Im Anfang schuf Gott den Himmel und die Erde.... Und Gott machte zwei große Lichter, das größere Licht, um den Tag zu beherrschen, und das kleinere Licht, um die Nacht zu beherrschen; und er machte auch die Sterne.... So wurden der Himmel und die Erde vollendet und ihr ganzes Heer. Und am siebten Tag vollendete Gott sein Werk, das er gemacht hatte; und er ruhte am siebten Tag von all seinem Werk, das er gemacht hatte."
Auch wenn diese biblische Version über den Beginn des Universums umstritten ist, so ist doch unbestritten, dass das Universum tatsächlich irgendwie begonnen hat. Doch bei der Betrachtung dieses Themas stellen sich einige der großen unbeantworteten Fragen des Lebens: Wie ist das alles - wir, diese Erde, dieses Universum - entstanden? Diese Fragen werden auch als die ewigen Fragen bezeichnet, die seit jeher den Sinn der Menschheit für das Wunderbare beanspruchen.
Der Interviewpartner dieses Monats ist unter anderem deshalb bemerkenswert, weil er vielleicht einer der wenigen Menschen ist, die Antworten auf diese Fragen haben. In einem Bereich, in dem Genialität alltäglich ist, wird der Physiker Stephen W. Hawking von seinen Kollegen als "der intellektuelle Nachfolger Einsteins" bezeichnet.
Doch seine intellektuellen Fähigkeiten sind nur eines der Dinge, die Hawking von den meisten Menschen unterscheidet. Seit 27 Jahren stirbt er langsam an einer Motoneuronenkrankheit, der amyotrophen Lateralsklerose, auch Lou-Gehrig-Krankheit genannt. Mit dem Fortschreiten der Krankheit ist er an den Rollstuhl gefesselt, kann sich praktisch nicht mehr bewegen und seit vier Jahren auch nicht mehr sprechen. Die Krankheit hat seinen Geist jedoch nicht beeinträchtigt, und nach Ansicht einiger seiner Kollegen hat sich seine intellektuelle Leistungsfähigkeit seit dem Ausbruch der Krankheit sogar noch gesteigert.
Mit außerordentlicher Willenskraft hat Hawking seine Forschungen fortgesetzt, seine Schriften verfasst und die Öffentlichkeit über die Arbeit auf seinem Gebiet informiert. Er tut dies mit Hilfe eines hoch entwickelten Computers. Ein mit dem Gerät verbundener Bildschirm ist an der Vorderseite seines Elektrorollstuhls angebracht, und er ist in der Lage, Sätze zu verfassen, indem er Wörter aus Wörterbuchlisten auswählt, die auf dem Bildschirm angezeigt werden. Mit den wenigen Fingern beider Hände, die er noch bewegen kann, steuert er einen Cursor auf das richtige Wort oder den richtigen Satz. Der Computer kann dann die von ihm verfassten Sätze in eine flach klingende, HAL-ähnliche Stimme umwandeln. Er kann auch bestimmte Wörter, die Hawking auswählt, direkt in mathematische Gleichungen umwandeln.
Hawking fühlt sich auch verpflichtet, selbst in der kurzen Zeit, die ihm noch bleibt, eine breitere Öffentlichkeit zu erreichen. Er hat ein äußerst populäres Buch geschrieben, "Eine kurze Geschichte der Zeit", das bisher 91 Wochen lang auf der Bestsellerliste der New York Times stand. Obwohl es versucht, das esoterische Thema der Kosmologie auf eine verständliche Ebene zu bringen, ist es für die meisten Menschen, die kein Physikstudium absolviert haben, eine schwierige Lektüre. In diesem Interview, das den Physiker sehr ermüdet und belastet hat, versucht Hawking, das Thema noch weiter zu verbreiten.
1970 legten Hawking und sein Mathematiker- und Physiker-Kollege Roger Penrose eine gemeinsame Arbeit vor, in der sie die Theorie stützten, dass das Universum mit dem so genannten Urknall begann. Das heißt, zu einem bestimmten Zeitpunkt wurde die gesamte Materie im Universum zu einem unendlich dichten Zustand verdichtet, der als "Singularität" bezeichnet wird. Durch irgendeine Kraft (die einen obersten Schöpfer nicht ausschließt) wurde diese Energie freigesetzt, um die gesamte Materie im Universum zu schaffen. Hawking hatte neue mathematische Techniken entwickelt, um Penroses frühere Theorie aus dem Jahr 1965 zu beweisen, wonach ein Stern, der unter seiner eigenen Schwerkraft kollabiert, letztlich auf die Größe und das Volumen Null schrumpfen kann, wodurch ein so genanntes Schwarzes Loch entsteht. Sie postulierten, dass, wenn dies geschehen kann, auch der umgekehrte Fall möglich ist: Ein schwarzes Loch kann irgendwann dazu gebracht werden, seine Energie freizusetzen, um wieder Materie zu bilden - wie zum Beispiel bei der Schöpfung.
Die Hawking-Penrose-Theorie ist heute die allgemein anerkannte Theorie über den Beginn des Universums. Doch wie es sich für Hawkings Persönlichkeit und seinen unerbittlichen Intellekt gehört, bestreitet er nun seine eigenen Ergebnisse und fordert eine klarere Formulierung der Theorie. Er behauptet, dass auch Quanteneffekte (das Verhalten von Teilchen auf atomarer und subatomarer Ebene) berücksichtigt werden sollten. Hawking und Jim Hartle von der Universität von Kalifornien haben darüber hinaus eine neue Hypothese ("keine Randbedingung") vorgeschlagen, die, wenn sie mit anderen Konzepten der Physik angewendet wird, den Beginn unseres Universums erklären könnte.
Dies wiederum könnte zur Entwicklung einer "vereinheitlichten" Theorie führen, wie die gesamte Materie, von der galaktischen bis zur subatomaren, zusammenhängt. Dieser Suche - dem Heiligen Gral der Physik - hat Hawking die letzten Jahre seiner Arbeit gewidmet. Es ist dieselbe Suche, die Einstein ein halbes Jahrhundert lang verfolgte.
Hawking ist Lucasian Professor für Mathematik an der Universität Cambridge, ein Lehrstuhl, den einst der Vater der modernen Physik, Isaac Newton, innehatte. Hawkings Welt ist natürlich weitgehend eine Welt des Geistes. In dieser Welt gibt es mathematische Konstruktionen von Raum und Zeit, nie gesehene Elementarteilchen, schwarze Löcher, Neutronensterne, weiße Zwerge und Wurmlöcher im Raum, durch die Zeitreisen theoretisch möglich sind. Für Hawking ist es ein grenzenloser Ort, an dem der Fantasie keine Grenzen gesetzt sind.
Um Hawking zu interviewen, schickte der Playboy den freien Journalisten Morgan Strong an die ehrwürdige Cambridge University am Ufer des Flusses Cam in England. Hier ist sein Bericht:
"Im Spätsommer ist Cambridge eine rauschende kleine Stadt. Sie ist nicht mit Cambridge-Studenten, sondern mit Horden von italienischen, französischen und amerikanischen Studenten gefüllt. Gegen eine ziemlich saftige Gebühr kommen sie jeden Sommer, um die alten Gemächer zu bewohnen und durch die sorgfältig gepflegten Gärten der Old Cambridge Quads zu spazieren.
"Inmitten dieses Campus-Trubels sah ich zum ersten Mal Stephen Hawking, der in seinem motorisierten Rollstuhl die kopfsteingepflasterte Straße zu seinem Büro hinauffuhr. Ich stand an der Tür. Unser Termin war für den späteren Nachmittag angesetzt, und ich hatte gerade seine Sekretärin gebeten, mir zu bestätigen, dass er noch stattfand. Hawking war in den letzten Tagen krank gewesen und hatte sich nicht gemeldet. Das und eine Reihe von Ehrungen, die ihm kürzlich zuteil geworden waren - er war gerade von der Königin zum Companion of Honour ernannt worden und hatte im Buckingham Palace zu Mittag gegessen - hatten unseren Zeitplan ziemlich durcheinander gebracht.
