Urknalltheorie abzulehnen.
Als Hawking sein Studium begann, gab es in der Physik viel Debatte über die vorherrschenden Theorien zur Erschaffung des Universums: die Urknall- und die Steady-State-Theorien. Im ersteren wurde das Universum in einer gigantischen Explosion konzipiert, in der alle Materie im bekannten Universum erschaffen wurde. In letzterem wird ständig neue Materie erzeugt, wenn sich das Universum ausdehnt. Hawking schloss sich schnell der Debatte an.
Hawking wurde von Roger Penrose inspiriert, dass im Zentrum eines Schwarzen Lochs eine Raumzeit-Singularität existiert - ein Punkt, an dem die zur Messung des Gravitationsfeldes eines Himmelskörpers verwendeten Größen unendlich werden. Hawking wandte dasselbe Denken auf das gesamte Universum an und schrieb 1965 seine Dissertation zu diesem Thema. Anschließend erhielt er ein Forschungsstipendium am Gonville and 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 Diagnose bei ALS getroffen 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 sagte später, 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 Raum-Zeit" war der zweite Platz beim Wettbewerb der Gravity Research Foundation von 1968 und wurde mit einem von Penrose ausgezeichnet, um den prestigeträchtigsten Adams-Preis von Cambridge für dieses Jahr zu gewinnen.
1970 wurde Hawking Teil des Sherman Fairchild Distinguished Scholars-Gastprofessurprogramms, das es ihm ermöglichte, am California Institute of Technology (Caltech) Vorlesungen zu halten. In dieser Zeit veröffentlichten er und Penrose einen Beweis, der die von Alexander Freidmann entwickelten Theorien der Allgemeinen Relativitätstheorie und der physikalischen Kosmologie einbezog.
Basierend auf Einsteins Gleichungen behauptete Freidmann, dass das Universum dynamisch sei und sich im Laufe der Zeit in seiner Größe verändere. Er behauptete auch, dass die Raumzeit eine Geometrie habe, die durch ihre Gesamtmasse / Energiedichte bestimmt werde. Wenn es gleich der kritischen Dichte 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)
Wenn das Universum nach dem Hawking-Penrose-Singularitätssatz den Modellen der allgemeinen Relativitätstheorie wirklich gehorcht hat, muss es als Singularität begonnen haben. Dies bedeutete im Wesentlichen, dass vor dem Urknall das gesamte Universum als Punkt unendlicher Dichte existierte, der die gesamte Masse und Raumzeit des Universums enthielt, bevor Quantenschwankungen dazu führten, dass es sich schnell ausdehnte.
Ebenfalls 1970 postulierte Hawking das, was als zweites Gesetz der Dynamik des Schwarzen Lochs bekannt wurde. Mit James M. Bardeen und Brandon Carter schlug er die vier Gesetze der Schwarzlochmechanik 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 Änderung der Energie mit der Änderung der Fläche, des Drehimpulses und der elektrischen Ladung zusammen. Der Horizontbereich ist unter der Annahme des schwachen Energiezustands 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 dem er vermutete, dass die Oberfläche von Schwarzen Löchern niemals abnehmen kann und daher der Menge an Energie, die sie emittieren, bestimmte Grenzen gesetzt werden können. Dieser Aufsatz wurde im Januar dieses Jahres mit dem Hawking the Gravity Research Foundation Award ausgezeichnet.
1973 erschien Hawkings erstes Buch, das er während seines Post-Doc-Studiums bei George Ellis schrieb. Betitelt, Die großräumige Struktur der RaumzeitDas Buch beschreibt die Grundlage des Raums selbst und die Natur seiner unendlichen Ausdehnung, indem er die Konsequenzen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie unter Verwendung der Differentialgeometrie untersucht.
Hawking wurde 1974, wenige Wochen nach der Ankündigung der Hawking-Strahlung, zum Fellow der Royal Society (FRS) gewählt (siehe unten). 1975 kehrte er nach Cambridge zurück und erhielt eine neue Position als Leser, die hochrangigen Akademikern mit einem angesehenen internationalen Ruf in Forschung oder Wissenschaft vorbehalten ist.
