Eine kurze Geschichte der Zeit – Stephen Hawking

Der meistgekaufte ungelesene Bestseller

Stephen Hawking wurde 1942 in Oxford geboren, auf den Tag genau 300 Jahre nach dem Tod Galileis, wie er gern erwähnte. Mit 21 Jahren, als Doktorand in Cambridge, erhielt er die Diagnose ALS, eine Nervenkrankheit, die die Muskeln nach und nach lähmt. Die Ärzte gaben ihm zwei Jahre. Er lebte noch 55 Jahre, wurde einer der bedeutendsten Physiker seiner Zeit und hatte den Lehrstuhl in Cambridge inne, den einst Isaac Newton innehatte. Ab Mitte der 1980er-Jahre konnte er nur noch über einen Sprachcomputer sprechen, dessen Stimme weltberühmt wurde. Er starb 2018.

Eine kurze Geschichte der Zeit erschien 1988, im selben Jahr auf Deutsch. Hawking wollte ein Buch schreiben, das man an Flughafenkiosken verkauft, über die größten Fragen überhaupt: Wie hat das Universum begonnen? Wird es enden? Was ist Zeit? Warum erinnern wir uns an die Vergangenheit und nicht an die Zukunft? Sein Verleger warnte ihn, jede Formel im Buch würde die Verkaufszahlen halbieren. Hawking ließ deshalb nur eine einzige stehen, Einsteins berühmte Gleichung zur Äquivalenz von Masse und Energie.

Das Buch wurde zu einem der erfolgreichsten Sachbücher der Geschichte, monatelang auf Bestsellerlisten und viele Millionen Mal verkauft. Es wurde zugleich berühmt als das Buch, das viele kauften und wenige zu Ende lasen. Ein amerikanischer Mathematiker wertete einmal die Stellen aus, die E-Book-Leser markierten, und kam zu dem Schluss, dass die meisten Käufer nur einen kleinen Teil des Buches gelesen hatten. Er nannte das spöttisch den Hawking-Index.

Das ist kein Grund, das Buch nicht zu lesen, im Gegenteil. Es ist kurz, knapp 250 Seiten, und es ist in weiten Teilen verständlich. Dass es an einigen Stellen schwierig wird, liegt nicht an Hawkings Stil, sondern daran, dass die Wirklichkeit an diesen Stellen schwierig ist. Hawking hat später eine illustrierte und eine noch kürzere Fassung nachgelegt, die den Einstieg erleichtern.

Von den Schildkröten bis Einstein

Schildkröten bis ganz unten

Hawking beginnt mit einer Anekdote, die er einem berühmten Wissenschaftler zuschreibt. Nach einem Vortrag über das Sonnensystem meldet sich eine alte Dame und erklärt, das sei alles Unsinn, die Welt sei eine flache Scheibe auf dem Rücken einer Riesenschildkröte. Als der Wissenschaftler fragt, worauf denn die Schildkröte stehe, antwortet sie: Auf einer anderen Schildkröte, und darunter stehen nur noch Schildkröten. Hawking nutzt die Geschichte, um eine Frage zu stellen, die das ganze Buch durchzieht: Warum halten wir unsere eigene Vorstellung vom Universum für besser als die der alten Dame? Und was wissen wir wirklich?

Von dort führt er durch die Geschichte unseres Weltbildes, von Aristoteles und Ptolemäus, die die Erde in die Mitte setzten, über Kopernikus und Galilei bis zu Newton, der mit seinem Gravitationsgesetz zeigte, dass dieselben Gesetze auf der Erde und am Himmel gelten. Wer Kuhn gelesen hat, sieht hier Paradigmenwechsel in Reinform.