"Ich hielt es für angebracht, hinüberzugehen und mich vorzustellen. Hawking saß zusammengesunken in seinem Rollstuhl, den Kopf nach rechts weggedreht, die Augen offen und nach unten starrend. Er bewegte sich nicht, als ich ihn begrüßte. Er war schwer krank, sicherlich schwerer, als ich es verstanden hatte. Er sah furchtbar gebrechlich und klein aus; er konnte nicht mehr als 100 Pfund gewogen haben. Ich wiederholte meinen Namen und erklärte, dass ich wegen des "Playboy-Interviews" da sei. Diesmal lächelte Hawking, bewegte sich aber sonst nicht.
"Er begann, einen kleinen Regler in seiner rechten Hand zu umklammern, und ein an seinem Rollstuhl montierter Computerbildschirm leuchtete auf. Mühsam wählte er Wörter aus Listen aus, die oben auf dem Bildschirm erschienen, und formte einen Satz. Hallo, ich treffe Sie um 14.30 Uhr", stand auf dem Bildschirm. Dann ertönte eine körperlose Stimme von irgendwo aus dem Stapel von Geräten, Kabeln und Batterien auf der Rückseite seines Rollstuhls und wiederholte die Worte auf dem Bildschirm.
"Er lächelte wieder und bewegte mit einiger Mühe seine linke Hand zur Armlehne des Rollstuhls. Er drückte einen Schalter, und der Rollstuhl fuhr durch den Bogen in den Innenhof seines Bürogebäudes, seine Krankenschwester folgte ihm.
"In den nächsten Tagen war ich jeden Tag mehrere Stunden lang in Hawkings Gesellschaft - in seinem Haus, in seinem Büro und an einem Abend als sein Gast, der ihn und seine Mutter zum Abendessen in den Speisesaal des Gonville and Caius College begleitete.
"Er scheint die Krankheit, die ihn buchstäblich heimgesucht hat, völlig zu ignorieren. Er macht einfach weiter und tut sein Bestes, um sie zu ignorieren. Aber niemand, der ihn sieht oder Zeit mit ihm verbringt, kann das Gleiche tun. Ich habe in Kriegszeiten und in terroristischen Gebieten Interviews geführt, die zu Ausdauerwettbewerben wurden. Aber die vielen Stunden, die Hawking und ich mit diesem Interview verbracht haben, waren schmerzhafter als all die anderen in der Vergangenheit. Ich glaube sogar, dass sie für mich eine größere mentale Qual waren als für Hawking. Er schaffte es immer wieder, Humor und Witz in das Gespräch einzubringen, selbst wenn er sich sichtlich unwohl fühlte.
"Wenn Hawking körperliche Einschränkungen hat, scheinen sie ihm unbekannt zu sein. An dem Abend, an dem wir zusammen zu Abend aßen, nachdem wir das College verlassen hatten, gingen seine Mutter und ich vorsichtig über einen schlecht beleuchteten Feldweg durch ein kleines Waldgebiet zu seinem Haus. Hawking fuhr in seinem Rollstuhl voraus, begleitet von seiner Krankenschwester. Plötzlich stellte er ihn auf den Boden. Dieser zerbrechliche, kleine Mann, der völlig verletzlich war, raste durch die Nacht davon und ließ seine Pflegerin, die verzweifelt versuchen musste, ihn einzuholen, weit hinter sich. Er fuhr unberechenbar und schlängelte sich wild von einer Seite zur anderen, der River Cam war nur wenige Meter vom Weg entfernt.
"Er hielt erst an, als er die etwa 50 Meter entfernte Hauptstraße erreicht hatte, die an den Park grenzte, und dann auch nur für ein paar Sekunden. Er raste auf die Straße hinaus und überquerte einen Zebrastreifen, wodurch der Verkehr abrupt gestoppt wurde. (Glücklicherweise halten britische Autofahrer an, wenn ein Fußgänger den Zebrastreifen betritt. Wäre dies in New York der Fall gewesen, wäre die Welt sicher um einen Physiker ärmer gewesen.)
"Hawking raste über die Kreuzung und auf die Mitte der Straße und raste außer Sichtweite in Richtung seines Hauses, das einige Blocks entfernt lag. Als die Krankenschwester hinter ihm her torkelte, erklärte mir seine Mutter ruhig: 'Stephen muss müde sein; er hat es immer eilig, nach Hause zu kommen, wenn er müde ist.'
"Das war ich auch."
Hallo, Professor Hawking.
Hawking: Hallo, wie geht es Ihnen? Bitte verzeihen Sie meinen amerikanischen Akzent.[Lächelt]
Ihr Computer klingt wie ein Midwesterner. Können Sie uns ein wenig über Ihr früheres Leben erzählen, bevor die Geheimnisse des Universums Ihr Interesse geweckt haben?
Ja. Ich wurde am 8. Januar 1942 geboren, auf den Tag genau dreihundert Jahre nach dem Tod von Galilei. Ich wurde in Oxford geboren - obwohl meine Eltern in London wohnten -, weil Oxford während des Krieges ein guter Ort war, um dort zu sein.
Galilei wurde wegen seiner Theorien über das Universum von der katholischen Kirche wegen Ketzerei verurteilt und inhaftiert. Hatte er etwas mit Ihnen gemeinsam?
Ja. Aber ich schätze, dass an diesem Tag auch etwa zweihunderttausend andere Babys geboren wurden.[Lächelt] Und ich weiß nicht, ob sich eines von ihnen später für die Astronomie interessiert hat.
Sie hatten ein wenig Ärger mit dem derzeitigen Papst. Hat er Sie nicht davor gewarnt, in Ihrer Arbeit zu weit zu gehen?
Ja. Es gibt zwei Ansichten über das Universum. Die eine besagt, dass es von geheimnisvollen spirituellen Kräften beherrscht wird, die man nie richtig versteht. Die andere ist, dass es von rationalen Gesetzen beherrscht wird, die in mathematischen Theoremen formuliert werden können. Es ist klar, welche Ansicht ich vertrete.
Ja, Sie wollen auf der Grundlage wissenschaftlicher Erkenntnisse herausfinden, wie das Universum entstanden ist. Aber die Kirchenführer glauben, dass sie dieses Verständnis bereits haben, nicht wahr?
Die Geschichte der menschlichen Zivilisation ist eine Geschichte der allmählichen Entdeckung von mehr und mehr wissenschaftlichen Gesetzen, die einen immer größeren Teil unserer Erfahrung bestimmen. Ich sehe keinen Grund, warum das nicht so weitergehen sollte, bis wir eine vollständige, einheitliche Theorie für alles im Universum haben. Ich halte nichts von der Mystik. Ich denke, sie ist eine weiche Option für diejenigen, die nicht bereit sind, sich die Mühe zu machen, die rationalen Gesetze zu verstehen, die das Universum regieren. Ich denke, dass die Kirchenführer seit Galilei gelernt haben, sich nicht über die Kosmologie zu äußern.
Um auf Ihre persönliche Geschichte zurückzukommen: Sie hatten eine eher konventionelle Kindheit. Während Ihrer Schulzeit gab es keine peinlichen Demonstrationen pubertärer Brillanz.
Ja. Ich besuchte eine öffentliche Schule - das, was die Amerikaner eine Privatschule nennen -, Saint Albans. Mein Vater wollte, dass ich auf die Westminster School gehe, eine der großen Privatschulen. Er war selbst auf eine kleinere öffentliche Schule gegangen und hatte das Gefühl, dass ihn das immer behindert hatte. Aber in Saint Albans erhielt ich eine ebenso gute oder bessere Ausbildung als in Westminster. In der Schule war ich nie weiter als bis zur Hälfte der Klasse.