Mitte bis Ende der 1970er Jahre wuchs das Interesse an Schwarzen Löchern und den damit verbundenen Forschern. Als solches begann Hawkings öffentliches Profil zu wachsen und er erhielt eine erhöhte akademische und öffentliche Anerkennung, trat in Print- und Fernsehinterviews auf und erhielt zahlreiche Ehrenpositionen und Auszeichnungen.
In den späten 1970er Jahren wurde Hawking zum Lucasian Professor für Mathematik an der Universität von Cambridge gewählt, einer 1663 geschaffenen Ehrenposition, die als eine der angesehensten akademischen Positionen der Welt gilt. Vor Hawking gehörten zu seinen früheren Inhabern wissenschaftliche Größen wie Sir Isaac Newton, Joseph Larmor, Charles Babbage, George Stokes und Paul Dirac.
Sein Antrittsvortrag als Lucasianischer Professor für Mathematik trug den Titel: „Ist das Ende der theoretischen Physik in Sicht?“. Während der Rede schlug er N = 8 Supergravity vor - eine Quantenfeldtheorie, die die Gravitation in 8 Supersymmetrien beinhaltet - 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 einen Übergang in seiner Herangehensweise an die Physik, wurde intuitiver und spekulativer, anstatt auf mathematischen Beweisen zu bestehen. Ab 1981 konzentrierte sich Hawking auf die kosmologische Inflationstheorie und die Ursprünge des Universums.
Die Inflationstheorie, die Alan Guth im selben Jahr vorgeschlagen hatte, geht davon aus, dass sich das Universum nach dem Urknall zunächst sehr schnell ausdehnte, bevor es sich auf eine langsamere Expansionsrate einließ. Als Reaktion darauf präsentierte Hawking die Arbeit auf der Vatikan-Konferenz in diesem Jahr, wo er vorschlug, dass sie keine Grenze oder einen Beginn des Universums darstellen könnten.
Im Sommer 1982 organisierten er und sein Kollege Gary Gibbons an der Universität Cambridge einen dreiwöchigen Workshop zum Thema „The Very Early Universe“. Mit Jim Hartle, einem amerikanischen Physiker und Professor für Physik an der University of California, schlug er vor, dass das Universum in der frühesten Periode des Universums (auch bekannt als Planck-Epoche) keine räumliche Zeitgrenze hatte.
1983 veröffentlichten sie dieses Modell, das als Hartle-Hawking-Staat bekannt ist. Unter anderem wurde behauptet, dass es vor dem Urknall keine Zeit gab und das Konzept des Beginns des Universums daher bedeutungslos ist. Es ersetzte auch die anfängliche Singularität des Urknalls durch eine Region ähnlich dem Nordpol, von der man (ähnlich wie der echte Nordpol) nicht nördlich reisen kann, weil es ein Punkt ist, an dem sich Linien treffen, der keine Grenze hat.
Dieser Vorschlag sagte ein geschlossenes Universum voraus, das viele existenzielle Auswirkungen hatte, insbesondere auf die Existenz Gottes. Zu keinem Zeitpunkt schloss Hawking die Existenz Gottes aus und entschied sich dafür, Gott in einem metaphorischen Sinne zu verwenden, wenn er die Geheimnisse des Universums erklärte. Er schlug jedoch oft vor, dass die Existenz Gottes nicht notwendig sei, um den Ursprung des Universums oder die Existenz einer einheitlichen Feldtheorie zu erklären.
1982 begann er auch mit der Arbeit an einem Buch, das die Natur des Universums, die Relativitätstheorie und die Quantenmechanik auf eine Weise erklären sollte, die der Öffentlichkeit zugänglich ist. Dies veranlasste ihn, einen Vertrag mit Bantam Books zu unterzeichnen, um etwas zu veröffentlichen Eine kurze Geschichte der Zeit, dessen erster Entwurf er 1984 fertigstellte.