Raum und Zeit

Der erste schwierige Schritt ist Einstein. Hawking erklärt, wie die spezielle Relativitätstheorie zeigte, dass Raum und Zeit nicht voneinander getrennt sind, sondern eine gemeinsame Raumzeit bilden, und dass Zeit für verschieden schnell bewegte Beobachter verschieden schnell vergeht. Und wie die allgemeine Relativitätstheorie die Schwerkraft als Krümmung dieser Raumzeit deutet: Massen biegen den Raum, und andere Körper folgen dieser Krümmung, wie eine Murmel auf einem gespannten Tuch, auf dem eine Kugel liegt. Das Licht folgt ihr ebenfalls, was man bei Sonnenfinsternissen messen konnte. Und Uhren gehen in der Nähe großer Massen langsamer, ein Effekt, den heute jedes Navigationsgerät berücksichtigen muss, sonst wären die Ortsangaben schnell um Kilometer falsch.

Das expandierende Universum

Der zweite große Schritt ist die Entdeckung, dass das Universum nicht stillsteht. In den 1920er-Jahren stellte der amerikanische Astronom Edwin Hubble fest, dass sich fast alle Galaxien von uns entfernen, und zwar umso schneller, je weiter sie weg sind. Das Universum dehnt sich aus. Wenn man die Bewegung rückwärts denkt, müssen alle Galaxien einmal an einem Punkt zusammen gewesen sein, in einem unvorstellbar heißen, dichten Anfangszustand: dem Urknall. Hawking erzählt, wie diese Idee zunächst auf Widerstand stieß, auch weil sie manchen zu sehr nach einer biblischen Schöpfung klang, und wie sie in den 1960er-Jahren durch die Entdeckung der kosmischen Hintergrundstrahlung, eines schwachen Nachglühens des frühen Universums, bestätigt wurde.

Hawkings eigener Beitrag aus seiner Doktorarbeit, gemeinsam mit dem Mathematiker Roger Penrose, war der Nachweis, dass nach der allgemeinen Relativitätstheorie ein solcher Anfang, eine sogenannte Singularität, unvermeidlich ist, ein Punkt, an dem die bekannten Gesetze der Physik zusammenbrechen.

Das ganz Kleine

Die Relativitätstheorie beschreibt das ganz Große: Planeten, Sterne, das Universum. Für das ganz Kleine, Atome und ihre Bestandteile, gilt eine andere Theorie, die Quantenmechanik. Hawking erklärt sie in einem eigenen Kapitel, und hier beginnt das Buch, anspruchsvoll zu werden.

Die Unschärfe

Im Zentrum steht die Unschärferelation, die der deutsche Physiker Werner Heisenberg 1927 formulierte. Man kann Ort und Geschwindigkeit eines Teilchens nicht zugleich beliebig genau kennen. Je genauer man das eine misst, desto ungenauer wird das andere. Das liegt nicht an schlechten Messgeräten, sondern an der Natur selbst. Hawking zieht daraus eine weitreichende Folgerung: Der alte Traum, man könne aus dem genauen Zustand der Welt jetzt ihre gesamte Zukunft berechnen, ist unerfüllbar. Die Natur ist auf der untersten Ebene nicht vollständig vorhersagbar, sondern nur in Wahrscheinlichkeiten beschreibbar. Einstein hat das nie akzeptiert, mit seinem berühmten Einwand, Gott würfle nicht. Die Experimente haben ihm widersprochen.

Teilchen und Kräfte

Danach gibt Hawking einen Überblick über die Bausteine der Materie und die vier Grundkräfte der Natur: die Schwerkraft, die elektromagnetische Kraft, die die Atome zusammenhält und das Licht erzeugt, und zwei Kräfte, die nur im Inneren der Atomkerne wirken, die starke und die schwache Kernkraft. Die Physik des 20. Jahrhunderts hat es geschafft, drei dieser Kräfte in einer gemeinsamen Theorie zu beschreiben. Nur die Schwerkraft fügt sich nicht ein.

Das große Problem

Das ist das zentrale Problem, um das Hawkings ganzes Buch kreist. Die beiden großen Theorien der Physik, die Relativitätstheorie für das ganz Große und die Quantenmechanik für das ganz Kleine, funktionieren jede für sich hervorragend, aber sie widersprechen einander. Normalerweise stört das nicht, weil sie in verschiedenen Bereichen gelten. Aber es gibt Orte, an denen beide zugleich gelten müssten: im Inneren Schwarzer Löcher und im allerersten Augenblick des Universums, wo riesige Massen auf winzigstem Raum zusammengepresst sind. Dort braucht man eine Theorie, die beide vereint, eine Quantentheorie der Schwerkraft. Hawkings Lebenswerk war der Versuch, ihr näher zu kommen.