Es gibt Hoffnung für uns alle. Sie waren wirklich nur ein durchschnittlicher Schüler?
[Als ich zwölf war, wettete einer meiner Freunde mit einem anderen Freund um eine Tüte Bonbons, dass ich es nie zu etwas bringen würde. Ich weiß nicht, ob die Wette jemals eingelöst wurde und wenn ja, wie sie ausgegangen ist.
Nach Saint Albans haben Sie an der Universität Physik studiert.
Nun, mein Vater war Arzt und wollte, dass ich an seinem alten College, dem University College in Oxford, Medizin studiere. Ich wollte Mathematik studieren, mehr Mathematik und Physik. Aber mein Vater war der Meinung, dass es im Bereich der Mathematik keine Arbeit geben würde, abgesehen vom Lehrerberuf. Deshalb ließ er mich Chemie, Physik und nur ein wenig Mathematik studieren. Ich bin dann 1959 auf das University College gegangen, um Physik zu studieren, denn das war das Fach, das mich interessierte, weil die Physik die Gesetze des Universums regelt.
Sie hatten sich also schon früh entschieden, was Sie machen wollten?
Ja. Seit ich zwölf Jahre alt war, wollte ich Wissenschaftler werden. Und die Kosmologie schien mir die grundlegendste Wissenschaft zu sein.
Während Ihrer Zeit in Oxford waren Sie, wie wir wissen, ein eher unauffälliger Student.
Die meisten anderen Studenten in Oxford in meinem Jahrgang hatten ihren Militärdienst abgeleistet und waren viel älter. Ich fühlte mich während meines ersten und eines Teils des zweiten Jahres ziemlich einsam. Erst in meinem dritten Jahr fühlte ich mich in Oxford wirklich wohl. Damals herrschte dort eine sehr lockere, arbeitsfeindliche Einstellung.
In Oxford sollte man brillant sein, ohne sich anzustrengen, oder man sollte seine Grenzen akzeptieren und einen Abschluss der vierten Klasse erreichen. Hart zu arbeiten, um einen besseren Abschluss zu erreichen, galt als Zeichen eines grauen Mannes, das schlimmste Adjektiv im Oxford-Vokabular.
Heute würde man es vielleicht als Nerd bezeichnen.
Jedenfalls war das Physikstudium in Oxford so angelegt, dass es besonders einfach war, sich vor der Arbeit zu drücken. Ich machte eine Prüfung, bevor ich nach oben ging, und hatte dann drei Jahre in Oxford, mit nur den Abschlussprüfungen am Ende. Ich habe einmal ausgerechnet, dass ich in diesen drei Jahren etwa tausend Stunden gearbeitet habe, im Durchschnitt eine Stunde pro Tag. Darauf bin ich nicht stolz; ich beschreibe nur die damalige Einstellung, die ich mit meinen Kommilitonen teilte - eine Einstellung der völligen Langeweile und des Gefühls, dass es sich nicht lohnt, sich anzustrengen.
In Ihrem letzten Studienjahr in Oxford wurde bei Ihnen ALS, Amyotrophe Lateralsklerose, auch bekannt als Lou-Gehrig-Krankheit, diagnostiziert, die innerhalb kürzester Zeit tödlich sein soll. Das muss Sie verändert haben.
Ja. Wenn man mit der Möglichkeit eines frühen Todes konfrontiert wird, wird einem klar, dass das Leben lebenswert ist und dass es viele Dinge gibt, die man tun möchte.
Laut Zeitungsinterviews und einem kürzlichen 20/20-Beitrag von Hugh Downs auf ABC-TV haben Sie nach Ihrer Diagnose einfach aufgegeben und sich ein paar Jahre lang dem Alkohol hingegeben.
Das ist eine gute Geschichte, aber sie ist nicht wahr.
Was geschah dann?
Die Erkenntnis, dass ich eine unheilbare Krankheit habe, die mich wahrscheinlich in ein paar Jahren umbringen wird, war ein ziemlicher Schock. Warum sollte mir das passieren? Warum sollte ich auf diese Weise abgeschnitten werden? Aber als ich im Krankenhaus lag, sah ich, wie ein Junge im Bett gegenüber von mir an Leukämie starb. Das war kein schöner Anblick. Es gab eindeutig Menschen, denen es schlechter ging als mir. Wann immer ich dazu neige, mich selbst zu bemitleiden, denke ich an diesen Jungen.
Und Sie haben nicht, wie berichtet, ein langes Saufgelage hinter sich gebracht?
Ich habe mir Wagner angehört, aber die Berichte, dass ich viel getrunken habe, sind übertrieben. Das Problem ist, dass, sobald es in einem Artikel stand, andere es übernommen haben, weil es eine gute Geschichte ist. Alles, was so oft gedruckt wurde, muss wahr sein.
Trotzdem ist es erstaunlich, dass Sie so mild reagiert haben. Die meisten Leute hätten vielleicht aufgegeben - oder wären auf diesen Suff gegangen.
Meine Träume waren eine Zeit lang gestört. Bevor meine Krankheit diagnostiziert wurde, war ich sehr gelangweilt vom Leben. Es schien nichts zu geben, was sich zu tun lohnte. Aber kurz nachdem ich aus dem Krankenhaus entlassen wurde, träumte ich. Ich träumte, dass ich hingerichtet werden sollte. Plötzlich wurde mir klar, dass es eine Menge lohnender Dinge gibt, die ich tun könnte, wenn ich begnadigt würde. Ein anderer Traum, den ich mehrmals hatte, war, dass ich mein Leben opfern würde, um andere zu retten. Denn wenn ich sowieso sterben würde, könnte ich damit etwas Gutes bewirken.
Macht Sie diese schreckliche Krankheit nicht wütend?
Ja. Ich bin ein normaler Mensch mit normalen Bedürfnissen und Gefühlen.
Sie haben kurz nach Ihrer Diagnose geheiratet und eine Familie gegründet.
Ja, ich habe mich mit Jane Wilde verlobt, die ich ungefähr zu der Zeit kennen gelernt hatte, als meine Krankheit diagnostiziert wurde. Diese Verlobung hat mein Leben verändert. Sie gab mir etwas, wofür ich leben wollte. Aber es bedeutete auch, dass ich mir einen Job suchen musste, wenn wir heiraten wollten.
Hat Ihnen Ihr fauler Spaziergang durch Oxford bei der Arbeitssuche geschadet?
Ja. Schließlich bewarb ich mich für ein Forschungsstipendium in theoretischer Physik am Caius College in Cambridge. Und zu meiner großen Überraschung bekam ich das Stipendium und wir heirateten ein paar Monate später.
Wie hat sich Ihre Krankheit auf Ihren Lebensstil ausgewirkt?
Als wir heirateten, war Jane noch Studentin am Westfield College in London, so dass sie während der Woche nach London fahren musste. Das bedeutete, dass wir eine Wohnung finden mussten, die zentral gelegen war und in der ich allein zurechtkam, denn zu diesem Zeitpunkt konnte ich nicht mehr weit laufen. Ich bat die Hochschule um Hilfe, aber man sagte mir, es sei nicht die Politik der Hochschule, Stipendiaten bei der Wohnungssuche zu helfen.
Aber Sie haben es geschafft.
Ja. Nach einigen Jahren bekamen wir die Erdgeschosswohnung in diesem Haus, das der Hochschule gehört. Sie passt mir sehr gut, weil sie große Räume und breite Türen hat. Sie ist zentral genug gelegen, so dass ich mit meinem Elektrorollstuhl zu meinem Fachbereich oder zur Hochschule gelangen kann. Es ist auch schön für unsere Kinder, weil es von einem Garten umgeben ist, der von den Gärtnern der Hochschule gepflegt wird.
War es nicht sehr schwierig, Ihre drei Kinder aufzuziehen?