Nach mehreren Überarbeitungen wurde der endgültige Entwurf 1988 veröffentlicht und fand großen Anklang. Das Buch wurde in mehrere Sprachen übersetzt, blieb monatelang in den USA und in Großbritannien ganz oben auf der Bestsellerliste und verkaufte sich schließlich schätzungsweise 9 Millionen Mal. Die Aufmerksamkeit der Medien war intensiv und Newsweek Das Magazin-Cover und ein Fernsehspecial bezeichneten ihn als „Meister des Universums“.
Weitere Arbeiten von Hawking im Bereich der Zeitpfeile führten 1985 zur Veröffentlichung eines Papiers, in dem theoretisiert wurde, dass die Zeit rückwärts laufen würde, wenn der Satz ohne Grenzen korrekt wäre und das Universum nicht mehr expandieren und schließlich zusammenbrechen würde. Er würde dieses Konzept später zurückziehen, nachdem unabhängige Berechnungen es bestritten hatten, aber die Theorie lieferte wertvolle Einblicke in die möglichen Zusammenhänge zwischen Zeit und kosmischer Expansion.
In den 90er Jahren veröffentlichte Hawking weiterhin seine Theorien zu Physik, Schwarzen Löchern und dem Urknall und hielt Vorträge darüber. 1993 gab er zusammen mit Gary Gibbons ein Buch über die euklidische Quantengravitation heraus, eine Theorie, an der sie Ende der 70er Jahre gemeinsam gearbeitet hatten. Nach dieser Theorie kann ein Abschnitt eines Gravitationsfeldes in einem Schwarzen Loch unter Verwendung eines funktionalen Integralansatzes bewertet werden, so dass die Singularitäten vermieden werden können.
Im selben Jahr wurde eine beliebte Sammlung von Aufsätzen, Interviews und Vorträgen mit dem Titel: Schwarze Löcher und Babyuniversen und andere Essays wurde auch veröffentlicht. 1994 hielten Hawking und Penrose eine Reihe von sechs Vorträgen am Newton Institute in Cambridge, die 1996 unter dem Titel „Die Natur von Raum und Zeit“.
Es war auch in den 1990er Jahren, als wichtige Entwicklungen in Hawkings Privatleben stattfanden. 1990 leiteten er und Jane Hawking nach vielen Jahren angespannter Beziehungen ein Scheidungsverfahren ein, das auf seine Behinderung, die ständige Anwesenheit von Betreuern und seinen Prominentenstatus zurückzuführen war. Hawking heiratete 1995 erneut Elaine Mason, seine langjährige Betreuerin.
In den 2000er Jahren produzierte Hawking viele neue Bücher und neue Ausgaben älterer. Diese enthielten Das Universum auf den Punkt gebracht (2001), Eine kürzere Geschichte der Zeit (2005), und Gott schuf die ganzen Zahlen (2006). Er begann auch mit Jim Hartle von der University of California in Santa Barbara und der Europäischen Organisation für Kernforschung (CERN) zusammenzuarbeiten, um neue kosmologische Theorien zu entwickeln.
Zu den wichtigsten gehörte Hawkings "Top-Down-Kosmologie", die besagt, dass das Universum nicht einen einzigen, sondern viele verschiedene Anfangszustände hatte und dass es daher unangemessen ist, den aktuellen Zustand des Universums aus einem einzigen Anfangszustand vorherzusagen. In Übereinstimmung mit der Quantenmechanik geht die Top-Down-Kosmologie davon aus, 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 anspricht, dass Leben nur existieren kann, wenn bestimmte physikalische Einschränkungen in einem engen Bereich liegen. Durch das Angebot dieses neuen Modells der Kosmologie eröffnete Hawking die Möglichkeit, dass das Leben nicht an solche Einschränkungen gebunden ist und viel zahlreicher 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 trat er als Lucasian Professor für Mathematik in den Ruhestand, was gemäß den Bestimmungen der Universität Cambridge vorgeschrieben war. Hawking hat seitdem weiterhin als Forschungsdirektor am Institut für Angewandte Mathematik und Theoretische Physik der Universität Cambridge gearbeitet und keinen Hinweis auf eine Pensionierung gegeben.