Schwarze Löcher

Sterne, die in sich zusammenstürzen

Die beiden Kapitel über Schwarze Löcher sind das Herz des Buches, denn hier spricht Hawking über seine eigene Forschung. Er erklärt, wie ein sehr massereicher Stern am Ende seines Lebens unter seinem eigenen Gewicht zusammenbrechen kann, bis seine Schwerkraft so stark wird, dass nicht einmal mehr Licht entkommen kann. Um ihn herum entsteht eine Grenze, der Ereignishorizont: Was ihn überschreitet, kehrt nie zurück. Von außen sieht man nichts als Schwärze. Hawking beschreibt, wie man trotzdem auf Schwarze Löcher schließen kann, etwa durch ihre Wirkung auf benachbarte Sterne, und er erzählt von einer Wette mit seinem Kollegen Kip Thorne darüber, ob ein bestimmtes Objekt am Himmel ein Schwarzes Loch sei. Hawking wettete dagegen, als eine Art Versicherung: Falls seine Lebensarbeit sich als falsch erwiese, hätte er wenigstens die Wette gewonnen. Er verlor sie, und freute sich.

Schwarze Löcher sind nicht ganz schwarz

Hawkings berühmteste Entdeckung stammt aus dem Jahr 1974. Er wendete die Quantenmechanik auf den Rand eines Schwarzen Lochs an und kam zu einem Ergebnis, das ihn selbst zunächst verblüffte: Schwarze Löcher sind nicht vollkommen schwarz. Durch Quanteneffekte an ihrem Rand geben sie eine schwache Strahlung ab, und dadurch verlieren sie im Laufe unvorstellbar langer Zeiten Masse, bis sie schließlich verdampfen. Diese Strahlung heißt heute Hawking-Strahlung, und sie war einer der ersten Hinweise darauf, wie eine Verbindung von Quantenmechanik und Schwerkraft aussehen könnte.

Die Entdeckung warf ein Rätsel auf, das Hawking für den Rest seines Lebens beschäftigte: Wenn ein Schwarzes Loch verdampft, was geschieht dann mit der Information über alles, was hineingefallen ist? Verschwindet sie aus dem Universum? Das würde gegen ein Grundprinzip der Quantenmechanik verstoßen. Diese Frage, bekannt als Informationsparadox, wurde zu einer der großen Debatten der theoretischen Physik.

Anfang, Ende und der Pfeil der Zeit

Ein Universum ohne Rand

Das schwierigste Kapitel des Buches handelt vom Ursprung des Universums. Wenn die Relativitätstheorie einen Anfang in einer Singularität verlangt, an dem alle Gesetze versagen, dann scheint es, als brauche man für den Anfang etwas außerhalb der Physik, einen Schöpfer, der den Startknopf drückt. Hawking schlägt zusammen mit dem amerikanischen Physiker James Hartle eine andere Möglichkeit vor: Wenn man Quantenmechanik und Schwerkraft verbindet, könnte das Universum gar keinen scharfen Anfang haben, sondern wie die Oberfläche einer Kugel endlich, aber ohne Rand sein. So wie es auf der Erde keinen Punkt gibt, der nördlicher ist als der Nordpol, gäbe es keinen Zeitpunkt vor dem Anfang. Um das zu beschreiben, führt Hawking einen mathematischen Begriff ein, die imaginäre Zeit, und an dieser Stelle verlieren ihn die meisten Leser. Er selbst gibt zu, dass das ein Vorschlag ist, keine bewiesene Theorie.