Ja. Bis 1974 war ich in der Lage, mich selbst zu ernähren und aus dem Bett zu steigen. Jane schaffte es, mir zu helfen und zwei unserer Kinder ohne fremde Hilfe großzuziehen. Aber die Dinge wurden immer schwieriger, so dass wir eine meiner Forschungsstudentinnen bei uns wohnen ließen, um ihr zu helfen. 1980 stellten wir auf ein System von Gemeindeschwestern und privaten Krankenschwestern um, die morgens und abends für ein oder zwei Stunden kamen.
Jetzt haben Sie rund um die Uhr Pflege.
Ja. 1985 bekam ich eine Lungenentzündung. Ich musste einen Luftröhrenschnitt bekommen. Danach musste ich vierundzwanzig Stunden lang gepflegt werden.
Ist es die Operation, die Sie am Sprechen hindert?
Ja. Vor der Operation war meine Sprache undeutlich, so dass mich nur wenige Menschen, die mich gut kannten, verstehen konnten. Aber ich konnte mich wenigstens verständigen. Ich schrieb wissenschaftliche Briefe, indem ich einer Sekretärin diktierte, und ich hielt Vorträge über einen Dolmetscher, der meine Worte deutlicher wiederholte.
Aber nach der Operation konnte ich mich nur noch verständigen, indem ich die Wörter Buchstabe für Buchstabe buchstabierte und die Augenbrauen hochzog, wenn jemand auf den richtigen Buchstaben auf einer Karte zeigte. Es ist sehr schwierig, auf diese Weise ein Gespräch zu führen, geschweige denn eine wissenschaftliche Arbeit zu schreiben.
Und jetzt haben Sie den Computer.
Walt Woltosz, ein Softwareexperte in Kalifornien, hörte von meiner Notlage. Er schickte mir ein Computerprogramm namens Equalizer, das er geschrieben hatte. Damit konnte ich Wörter aus einer Reihe von Menüs auf dem Bildschirm auswählen, indem ich einen Schalter in meiner Hand drückte. Wenn ich das, was ich sagen will, zusammengestellt habe, kann ich es an einen Sprachsynthesizer schicken.
Warum haben Sie die theoretische Physik für Ihre Forschung gewählt?
Wegen meiner Krankheit. Ich habe mein Fachgebiet gewählt, weil ich wusste, dass ich ALS habe. Die Kosmologie erfordert im Gegensatz zu vielen anderen Disziplinen keine Vorlesungen. Es war eine glückliche Wahl, denn es war eines der wenigen Gebiete, in denen meine Sprachbehinderung kein ernsthaftes Handicap darstellte. Ich hatte auch das Glück, dass die allgemeine Relativitätstheorie und die Kosmologie, als ich 1962 mit meiner Forschung begann, unterentwickelte Gebiete mit wenig Konkurrenz waren, so dass meine Krankheit kein ernsthaftes Hindernis darstellen würde. Es gab viele aufregende Entdeckungen zu machen, aber nicht viele Leute, die sie machen konnten. Heutzutage gibt es viel mehr Konkurrenz.[Lächelt]
Hatten Sie anfangs Schwierigkeiten?
Ich bin mit meiner Forschung nicht sehr weit gekommen, weil ich nicht viel mathematisches Wissen hatte. Aber allmählich begann ich zu verstehen, was ich da tat.
Mal sehen, ob wir etwas davon verstehen können. Zunächst einmal verwenden Sie in Ihrem Buch Eine kurze Geschichte der Zeit nur eine einzige fundamentale Gleichung, die die Grundlage für Ihre Arbeit bildet. Können Sie sie für uns definieren?
Diese Gleichung, E = mc2, drückt aus, dass Energie und Masse eigentlich dasselbe sind. E steht für Energie und m für Masse. Die Lichtgeschwindigkeit c ist nur in der Gleichung enthalten, damit die Einheiten auf beiden Seiten gleich sind. Sie können jedoch auch Einheiten verwenden, in denen c gleich eins ist. Diese Gleichung ist wichtig, weil sie zeigt, dass Materie in Energie umgewandelt werden kann und umgekehrt. In der Tat scheint es, dass in den frühen Stadien des Universums alle Materie aus Energie bestand.
Energie, die dann in Masse umgewandelt wurde - oder in die festen Körper, aus denen das Universum besteht.
Ja, die Energie wurde der Gravitationskraft des Universums entnommen, die alles auf eine unendliche Dichte komprimiert hatte, bevor sie im Urknall freigesetzt wurde. Die gesamte Nettoenergie des Universums ist gleich Null. Somit ist das ganze Universum umsonst. Wer sagt, dass es so etwas wie ein kostenloses Mittagessen nicht gibt?(lacht)
Wie kann die Gesamtenergie des Universums gleich Null sein?
Es braucht Energie, um Materie zu erzeugen. Aber die Materie im Universum zieht alle andere Materie im Universum an. Diese Anziehungskraft verleiht der Materie eine negative Energie, die genau der Energie entspricht, die zur Erzeugung der Materie erforderlich ist. Die Gesamtenergie des Universums ist also gleich Null.
Sobald also Materie entstanden ist, existiert die Energie in der Materie, die sich über das gesamte Universum verteilt. Woher kam die Energie, die für die Entstehung des Urknalls erforderlich war?
Die Energie, die für die Entstehung des Urknalls benötigt wurde, kam aus dem Universum, das er geschaffen hat.
In der Gleichung spielt auch die Zeit eine Rolle. Und warum?
Vor Einstein dachte man, dass die Zeit vom Raum völlig getrennt ist. Man glaubte, dass es eine so genannte absolute Zeit gibt. Das heißt, jedem Ereignis konnte ein eindeutiger Zeitwert zugeordnet werden. Experimente zeigten jedoch, dass dies nicht der Fall sein konnte. Und Einstein zeigte, dass die Experimente erklärt werden können, wenn man sagt, dass die Zeit nicht vom Raum getrennt ist, sondern mit ihm in etwas verbunden ist, das Raumzeit genannt wird.
Nach Einstein bedeutet dies, dass die Zeit eines beobachteten Ereignisses im Raum von der Position des Beobachters abhängig ist. Damit wird sie zu einem weiteren Maß, wie Breite und Höhe.
Ja. Später konnte Einstein zeigen, dass die Schwerkraft erklärt werden kann, wenn die Raumzeit nicht flach, sondern gekrümmt ist. Diese Idee der Raumzeit hat die Art und Weise, wie wir das Universum betrachten, völlig verändert.
Ein schwarzes Loch ist für Ihre Theorie ebenfalls entscheidend. Können Sie das erklären?
Ein schwarzes Loch ist eine Region, in der das Gravitationsfeld so stark ist, dass nichts entkommen kann. Im Inneren eines Schwarzen Lochs gibt es eine Singularität, in der die Raumzeit endet. Diese Singularität, ein unendlich dichter Materiepunkt, ist vergleichbar mit der Singularität, die beim Urknall auftrat und den Beginn der Raumzeit und des gesamten Universums darstellt.
Warum nennt man es ein Schwarzes Loch?
Das Gravitationsfeld der Singularität wäre so stark, dass das Licht selbst aus einem Bereich um die Singularität nicht entkommen könnte, sondern vom Gravitationsfeld zurückgezogen würde. Der Bereich, aus dem es kein Entkommen gibt, wird als Schwarzes Loch bezeichnet. Seine Grenze wird als Ereignishorizont bezeichnet.
Wenn ein Schwarzes Loch nicht beobachtbar ist, wie kann man es dann finden?
Von 1970 bis 1974 habe ich mich hauptsächlich mit schwarzen Löchern beschäftigt. Im Jahr 1974 machte ich meine vielleicht überraschendste Entdeckung: Schwarze Löcher sind nicht völlig schwarz! Wenn man das Verhalten im kleinen Maßstab berücksichtigt, können Teilchen und Strahlung aus einem Schwarzen Loch austreten. Das Schwarze Loch sendet Strahlung aus, als ob es ein heißer Körper wäre.