"Hawking Radiation" und das "Black Hole Information Paradox":
In den frühen 1970er Jahren begann Hawking mit der Arbeit an dem sogenannten "No-Hair-Theorem". Basierend auf den Einstein-Maxwell-Gleichungen von Gravitation und Elektromagnetismus in der allgemeinen Relativitätstheorie stellte der Satz fest, dass alle Schwarzen Löcher vollständig durch nur drei extern beobachtbare klassische Parameter 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 in dieses fällt (für die „Haar“ als Metapher verwendet wird), hinter dem Ereignishorizont des Schwarzen Lochs und bleiben daher dauerhaft erhalten für externe Beobachter unzugänglich.
1973 reiste Hawking nach Moskau und traf die sowjetischen Wissenschaftler Yakov Borisovich Zel’dovich und Alexei Starobinsky. Während seiner Diskussionen mit ihnen über ihre Arbeit zeigten sie ihm, wie das Unsicherheitsprinzip zeigte, dass Schwarze Löcher Partikel emittieren sollten. Dies widersprach Hawkings zweitem Gesetz der Thermodynamik von Schwarzen Löchern (d. H. Schwarze Löcher können nicht kleiner werden), da dies bedeutete, dass sie durch Energieverlust Masse verlieren müssen.
Darüber hinaus unterstützte es eine Theorie von Jacob Bekenstein, einem Doktoranden der John Wheeler University, dass Schwarze Löcher eine endliche Temperatur und Entropie ungleich Null haben sollten. All dies widersprach dem „No-Hair-Theorem“ über schwarze Baumstämme. Hawking überarbeitete diesen Satz kurz danach und zeigte, dass unter Berücksichtigung quantenmechanischer Effekte schwarze Löcher bei einer 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 Forschungsergebnisse wurde die Entdeckung jedoch allgemein 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 letztendlich verschwinden - ein Phänomen, das als „Verdampfung“ des Schwarzen Lochs bekannt ist.
1981 schlug Hawking vor, dass Informationen in einem Schwarzen Loch unwiederbringlich verloren gehen, wenn ein Schwarzes Loch verdunstet, was als „Black Hole Information Paradox“ bekannt wurde. Dies besagt, dass physische Informationen dauerhaft in einem Schwarzen Loch verschwinden könnten, so dass sich viele physische Zustände in denselben Zustand verwandeln könnten.
Dies war umstritten, weil es zwei grundlegende Grundsätze der Quantenphysik verletzte. Im Prinzip sagt uns die Quantenphysik, dass vollständige Informationen über ein physikalisches System - d. H. Den Zustand seiner Materie (Masse, Position, Spin, Temperatur usw.) - in seiner Wellenfunktion bis zu dem Punkt codiert sind, an dem diese Wellenfunktion zusammenbricht. Dies führt wiederum zu zwei weiteren Prinzipien.
Der erste ist der Quantendeterminismus, der besagt, dass - bei gegebener Wellenfunktion - zukünftige Änderungen vom Evolutionsoperator eindeutig bestimmt werden. Die zweite ist die Reversibilität, die besagt, dass der Evolutionsoperator eine Inverse hat, was bedeutet, dass die Funktionen der vergangenen Welle ähnlich einzigartig sind. Die Kombination dieser Mittel bedeutet, dass die Informationen über den Quantenzustand der Materie immer erhalten bleiben müssen.