Warum Zeit eine Richtung hat

Zugänglicher ist das Kapitel über den Zeitpfeil. Warum erinnern wir uns an die Vergangenheit und nicht an die Zukunft? Warum zerspringt eine Tasse, die vom Tisch fällt, aber setzt sich nie von selbst wieder zusammen? Hawking unterscheidet drei Pfeile der Zeit: den thermodynamischen, nach dem die Unordnung in einem geschlossenen System immer zunimmt, den psychologischen, nach dem wir die Zeit als vergehend erleben, und den kosmologischen, nach dem sich das Universum ausdehnt. Er argumentiert, dass alle drei in dieselbe Richtung zeigen, und dass das kein Zufall ist, sondern mit den Bedingungen am Anfang des Universums zusammenhängt. Unser Gefühl, dass die Zeit vergeht, ist bei ihm tief mit der Physik des ganzen Kosmos verbunden.

Der Plan Gottes

Das Buch endet mit einem berühmten Satz. Wenn die Physik eines Tages eine vollständige Theorie finde, die alles erklärt, und wenn diese Theorie so einfach sei, dass jeder sie im Prinzip verstehen könne, dann könnten alle Menschen, Philosophen, Wissenschaftler und ganz gewöhnliche Leute, darüber diskutieren, warum es uns und das Universum überhaupt gibt. Und wenn wir darauf eine Antwort fänden, so Hawking sinngemäß, dann würden wir den Plan Gottes kennen.

Der Satz wurde oft als religiöses Bekenntnis missverstanden. Hawking war kein gläubiger Mensch, und er stellte später klar, dass er das im Sinne Einsteins gemeint hatte, als Bild für die Gesetze der Natur. In späteren Büchern vertrat er offen die Ansicht, dass die Physik keinen Schöpfer braucht, um das Universum zu erklären. Aber der Satz zeigt den Ehrgeiz des Buches: Es geht ihm nicht um Technik, sondern um die ältesten Fragen der Menschheit.

Was seit 1988 geschah

Seit dem Erscheinen sind fast vier Jahrzehnte vergangen, und die Kosmologie hat in dieser Zeit einige ihrer größten Entdeckungen gemacht. Manches hat Hawking bestätigt, manches hat ihn überrascht, und die größte Frage ist noch offen.

Das Universum beschleunigt. 1998 entdeckten zwei Forschergruppen, dass sich die Ausdehnung des Universums nicht verlangsamt, wie man erwartet hatte, sondern beschleunigt. Die Ursache ist unbekannt und wird dunkle Energie genannt. Sie macht nach heutigen Messungen den größten Teil des Universums aus, und niemand weiß, was sie ist. Für diese Entdeckung gab es 2011 den Physiknobelpreis. Neuere Messungen deuten an, dass sich die dunkle Energie mit der Zeit verändern könnte, doch das ist noch umstritten.

Ein genaues Bild des frühen Universums. Satellitenmessungen der kosmischen Hintergrundstrahlung seit den 1990er-Jahren haben das Alter des Universums auf etwa 13,8 Milliarden Jahre festgelegt und Hawkings Bild vom heißen Anfang eindrucksvoll bestätigt.

Schwarze Löcher werden sichtbar. 2015 wurden zum ersten Mal Gravitationswellen gemessen, Erschütterungen der Raumzeit, die entstanden, als zwei Schwarze Löcher miteinander verschmolzen. 2019 veröffentlichte ein weltweites Netz von Radioteleskopen das erste Bild vom Schatten eines Schwarzen Lochs, 2022 eines vom Schwarzen Loch im Zentrum unserer eigenen Galaxie. Was zu Hawkings Zeit theoretische Objekte waren, deren Existenz man nur erschließen konnte, ist heute beobachtbar.

Ein Nobelpreis, den Hawking nicht mehr erlebte. 2020 erhielt Roger Penrose, Hawkings früher Mitstreiter, den Physiknobelpreis für seinen Nachweis, dass Schwarze Löcher eine Folge der allgemeinen Relativitätstheorie sind. Hawking war zwei Jahre zuvor gestorben, und Nobelpreise werden nicht nach dem Tod vergeben. Seine eigene berühmteste Vorhersage, die Hawking-Strahlung, ist bis heute nicht direkt gemessen worden, weil sie bei echten Schwarzen Löchern viel zu schwach ist.