Wenn Ihre Theorien richtig sind, dann wird ein Schwarzes Loch irgendwann explodieren, ähnlich wie das Universum entstanden ist?
Ja.
Warum geschieht das?
Aufgrund der Unschärferelation der Quantenmechanik werden Teilchen und Energie langsam aus dem Schwarzen Loch entweichen. Dadurch wird es immer kleiner und verliert immer schneller Energie. Schließlich wird das Schwarze Loch in einer gewaltigen Explosion verschwinden.
Die Quantenmechanik befasst sich mit dem Verhalten von Systemen auf kleinen Skalen.
Ja. Atome oder Elementarteilchen. Auf jeden Fall kann ein Schwarzes Loch nicht plötzlich aus dem Nichts auftauchen und explodieren, denn es muss etwas da sein, das Energie liefert.
Die Materie, die von einem in sich zusammenfallenden Stern komprimiert wurde?
Ja. Masse oder Energie bleiben immer erhalten. Das bedeutet, dass der leere Raum ohne Materie oder Energie leer bleibt. Ein schwarzes Loch kann nicht einfach im zuvor leeren Raum entstehen. Es muss aus Materie oder Energie entstehen, z. B. aus einem Stern, der aufgrund seiner eigenen Schwerkraft in sich selbst zusammenfällt.
Obwohl Sie Schwarze Löcher zu einem zentralen Bestandteil Ihres Lebenswerks gemacht haben, räumen Sie ein, dass ein solches noch entdeckt werden muss. In Ihrem Buch erwähnen Sie sogar, dass Sie mit einem Kollegen gewettet haben, dass keines entdeckt werden wird. Stimmt das?
Ja. Ich habe mit Kip Thorne am Cal Tech gewettet, dass Cygnus X-l kein schwarzes Loch ist. Es war eigentlich eine Versicherungspolice. Ich hatte viel über Schwarze Löcher gearbeitet, und es wäre alles umsonst gewesen, wenn sich herausgestellt hätte, dass es sie nicht gibt. Aber dann hätte ich wenigstens die Genugtuung gehabt, meine Wette zu gewinnen.[Lächelt]
Und jetzt?
Nun, ich halte die Beweise für schwarze Löcher dank Cygnus X-l für so gut, dass ich die Wette aufgegeben habe. Cygnus X-l ist ein System, das aus einem normalen Stern besteht, der einen unsichtbaren Begleiter umkreist. Es scheint, dass die Materie vom normalen Stern weggeblasen wird und auf den Begleiter fällt. Während sie auf den Begleiter fällt, entwickelt sie eine spiralförmige Bewegung, wie Wasser, das aus einer Badewanne läuft. Sie wird sehr heiß und gibt Röntgenstrahlen ab, die wir beobachten können. Wir können zeigen, dass die Masse des Begleiters mindestens sechsmal so groß ist wie die der Sonne. Das ist zu viel, um ein Weißer Zwerg oder ein Neutronenstern zu sein, also muss es ein Schwarzes Loch sein.
Wir sind sehr erfreut über diese Nachricht. Können Sie über die Deduktion hinausgehen und feststellen, was ein schwarzes Loch physikalisch gesehen ist?
Wir suchen einen Freiwilligen, der in das Schwarze Loch springt und herausfindet, was darin passiert. Leider wird er nicht in der Lage sein, uns ein Signal zu senden, um es uns mitzuteilen.
Warum?
Wegen etwas, das Lichtkegel genannt wird. Der Lichtkegel eines Ereignisses A ist die Menge der Ereignisse, die von dem Ereignis aus durch Signale erreicht werden können, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Nach der Relativitätstheorie kann sich aber nichts schneller als das Licht bewegen. Daher kann ein Ereignis B, das sich außerhalb des zulässigen Lichtkegels von A befindet, nicht von dem beeinflusst werden, was bei A geschieht. Und das Signal kann nicht nach draußen gelangen, weil es sich mit weniger als Lichtgeschwindigkeit bewegt.
Wir denken, wir können Ihnen folgen. In Ihrem Buch sagen Sie, dass bei einem solchen Ereignis eine Person - oder ein beliebiges Objekt - durch die Gravitationskräfte zerrissen würde. Und die starke Schwerkraft würde sogar Radiosignale daran hindern zu entkommen.
Ja. Ein freiwilliger Astronaut würde an einer Singularität ein klebriges Ende finden. Seine Partikel würden überleben, aber das ist wohl nur ein schwacher Trost.[Lächelt]
Aber gibt es nicht die Möglichkeit, dass er oder sie durch ein so genanntes Wurmloch entkommen könnte?
Ja. Teilchen, die in ein schwarzes Loch fallen, können durch eine dünne Röhre, ein Wurmloch, hindurchgehen und irgendwo anders im Universum wieder herauskommen. Wurmlöcher treten jedoch nur in der imaginären Zeit auf. Die Geschichte der Teilchen und eines Astronauten in der realen Zeit wird an einer Singularität ein schlimmes Ende nehmen.
Es gibt keine echten Wurmlöcher?
Die Wurmlöcher, die ich in meinem Buch erwähne, sind in der realen Zeit entstanden. Und nein, es scheint, dass diese Art von Wurmlöchern nicht vorkommen wird. Seitdem das Buch geschrieben wurde, haben ich und andere Leute jedoch an einer anderen Art von Wurmloch gearbeitet, das in imaginärer Zeit auftritt.
Was ist imaginäre Zeit?
Die imaginäre Zeit ist eine andere Richtung der Zeit, eine, die im rechten Winkel zur gewöhnlichen, realen Zeit steht. Es scheint, dass es überall eine große Anzahl von Wurmlöchern in der imaginären Zeit gibt, die sich verzweigen und verbinden. Wir nehmen sie nicht direkt wahr, aber sie beeinflussen alles, was wir direkt beobachten. Dies ist ein spannendes Forschungsgebiet.
In den letzten fünfzehn Jahren haben wir erkannt, dass es möglich sein könnte, mit Hilfe der Quantentheorie Zeit und Raum vollständig zu vereinen. Das würde bedeuten, dass wir von diesem eindimensionalen, linienartigen Verhalten der Zeit wegkommen könnten.
Und Sie verwenden imaginäre Zeit und Wurmlöcher, um über Objekte zu spekulieren, die durch die Zeit reisen, nicht wahr?
[Lächelt] Objekte können durch eine dünne Röhre oder ein Wurmloch in der imaginären Zeit in ein anderes Universum oder einen anderen Teil unseres Universums reisen. In der normalen Zeit könnte man durch ein schwarzes Loch gehen und aus einem weißen Loch herauskommen.
Ein weißes Loch?
Ja. Die Gesetze der Physik sind symmetrisch, und wenn es Objekte gibt, die schwarze Löcher genannt werden und in die Dinge hineinfallen können, aber nicht aus ihnen heraus, dann sollte es auch Objekte geben, aus denen Dinge herausfallen können, aber nicht in sie hinein. Diese kann man als weiße Löcher bezeichnen.
In gewöhnlicher Zeit. Aber Sie sagten, das sei unmöglich.
Ein weißes Loch ist die zeitliche Umkehrung eines schwarzen Lochs. Das weiße Loch kann sich in einem anderen Universum oder in einem anderen Teil unseres Universums befinden. Wir könnten diese Methode für die Raumfahrt nutzen. Ansonsten sind die Entfernungen so groß, dass es Millionen von Jahren dauern würde, um zur nächsten Galaxie zu gelangen und zurückzukehren. Aber wenn man durch ein schwarzes Loch und durch ein weißes Loch wieder herauskäme, könnte man rechtzeitig zum Tee zurück sein.