Hawking schlug vor, dass diese Informationen verschwinden, sobald ein Schwarz verdunstet ist, und schuf im Wesentlichen ein grundlegendes Paradoxon. Wenn ein Schwarzes Loch verdunsten kann, wodurch alle Informationen über eine Quantenwellenfunktion verschwinden, können Informationen tatsächlich für immer verloren gehen. Dies war Gegenstand einer anhaltenden Debatte unter Wissenschaftlern, die weitgehend ungelöst blieb.
Bis 2003 bestand unter den Physikern jedoch ein wachsender Konsens darüber, dass Hawking hinsichtlich des Informationsverlusts in einem Schwarzen Loch falsch lag. In einem Vortrag von 2004 in Dublin räumte er seine Wette mit seinem Kollegen John Preskill von Caltech (den er 1997 abschloss) ein, beschrieb jedoch seine eigene, etwas kontroverse Lösung für das paradoxe Problem - dass Schwarze Löcher möglicherweise mehr als eine Topologie haben.
In dem von ihm 2005 veröffentlichten Artikel zum Thema „Informationsverlust in schwarzen Löchern“ argumentierte er, dass das Informationsparadoxon durch die Untersuchung aller alternativen Geschichten von Universen erklärt wurde, wobei der Informationsverlust bei Menschen mit Schwarzen Löchern von Menschen ohne aufgehoben wurde . Seit Januar 2014 beschreibt Hawking das Black Hole Information Paradox als seinen „größten Fehler“.
Sonstige Leistungen:
Stephen Hawking hat nicht nur unser Verständnis von Schwarzen Löchern und Kosmologie durch die Anwendung der allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantenmechanik verbessert, sondern auch entscheidend 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 Fernsehshows, Filme und sogar für den Pink Floyd-Song „Keep Talking“ durchgeführt.
Eine Filmversion von Eine kurze Geschichte der ZeitHawking, der von Errol Morris inszeniert und von Steven Spielberg produziert wurde, hatte 1992 Premiere. Er wollte, dass der Film eher wissenschaftlich als biografisch ist, aber er war davon überzeugt. 1997 eine sechsteilige Fernsehserie Stephen Hawkings Universum Premiere auf PBS, mit einem Begleitbuch, das ebenfalls veröffentlicht wird.
2007 veröffentlichten Hawking und seine Tochter Lucy Georges geheimer Schlüssel zum Universum, ein Kinderbuch, das die theoretische Physik auf leicht zugängliche Weise erklären soll und ähnliche Charaktere wie die Hawking-Familie enthält. 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 Krankheiten zu tun haben, und sein Engagement für das Bewusstsein und die Forschung für Behinderungen war beispiellos. Um die Jahrhundertwende unterzeichneten er und elf andere Leuchten gemeinsam mit Rehabilitation International das Charta für das dritte Jahrtausend der Behinderung, die Regierungen auf der ganzen Welt aufforderte, Behinderungen vorzubeugen und Behindertenrechte zu schützen.
Motiviert von dem Wunsch, das öffentliche Interesse an der Raumfahrt zu erhöhen und das Potenzial von Menschen mit Behinderungen aufzuzeigen, nahm er 2007 an einem Schwerelosigkeitsflug in einem „Vomit Comet“ teil - einem speziell angepassten Flugzeug, das durch die Luft taucht und klettert, um das zu simulieren Gefühl der Schwerelosigkeit - mit freundlicher Genehmigung der Zero Gravity Corporation, bei der er acht Mal Schwerelosigkeit erlebte.
Im August 2012 erzählte Hawking das Segment „Aufklärung“ der Eröffnungszeremonie der Sommerparalympics 2012. Im September 2013 drückte er seine Unterstützung für die Legalisierung des assistierten Selbstmordes für todkranke Menschen 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, kein Eis über ihn zu gießen, aber seine Kinder meldeten sich freiwillig, um die Herausforderung in seinem Namen anzunehmen.
Während seiner Karriere war Hawking auch ein engagierter Pädagoge, der 39 erfolgreiche Doktoranden persönlich betreut hat. Er hat auch der laufenden Suche nach außerirdischer Intelligenz und der Debatte über die Entwicklung von Robotern und künstlicher Intelligenz seinen Namen verliehen. Am 20. Juli 2015 half Stephen Hawking beim Start von Breakthrough Initiatives, einer Suche nach außerirdischem Leben im Universum.