Das Informationsparadox. Hawking hatte jahrelang behauptet, Information gehe in Schwarzen Löchern verloren, und darüber mit Kollegen gewettet. 2004 räumte er ein, dass er sich wohl geirrt habe, und zahlte seine Wettschuld. Seitdem haben theoretische Physiker Fortschritte gemacht, die nahelegen, dass die Information auf subtile Weise erhalten bleibt, aber eine vollständige Lösung gibt es nicht.

Die Theorie von allem fehlt weiter. Die große Hoffnung des Buches, eine vollständige Theorie, die Quantenmechanik und Schwerkraft vereint, ist nicht erfüllt. Die Stringtheorie, auf die viele hofften, ist mathematisch reich, aber bis heute nicht experimentell überprüfbar. Der Plan Gottes, um in Hawkings Bild zu bleiben, bleibt ungelesen.

Was es dir bringt

Ein Buch über Schwarze Löcher und imaginäre Zeit hat keinen praktischen Nutzen im engeren Sinn. Und doch bringt es mehr, als man denkt.

Mit dem Nichtverstehen leben lernen

Die meisten Leser stoßen in diesem Buch an eine Grenze, spätestens beim Kapitel über den Ursprung des Universums. Das ist keine Niederlage, sondern eine wertvolle Erfahrung: zu merken, dass die Wirklichkeit an manchen Stellen über das hinausgeht, was der Alltagsverstand fassen kann, und es trotzdem auszuhalten. Hawking selbst gibt zu, dass auch die Physiker manche ihrer Theorien eher rechnen als verstehen. Wer das erlebt hat, wird bescheidener gegenüber eigenen Gewissheiten und geduldiger mit Dingen, die er nicht auf Anhieb begreift. Das ist Kahnemans und Talebs Demut, an der Grenze der Physik.

Die großen Fragen ernst nehmen

Woher kommen wir, warum gibt es überhaupt etwas, wird alles einmal enden? Diese Fragen werden im Alltag selten gestellt und mit dem Alter oft drängender. Hawking zeigt, dass man sie nicht den Religionen oder der Esoterik überlassen muss, sondern dass die Naturwissenschaft zu ihnen etwas zu sagen hat, nicht die endgültige Antwort, aber einen ehrlichen Stand der Dinge. Wer an solchen Fragen interessiert ist, findet hier eine nüchterne, staunende Begleitung.

Die Zeit

Das Kapitel über den Zeitpfeil hat für jemanden mit 56 eine besondere Note. Dass wir die Zeit als vergehend erleben, dass wir uns an die Vergangenheit erinnern und die Zukunft nicht kennen, ist in Hawkings Darstellung keine bloße Eigenheit unseres Bewusstseins, sondern mit der Physik des ganzen Universums verbunden. Das ändert nichts daran, dass die Jahre vergehen, aber es stellt das eigene Erleben in einen größeren Zusammenhang, wie Marc Aurel es mit dem Blick von oben tat.

Ein Leben gegen die Prognose

Und schließlich, vielleicht das Bewegendste: Hawkings eigene Geschichte. Ein Mann, dem man mit 21 noch zwei Jahre gab, der sich nach und nach kaum noch bewegen konnte, der nur noch über einen Computer sprach, schrieb eines der erfolgreichsten Bücher der Welt, forschte bis ins hohe Alter, gründete eine Familie, reiste um die Welt und behielt dabei einen bemerkenswerten Humor. Er hat einmal sinngemäß gesagt, seine Erwartungen seien mit 21 auf null gesunken, und seitdem sei alles ein Geschenk gewesen. Das ist Frankl in einem Satz, gelebt statt geschrieben, und es ist eine Haltung, die für jeden, der mit Einschränkungen, Krankheit oder dem Älterwerden lebt, etwas bedeuten kann.

Meine Sicht

Eine kurze Geschichte der Zeit ist ein historisches Buch geworden, ein Dokument dafür, wie ein großer Physiker in den 1980er-Jahren die größten Fragen sah, und es ist immer noch eines der eindrucksvollsten Beispiele dafür, wie man über schwierigste Wissenschaft für ein breites Publikum schreiben kann.