Und wenn es möglich wäre, zumindest theoretisch, könnte man in der Zeit zurückreisen?
Ja. Das Problem ist nur, dass es nichts gäbe, was dich daran hindern könnte, zurückzukehren, bevor du losgefahren bist. [Oder Sie kommen zurück und finden sich selbst wieder.]
Oder du könntest zurückkehren und dich tot auffinden. Oder deine Welt ist tot.
Zum Glück für unser Überleben scheint es, dass die Raumzeiten, in denen man in die Vergangenheit reisen kann, instabil sind. Die kleinste Störung, wie etwa der Durchflug eines Raumschiffs, führt dazu, dass der Übergang zwischen einem schwarzen und einem weißen Loch abreißt. Die Geschichte des Raumschiffs würde zu Ende gehen, auseinandergerissen und aus dem Leben gerissen werden.
Aber zurück zur Realität: Sind Wurmlöcher in der imaginären Zeit anders?
Wurmlöcher in der imaginären Zeit haben keine Singularitäten und können in jeder Situation auftreten. Sie verändern die offensichtlichen Wechselwirkungen von Teilchen auf eine Art und Weise, die erst noch richtig berechnet werden muss. Aber es scheint, dass eine wichtige Wechselwirkung auf sehr signifikante Weise beeinflusst wird. Dabei handelt es sich um die so genannte kosmologische Konstante, die der Raumzeit eine Tendenz zur Ausdehnung oder Kontraktion verleiht.
Wo werden diese Teilchen dann hingehen?
Baby-Universen. Nach einer neueren Arbeit von mir werden die Teilchen in ein eigenes Babyuniversum abwandern. Dieses Babyuniversum könnte sich wieder mit unserer Region der Raumzeit verbinden. Wenn es das tut, erscheint es uns als ein weiteres Schwarzes Loch, das sich gebildet hat und dann verdampft ist. Teilchen, die in das eine Schwarze Loch fielen, würden als Teilchen erscheinen, die von dem anderen Schwarzen Loch ausgestoßen werden, und umgekehrt.
All das ist abstruse mathematische Theorie, nicht wahr? Es scheint schwierig, sich vorzustellen, etwas davon tatsächlich zu beobachten.
Mathematische Modelle des Universums, die das Konzept der imaginären Zeit verwenden, können uns Erklärungen dafür liefern, warum das Universum so begann, wie es begann. Wenn Sie möchten, können Sie sagen, dass die Verwendung der imaginären Zeit nur ein mathematischer Trick ist, der uns nichts über die Realität oder die Natur der Zeit verrät.
Aber wenn man, wie ich, einen positivistischen Standpunkt vertritt, haben Fragen zur Realität keine Bedeutung. Alles, was man fragen kann, ist, ob die imaginäre Zeit nützlich ist, um mathematische Modelle zu formulieren, die beschreiben, was wir beobachten. Das ist sie sicherlich. Man kann eine extreme Position einnehmen und sagen, dass die imaginäre Zeit wirklich das grundlegende Konzept ist, in dem das mathematische Modell formuliert werden sollte. Die gewöhnliche Zeit wäre ein abgeleitetes Konzept, das wir aus psychologischen Gründen erfinden. Wir erfinden die gewöhnliche Zeit, damit wir das Universum als eine Abfolge von Ereignissen in der Zeit beschreiben können, und nicht als ein statisches Bild, wie eine Landkarte der Erde.
Playboy: Welche Wirkung hat die kosmologische Konstante?
Durch Beobachtung der Bewegung entfernter Galaxien können wir feststellen, dass diese Konstante entweder null oder sehr klein ist. Das ist sehr überraschend, denn nach der Quantentheorie würde man einen Wert für die kosmologische Konstante erwarten, der sehr viel größer ist als der, den wir beobachten.
Wie viel größer ist "sehr viel größer"?
Ich meine mindestens eine Milliarde Milliarden Milliarden Milliarden Milliarden Milliarden Mal größer. Bis vor kurzem gab es keine Erklärung für die kosmologische Konstante. Bezieht man jedoch [den verstorbenen Physiker] Richard Feynmans Idee einer Summe über Geschichten mit Wurmlöchern ein, stellt man fest, dass der scheinbare Wert der kosmologischen Konstante genau Null ist. Mathematische Modelle des Universums, die das Konzept der imaginären Zeit verwenden, können eine Erklärung dafür liefern, warum das Universum so begann, wie es begann, und warum die kosmologische Konstante Null ist.
Die Quantentheorie ist jedoch nicht in der Lage, bestimmte Ereignisse vorherzusagen. Wie genau können diese mathematischen Modelle sein?
Im Allgemeinen sagt die Quantenmechanik nicht ein einziges eindeutiges Ergebnis für eine Beobachtung voraus. Stattdessen sagt sie eine Reihe möglicher Ergebnisse voraus und gibt an, wie wahrscheinlich jedes dieser Ergebnisse ist.
Sie haben jedoch vorgeschlagen, dass eine einheitliche Theorie des Universums unter Einbeziehung der Quantentheorie möglich ist. Aber wie lassen sich Quantentheorie und Relativitätstheorie kombinieren?
Die Quantentheorie beruht auf der Verwendung einer neuen Art von Zahlen - den komplexen Zahlen. Eine komplexe Zahl kann als eine Kurzform für ein Paar gewöhnlicher Zahlen betrachtet werden. Sie kann als ein Punkt auf einer Ebene dargestellt werden, wobei die beiden Zahlen den Positionen des Punktes in horizontaler und vertikaler Richtung entsprechen.
Ein Beispiel: Die komplexe Zahl, die eine Kurzform für das Zahlenpaar eins und zwei ist, würde durch einen Punkt eine Einheit rechts vom Mittelpunkt und zwei Einheiten nach oben dargestellt werden. Oder 1 + 2i. Hier handelt es sich um eine so genannte imaginäre Zahl; i ist die Quadratwurzel aus minus eins.
Aha.
Sehen Sie hier: Wenn man die imaginäre statt der realen Zeit verwendet, wird die Raumzeit euklidisch. Das heißt, die Zeit ist wie eine andere Richtung im Raum. Man kann komplexe Zahlen genauso multiplizieren, dividieren, addieren und subtrahieren wie gewöhnliche Zahlen.
Und das ermöglicht mathematische Konstruktionen in der Raumzeit?
Ja.
Und was genau ist die Beziehung zwischen imaginärer Zeit und realer Zeit?
Wenn man imaginäre Zahlen verwendet, addiert man alle Wahrscheinlichkeiten für alle Geschichten von Teilchen mit bestimmten Eigenschaften - zum Beispiel, dass sie bestimmte Punkte zu bestimmten Zeiten durchlaufen. Das Ergebnis muss dann auf die reale Raumzeit extrapoliert werden, in der die Zeit je nach Richtung im Raum unterschiedlich ist. Dies ist nicht der bekannteste Ansatz für die Quantentheorie, aber er führt zu denselben Ergebnissen wie andere Methoden.
Ist es aufgrund dieser Zufälligkeit nicht schwierig - ja sogar chaotisch -, sie auf die Gesetze der Wissenschaft anzuwenden?
Ja. Einstein wandte sich gegen diese Zufälligkeit mit der berühmten Aussage, dass Gott nicht mit dem Universum würfelt! Aber alles deutet darauf hin, dass Gott in der Tat ein unverbesserlicher Glücksspieler ist. [Er würfelt, um das Ergebnis einer jeden Beobachtung zu bestimmen.