Ebenfalls im Jahr 2015 verlieh Hawking seine Stimme und seinen Prominentenstatus der Förderung der globalen Ziele, einer Reihe von 17 Zielen, die vom Gipfel der Vereinten Nationen für nachhaltige Entwicklung verabschiedet wurden, um extreme Armut, soziale Ungleichheit und die Beseitigung des Klimawandels im Laufe des nächsten Jahres zu beenden 15 Jahre.
Ehrungen und Vermächtnis:
Wie bereits erwähnt, wurde Hawking 1974 zum Fellow der Royal Society (FRS) gewählt und war einer der jüngsten Wissenschaftler, die Fellow wurden. Zu dieser Zeit lautete seine Nominierung:
Hawking hat wichtige Beiträge zur allgemeinen Relativitätstheorie geleistet. Diese beruhen auf einem tiefen Verständnis dessen, was für Physik und Astronomie relevant ist, und insbesondere auf der Beherrschung völlig neuer mathematischer Techniken. Nach der Pionierarbeit von Penrose stellte er teilweise allein und teilweise in Zusammenarbeit mit Penrose eine Reihe sukzessive stärkerer Theoreme auf, die das grundlegende Ergebnis begründeten, dass alle realistischen kosmologischen Modelle Singularitäten besitzen müssen. Mit ähnlichen Techniken hat Hawking die Grundsätze zu den Gesetzen für Schwarze Löcher bewiesen: dass stationäre Lösungen von Einsteins Gleichungen mit glatten Ereignishorizonten notwendigerweise achsensymmetrisch 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 Autor einer beeindruckenden und originellen Abhandlung über „Raumzeit im Großen.
Weitere wichtige Arbeiten von Hawking befassen sich mit der Interpretation kosmologischer Beobachtungen und dem Design von Gravitationswellendetektoren.
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 wurde Hawking mit der amerikanischen Franklin-Medaille ausgezeichnet, gefolgt von einer Medaille als Befehlshaber des Ordens des britischen Empire (CBE) im folgenden Jahr. Für den Rest des Jahrzehnts wurde er dreimal ausgezeichnet, zunächst 1985 mit der Goldmedaille der Royal Astronomical Society, 1987 mit der Paul Dirac-Medaille und 1988 gemeinsam mit Penrose mit dem renommierten Wolfspreis. 1989 wurde er ausgezeichnet wurde zum Mitglied des Ordens der Ehrengefährten (CH) ernannt, lehnte jedoch angeblich eine Ritterschaft ab.
1999 wurde Hawking mit dem Julius Edgar Lilienfeld Preis der American Physical Society ausgezeichnet. Nach einer britischen Abstimmung im Jahr 2002 nahm ihn die BBC in ihre Liste der 100 größten Briten auf. In jüngerer Zeit wurde Hawking von der Royal Society (2006) mit der Copley-Medaille, der Presidential Medal of Freedom, der höchsten zivilen Auszeichnung Amerikas (2009) und dem Russian Special Fundamental Physics Prize (2013) ausgezeichnet.
Mehrere Gebäude wurden nach ihm benannt, darunter das Stephen W. Hawking-Wissenschaftsmuseum in San Salvador, El Salvador, das Stephen Hawking-Gebäude in Cambridge und das Stephen Hawking-Zentrum am Perimeter Institute in Kanada. Und angesichts der Assoziation von Hawking mit der Zeit wurde er ausgewählt, um den mechanischen „Chronophagen“ zu enthüllen - auch bekannt als. die Korpusuhr - am Corpus Christi College Cambridge im September 2008.