Was mich überzeugt

Der Mut zu den großen Fragen. Hawking scheut sich nicht, über Anfang und Ende des Universums, über Zeit und Gott zu schreiben, und er tut es ohne Pathos, ohne Esoterik und ohne falsche Bescheidenheit. Das Buch hat einer ganzen Generation gezeigt, dass Physik keine Sammlung von Formeln ist, sondern ein Weg, über die ältesten Fragen nachzudenken.

Die Kürze und Klarheit. Für das, was es behandelt, ist das Buch erstaunlich schlank, und viele Kapitel, über Relativität, Schwarze Löcher und den Zeitpfeil, sind für aufmerksame Laien gut verständlich.

Der Forscher selbst. Anders als Bryson schreibt Hawking über seine eigene Arbeit, über Entdeckungen, die er selbst gemacht hat, und über Irrtümer, die er selbst begangen hat. Das gibt dem Buch eine Authentizität, die man spürt.

Der Humor. Die Schildkröten, die Wette mit Thorne, die trockenen Bemerkungen über Kollegen: Hawking nimmt sein Thema ernst, aber nicht sich selbst.

Was mich stört

Die schweren Kapitel. Trotz aller Bemühungen wird das Buch an einigen Stellen, vor allem beim Ursprung des Universums und der imaginären Zeit, so abstrakt, dass die meisten Leser nicht mehr folgen können. Es fehlt dort an Bildern und Vergleichen, wie Bryson sie findet. Der Hawking-Index hat einen wahren Kern.

Der Stand der Forschung. Vieles ist überholt oder ergänzt, die dunkle Energie fehlt, die neueren Beobachtungen ebenso. Wer heute einen aktuellen Überblick will, sollte das Buch mit neueren Darstellungen ergänzen, etwa von Carlo Rovelli, der in Die Ordnung der Zeit dieselbe Frage nach der Zeit eleganter und aktueller behandelt.

Der Ruhm des Autors. Ein Teil des Erfolgs verdankte sich weniger dem Buch als der Faszination für Hawkings Person. Das ist verständlich und verdient, aber es hat auch dazu geführt, dass das Buch als Symbol mehr gekauft als gelesen wurde.

Die Theorie von allem. Hawkings Optimismus, eine vollständige Theorie sei vielleicht bald in Reichweite, hat sich nicht erfüllt. Er selbst hat diese Erwartung später gedämpft.

Mein Urteil

Als Gedankenbuch eine 8 von 10, als Lesevergnügen eine 6. Mein Lesetipp: Wenn du es noch nicht gelesen hast, nimm die illustrierte Ausgabe, die vieles anschaulicher macht. Lies die Kapitel über Raum und Zeit, das expandierende Universum, die Schwarzen Löcher und den Zeitpfeil gründlich. Das Kapitel über Anfang und Ende des Universums darfst du überfliegen, ohne schlechtes Gewissen. Und wenn dich danach die Frage nach der Zeit nicht loslässt, ist Rovelli die beste Fortsetzung.

Fazit

Eine kurze Geschichte der Zeit führt in knapp 250 Seiten vom Weltbild der Antike über Einstein und die Quantenmechanik bis zu Schwarzen Löchern und dem Ursprung des Universums, und fragt dabei nach dem Größten überhaupt: Wie hat alles begonnen, und warum gibt es uns? Es ist an einigen Stellen schwer, an manchen überholt, aber es bleibt ein bewegendes Zeugnis eines Forschers, der unter den härtesten Bedingungen nicht aufhörte, diese Fragen zu stellen.

Für dich in einem Satz: Lies dieses Buch nicht, um jedes Kapitel zu verstehen, sondern um zu erleben, wo die Grenzen des Verstehens liegen, und lass dich von Hawkings Leben daran erinnern, dass auch eine niederschmetternde Prognose nicht das letzte Wort haben muss.

In der Reihe ergänzt dieses Buch Bryson: Bryson erzählt die Wissenschaft von außen, als neugieriger Laie, Hawking von innen, als einer, der sie selbst vorangetrieben hat. Zusammen mit Kuhn zeigen beide, dass Wissenschaft eine Geschichte ist, die noch lange nicht zu Ende erzählt ist.