Diese Ungewissheit wird am besten durch die Feynman-Theorie definiert, die besagt, dass ein Teilchen keinen einzigen, genau definierten Pfad oder Verlauf hat. Stattdessen kann man davon ausgehen, dass es sich auf allen möglichen Wegen durch die Raumzeit bewegt. Jeder Weg oder jede Geschichte hat eine Wahrscheinlichkeit, die von seiner Form abhängt. Damit diese Idee funktioniert, muss man Geschichten betrachten, die in einer imaginären Zeit stattfinden und nicht in der realen Zeit, in der wir unser Leben leben. Im Fall der Quantengravitation würde Feynmans Idee einer Summe über Geschichten bedeuten, dass man über verschiedene mögliche Geschichten für das Universum summiert. Das heißt, verschiedene euklidisch gekrümmte Raumzeiten.
Die Antwort auf Ihre Frage lautet also, dass die Addition der komplexen Zahlen, die mit jedem Pfad verbunden sind, keine wohldefinierte Summe ergibt. Aber man kann eine wohldefinierte Antwort erhalten, wenn man annimmt, dass die Zeitbezeichnung eines Ereignisses nicht nur eine gewöhnliche Zahl ist, wie wir normalerweise denken, sondern eine komplexe Zahl.
Kein einfaches Konzept. Welchen unmittelbaren Nutzen hat es, imaginäre Zeit und Wurmlöcher zu verstehen?
Nun, wir sprachen darüber, ob irgendetwas jemals aus einem schwarzen Loch entkommen kann. Die imaginäre Zeit kann Objekten, die in ein schwarzes Loch fallen, eine Fluchtmöglichkeit bieten. Die gewöhnliche Geschichte eines Objekts in der realen Zeit wird im Inneren des Schwarzen Lochs zu Ende gehen, es wird aus dem Leben gerissen. Betrachtet man jedoch die Geschichte des Objekts in der imaginären Zeit, so kann diese Geschichte nicht zu Ende gehen, wenn der Vorschlag der Grenzenlosigkeit des Universums korrekt ist.
Können Sie kurz das Konzept der Grenzenlosigkeit erklären?
1983 schlugen Jim Hartle und ich vor, dass sowohl Zeit als auch Raum endlich sind, aber keine Grenze oder Kante haben. Sie wären wie die Oberfläche der Erde, nur mit zwei weiteren Dimensionen. Die Erdoberfläche hat eine endliche Ausdehnung, aber sie hat keine Grenze. Ich sage gerne, dass es mir auf all meinen Reisen noch nie gelungen ist, herunterzufallen.(lächelt)
Unser Vorschlag besagt, dass der Zustand des Universums durch eine Summe über Historien gegeben sein sollte, wobei die Historien nur geschlossene euklidische Räume endlicher Größe und ohne Grenzen oder Kanten sind. Dieser Vorschlag kann wie folgt umschrieben werden: Die Randbedingung des Universums ist, dass es keinen Rand hat. Nur wenn sich das Universum in diesem grenzenlosen Zustand befindet, bestimmen die Gesetze der Wissenschaft von selbst, wie sich das Universum verhalten sollte. Befindet sich das Universum in einem anderen Zustand, so enthält die Klasse der euklidisch gekrümmten Räume in der Summe der Geschichten auch Räume mit Singularitäten.
Um die Wahrscheinlichkeiten solcher singulären Verläufe zu bestimmen, müsste man sich auf ein anderes Prinzip als die bekannten Gesetze der Wissenschaft berufen. Dieses Prinzip wäre etwas, das außerhalb unseres Universums liegt; wir könnten es nicht aus dem Inneren des Universums ableiten. Befindet sich das Universum hingegen im Zustand der Unbegrenztheit, könnten wir im Prinzip vollständig bestimmen, wie sich das Universum bis zu den Grenzen der Unschärferelation verhalten sollte.
Ah, ein vertrauter Begriff. Das wäre die Heisenbergsche Unschärferelation. Können Sie das kurz erläutern?
Werner Heisenberg, ein deutscher Wissenschaftler, formulierte seine berühmte Unschärferelation im Jahr 1926. Um die zukünftige Position und Geschwindigkeit eines Teilchens vorhersagen zu können, muss man in der Lage sein, seine aktuelle Position und Geschwindigkeit genau zu messen. Die naheliegendste Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, das Teilchen mit Licht zu bestrahlen. Einige der Lichtwellen werden von dem Teilchen gestreut und zeigen seine Position an. Allerdings kann man die Position des Teilchens nicht genauer bestimmen als den Abstand zwischen den Wellenbergen des Lichts, also muss man Licht mit einer kurzen Wellenlänge verwenden, um die Position des Teilchens genau zu messen.
Nach dem Planckschen Quantenprinzip kann man nun nicht eine beliebig kleine Lichtmenge verwenden, sondern man muss mindestens ein Quantum [die unteilbare Einheit, in der Wellen ausgesendet oder absorbiert werden können] verwenden. Dieses Quantum wird das Teilchen stören und seine Geschwindigkeit in einer Weise verändern, die nicht vorhersehbar ist. Je genauer man die Position misst, desto kürzer ist die Wellenlänge des Lichts, die man benötigt, und desto höher ist die Energie eines einzelnen Quants. Die Geschwindigkeit des Teilchens wird also um einen größeren Betrag gestört. Mit anderen Worten: Je genauer man versucht, die Position des Teilchens zu messen, desto ungenauer kann man seine Geschwindigkeit messen und umgekehrt.
Zurück zum grenzenlosen Zustand: Wenn Ihr Vorschlag bewiesen wäre, wäre das für die Wissenschaft von einiger Bedeutung, nicht wahr?
Es wäre natürlich schön für die Wissenschaft, wenn sich das Universum im grenzenlosen Zustand befände, aber wie kann man feststellen, ob dies der Fall ist? Die Antwort ist, dass der Vorschlag der Grenzenlosigkeit eindeutige Vorhersagen darüber macht, wie sich das Universum verhalten sollte.
Wäre der Vorschlag korrekt, gäbe es keine Singularitäten, und die Gesetze der Wissenschaft würden überall gelten, auch am Anfang des Universums. Wie das Universum begann, würde durch die Gesetze der Wissenschaft bestimmt werden. Ich hätte mein Ziel erreicht, zu wissen, wie das Universum begann. Aber ich würde immer noch nicht wissen, warum.
Aber haben Sie nicht gesagt, dass es im grenzenlosen Zustand keine Singularitäten geben würde? Und haben Sie in Ihrer Arbeit nicht immer die Notwendigkeit von Singularitäten betont?
Es war interessant zu beobachten, wie sich das Meinungsklima über Singularitäten verändert hat. Als ich ein Doktorand war, hat sie fast niemand ernst genommen. Heute glaubt aufgrund der Singularitätstheoreme fast jeder, dass das Universum mit einer Singularität begann.
In der Zwischenzeit habe ich jedoch meine Meinung geändert. Ich glaube immer noch, dass das Universum einen Anfang hatte, aber dass es keine Singularität war.
Wie sind Sie zu diesem Schluss gekommen?
Die allgemeine Relativitätstheorie ist eine so genannte klassische Theorie. Das heißt, sie berücksichtigt nicht die Tatsache, dass die Teilchen keine genau definierten Positionen und Geschwindigkeiten haben, sondern durch die Unschärferelation der Quantenmechanik über einen kleinen Bereich verteilt sind. Dies spielt in normalen Situationen keine Rolle, da der Krümmungsradius der Raumzeit im Vergleich zur Unbestimmtheit der Position eines Teilchens sehr groß ist. Die Singularitätstheoreme weisen jedoch darauf hin, dass die Raumzeit zu Beginn der gegenwärtigen Expansionsphase des Universums stark verzerrt ist und einen kleinen Krümmungsradius hat. In dieser Situation wird die Unschärfe sehr wichtig sein. So führt die allgemeine Relativitätstheorie ihren eigenen Untergang herbei, indem sie Singularitäten vorhersagt. Um den Beginn des Universums zu erörtern, benötigen wir eine Theorie, die die allgemeine Relativitätstheorie mit der Quantenmechanik kombiniert.
Die schwer fassbare einheitliche Theorie oder die T.O.E. [theory of everything]?