Ebenfalls 2008 erhielt Hawking auf seiner Reise nach Spanien den Fonseca-Preis - eine jährliche Auszeichnung der Universität von Santiago de Compostela, die an herausragende Leistungen in der Wissenschaftskommunikation vergeben wird. Hawking wurde für seine Auszeichnung für seine „außergewöhnliche Beherrschung der Popularisierung komplexer Konzepte in der Physik am äußersten Rand unseres gegenwärtigen Verständnisses des Universums, kombiniert mit höchster wissenschaftlicher Exzellenz und als weltweite Referenz der Wissenschaft weltweit, ausgezeichnet. ”
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 von 2004 mit Benedict Cumberbatch in der Titelrolle; der Dokumentarfilm von 2013 mit dem Titel „Hawking“ von Stephen Finnigan.
Zuletzt gab es den Film 2014 Die Theorie von allem das zeichnete das Leben von Stephen Hawking und seiner Frau Jane auf. Unter der Regie von James Marsh spielt der Film Eddie Redmayne als Professor Hawking und Felicity Jones als Jane Hawking.
Tod:
Dr. Stephen Hawking starb in den frühen Morgenstunden des 14. März 2018 in seinem Haus in Cambridge. Nach einer Aussage seiner Familie starb er friedlich. Er war 76 Jahre alt und wird von seiner ersten Frau Jane Wilde und ihren drei Kindern Lucy, Robert und Tim überlebt.
Letztendlich war Stephen Hawking der wohl berühmteste Wissenschaftler der Neuzeit. Seine Arbeit auf dem Gebiet der Astrophysik und der Quantenmechanik hat zu einem Durchbruch in unserem Verständnis von Zeit und Raum geführt und wird wahrscheinlich von Wissenschaftlern über Jahrzehnte hinweg übergossen. Darüber hinaus hat er mehr als jeder lebende Wissenschaftler getan, um die Wissenschaft für die breite Öffentlichkeit zugänglich und interessant zu machen.
Um das Ganze abzurunden, bereiste er die ganze Welt und hielt Vorträge zu Themen wie Wissenschaft und Kosmologie, Menschenrechte, künstliche Intelligenz und die Zukunft der Menschheit. Er nutzte auch den Prominentenstatus, um die Ursachen für wissenschaftliche Forschung, Weltraumforschung, Behindertenbewusstsein und humanitäre Zwecke voranzutreiben, wo immer dies möglich war.
In all diesen Punkten war er seinem Vorgänger Albert Einstein sehr ähnlich - einem weiteren einflussreichen Wissenschaftler, der zum Prominenten wurde und seine Kräfte sicher einsetzen würde, um Unwissenheit zu bekämpfen und humanitäre Zwecke zu fördern. But what was especially impressive in all of this is that Hawking has managed to maintain his commitment to science and a very busy schedule while dealing with a degenerative disease.
For over 50 years, Hawking lived with a disease that doctor’s initially thought would take his life within just two. And yet, he not only managed to make his greatest scientific contributions while dealing with ever-increasing problems of mobility and speech, he also became a jet-setting personality who travelled all around the world to address audiences and inspire people.
His passing was mourned by millions worldwide and, in the worlds of famed scientist and science communicator Neil DeGrasse Tyson , “left an intellectual vacuum in its wake”. Without a doubt, history will place Dr. Hawking among such luminaries as Einstein, Newton, Galileo and Curie as one of the greatest scientific minds that ever lived.
We have many great articles about Stephen Hawking here at Space Magazine. Here is one about Hawking Radiation, How Do Black Holes Evaporate?, why Hawking could be Wrong About Black Holes, and recent experiments to Replicate Hawking Radiation in a Laboratory.
And here are some video interviews where Hawking addresses how God is not necessary for the creation of the Universe, and the trailer for Theory of Everything.
Astronomy Cast has a number of great podcasts that deal with Hawing and his discoveries, like: Episode 138: Quantum Mechanics, and Questions Show: Hidden Fusion, the Speed of Neutrinos, and Hawking Radiation.
For more information, check out Stephen Hawking’s website, and his page at Biography.com