Wir kennen die genaue Form der richtigen Theorie der Quantengravitation noch nicht. Der beste Kandidat, den wir im Moment haben, ist die Theorie der Superstrings, aber es gibt noch eine Reihe von ungelösten Schwierigkeiten. Es gibt jedoch bestimmte Merkmale, die in jeder brauchbaren Theorie vorhanden sein sollten.
Eine davon ist Einsteins Idee, dass die Auswirkungen der Schwerkraft durch eine Raumzeit dargestellt werden können, die durch die Materie und Energie in ihr gekrümmt oder verzerrt wird. Die Objekte versuchen, in diesem gekrümmten Raum einer möglichst geraden Linie zu folgen. Da er jedoch gekrümmt ist, scheinen ihre Bahnen wie durch ein Gravitationsfeld gebogen zu sein.
Sie haben auch die Feynmansche Summe über die Geschichte einbezogen.
Ja, wir erwarten, dass Richard Feynmans Vorschlag, dass die Quantentheorie als Summe über Geschichten formuliert werden kann, in der endgültigen Theorie enthalten ist. Erinnern Sie sich, das war die Idee, dass ein Teilchen jeden möglichen Weg oder jede mögliche Geschichte in der Raumzeit hat, abhängig von seiner Form. Die Wahrscheinlichkeiten solcher Räume würden nicht durch die Theorie bestimmt. Stattdessen müssten sie auf irgendeine willkürliche Weise zugewiesen werden.
"Irgendwie willkürlich" - wieder der Zufall?
Das bedeutet, dass die Wissenschaft die Wahrscheinlichkeiten solcher singulären Geschichten für die Raumzeit nicht vorhersagen kann und somit auch nicht vorhersagen kann, wie sich das Universum verhalten sollte. Es kann jedoch durchaus sein, dass sich das Universum in einem Zustand befindet, der nur durch eine Summe über nicht-singuläre euklidische gekrümmte Räume definiert ist. In diesem Fall würde die Theorie das Universum vollständig bestimmen; man müsste sich nicht auf eine Instanz außerhalb des Universums berufen, um zu bestimmen, wie es begann.
In gewisser Weise ist der Vorschlag, dass der Zustand des Universums nur durch eine Summe über nicht-singuläre Geschichten bestimmt wird, wie die Suche eines Betrunkenen nach seinem Schlüssel unter der Laterne: Es ist vielleicht nicht der Ort, an dem er ihn verloren hat, aber es ist der einzige Ort mit genügend Licht, um ihn zu finden. In ähnlicher Weise befindet sich das Universum vielleicht nicht in dem Zustand, der durch eine Summe nicht-singulärer Historien definiert ist, aber es ist der einzige Zustand, in dem die Wissenschaft vorhersagen kann, wie das Universum sein sollte.
Wir sagen das nur ungern, aber was ist, wenn der Vorschlag, keine Grenzen zu setzen, falsch ist?
[Wenn die Beobachtungen nicht mit den Vorhersagen übereinstimmen, werden wir wissen, dass es Singularitäten in der Klasse der möglichen Geschichten geben muss. Das ist jedoch alles, was wir wissen werden. Wir werden nicht in der Lage sein, die Möglichkeiten von singulären Verläufen zu berechnen. Daher können wir auch nicht vorhersagen, wie sich das Universum verhalten wird.
Man könnte meinen, dass diese Unvorhersehbarkeit nicht allzu sehr ins Gewicht fallen würde, wenn sie nur beim Urknall aufträte. Denn wenn eine Woche in der Politik eine lange Zeit ist, dann sind zehntausend Millionen Jahre schon fast eine Ewigkeit. Aber wenn die Vorhersagbarkeit in den sehr starken Gravitationsfeldern des Urknalls versagt, könnte sie auch versagen, wenn ein Stern kollabiert. Das könnte allein in unserer Galaxie mehrmals pro Woche passieren! Unsere Vorhersagekraft wäre also gering, selbst nach den Maßstäben der Wettervorhersage.
Und weiter?
Was sagt der Vorschlag der Grenzenlosigkeit also für das Universum voraus? Der erste Punkt ist, dass, da alle möglichen Geschichten des Universums endlich sind, jede Größe, die man als Maß für die Zeit verwendet, einen größten und einen kleinsten Wert hat. Das Universum wird also einen Anfang und ein Ende haben. Der Anfang wird jedoch keine Singularität sein. Stattdessen wird er so etwas wie der Nordpol der Erde sein. Würde man die Breitengrade auf der Erdoberfläche als Analogie zur Zeit betrachten, könnte man sagen, dass die Erdoberfläche am Nordpol begann. Doch der Nordpol ist ein ganz gewöhnlicher Punkt auf der Erde. Er hat nichts Besonderes an sich, und am Nordpol gelten dieselben Gesetze wie an anderen Orten der Erde. In ähnlicher Weise wäre das Ereignis, das wir als "Anfang des Universums" bezeichnen könnten, ein ganz gewöhnlicher Punkt in der Raumzeit, wie jeder andere auch, und die Gesetze der Wissenschaft würden am Anfang genauso gelten wie anderswo!
So viel - oder so wenig - wir von Ihrer Arbeit auch verstehen können, so fällt uns doch wieder auf, dass die meisten Ihrer Ideen von obskuren mathematischen Konzepten abhängen, die weit entfernt sind vom gewöhnlichen, beobachtbaren Leben.
Die imaginäre Zeit mag wie Science-Fiction klingen, aber sie ist ein klar definiertes mathematisches Konzept.
Ja, für Mathematiker und Physiker, aber für die meisten von uns ist es nicht unmittelbar verständlich.
Ja.
Was kann dann die Allgemeinheit davon haben, wenn sie versucht, diese Konzepte zu verstehen? Die meisten von uns würden sagen, dass wir unmittelbarere Probleme zu bewältigen haben.
Aus diesem Grund habe ich einen Teil meiner Zeit damit verbracht, zu erklären, was wir tun. Ich denke, dass das Wissen über die allgemeinen Ideen der jüngsten Entdeckungen in der Kosmologie für die Öffentlichkeit nützlich ist.
Es stimmt, das Verständnis der Kosmologie wird niemandem helfen, sich zu ernähren. Es wird nicht einmal die Wäsche besser waschen. Aber der Mensch lebt nicht vom Brot allein. Wir alle haben das Bedürfnis, uns mit dem Universum, in dem wir uns befinden, zu arrangieren und zu verstehen, wie wir hierher gekommen sind.
Und deshalb haben Sie Eine kurze Geschichte der Zeit geschrieben?
Es gibt mehrere Gründe, warum ich das Buch geschrieben habe. Einer war, das Schulgeld für meine Tochter zu bezahlen. Das ist mir nicht gelungen, denn als das Buch herauskam, war sie schon im letzten Jahr der High School. Aber ich muss immer noch für ihr College bezahlen.
Das ist ein guter Grund. Gibt es noch andere?
Der Hauptgrund war, dass ich mehrere populäre Artikel geschrieben und eine Reihe von populären Vorträgen gehalten hatte. Sie waren gut aufgenommen worden, und es hatte mir Spaß gemacht, aber ich wollte etwas Größeres versuchen. Ich hatte das Gefühl, dass wir in den letzten 25 Jahren enorme Fortschritte beim Verständnis des Universums gemacht hatten, und ich wollte dies mit der Öffentlichkeit teilen. Ich halte es für wichtig, dass die Öffentlichkeit ein gewisses Interesse an der Wissenschaft und ein gewisses allgemeines Verständnis für sie hat.
Die Wissenschaft hat unser Leben stark verändert und wird es in Zukunft noch mehr verändern. Wenn wir auf demokratische Weise entscheiden sollen, in welche Richtung sich die Gesellschaft entwickeln soll, ist es notwendig, dass die Öffentlichkeit ein gewisses Verständnis für die Wissenschaft hat.