Stephen Hawking was meer dan een wetenschapper of een bestsellerauteur. Hij was een cultureel icoon. Het beeld van het bijna-bovenmenselijke, haast puur cerebrale genie-in-de-rolstoel concurreert met dat van de wuivende witte haardos van Albert Einstein - wellicht moet Hawking alleen Einstein voor zich laten gaan als prototype van het ‘genie’.

Daarnaast was Hawking de voorbije jaren ook meer en meer een orakel geworden. Over onderwerpen variërend van de gevaren van kunstmatige intelligentie (’Succes bij het creëren van artificiële intelligentie zou de grootste gebeurtenis in de geschiedenis van de mens zijn. Het zou ook wel eens de laatste kunnen zijn’) over de wijsheid van pogingen om aliens te contacteren (’Als aliens ons bezoeken, zou het resultaat ongeveer hetzelfde zijn als toen Columbus in Amerika landde, wat niet zo goed is uitgedraaid voor de oorspronkelijke bewoners.’) tot het bestaan van God (’Niemand heeft het heelal geschapen en niemand bestuurt ons lot’) liet hij zijn synthetische stemgeluid horen.

Bij dat alles was er bijna niemand bij het grote publiek die precies wist waarom Hawking in feite zo beroemd was geworden, of wat hij nu eigenlijk, op wetenschappelijk gebied, gepresteerd of ontdekt had. Nochtans was dat niet niets. Hawkings wetenschappelijke bijdragen volstaan om hem tot een van de toonaangevende natuurkundigen van zijn tijd te maken - al heeft de geschiedenis (of de natuur) nog geen definitief oordeel geveld over zijn belangrijkste werk.

Stephen Hawking (°1942) verrichtte zijn invloedrijkste werk al op jonge leeftijd, in de jaren zestig en begin jaren zeventig, aan de universiteit van Cambridge. Hij bouwde voort op het onderzoek van de elf jaar oudere Roger Penrose, met wie hij later zou samenwerken.

Einsteins theorie onvolledig

Penrose had wiskundig aangetoond dat Einsteins zwaartekrachttheorie (de zogeheten ‘algemene relativiteitstheorie’) impliceerde dat er onder bepaalde omstandigheden, met name wanneer een stervende ster door haar zwaartekracht ineenstortte tot een zwart gat, een singulariteit gevormd moest worden, dat wil zeggen een punt waar de theorie het wiskundig liet afweten, en waar ze voorspelde dat de materie oneindig dicht op elkaar geperst zou worden. Helemaal in het midden van een zwart gat - volstrekt niet waarneembaar voor de buitenwereld, omdat uit een zwart gat geen licht ontsnapt - moest in een piepklein punt al de materie van de ingestorte ster geconcentreerd zitten. Om te beschrijven wat er zich op dat punt zelf afspeelde, zou een betere theorie dan die van Einstein nodig zijn.

Hawking paste een gelijkaardige redenering toe op het hele heelal, dat aan het uitzetten was sedert de oerknal, en hij toonde aan dat, steeds volgens Einsteins theorie, het heelal moest zijn begonnen als een singulariteit - één moment waarop alle materie van het vandaag zichtbare heelal in één punt geconcentreerd was. Een singulariteit in een natuurkundige theorie is in feite een soort wiskundig waarschuwingssignaal dat de theorie het op dat punt laat afweten (een beetje te vergelijken met een deling door nul in de huis-tuin-en-school-wiskunde). De resultaten van Hawking en Penrose lieten dus in zekere zin zien dat Einsteins theorie onvolledig was, en dat er een betere theorie nodig zou zijn om het eerste begin van de oerknal of het middelste punt van een zwart gat te begrijpen.

Die betere theorie zou een kwantum-zwaartekrachttheorie moeten worden, die de twee grote pijlers van de hedendaagse natuurkunde met elkaar zou verenigen, aan de ene kant Einsteins algemene relativiteitstheorie die handelt over de zwaartekracht en ruimte en tijd, en aan de andere kant de kwantumtheorie, die vooral de wereld van het microscopische en de elementaire deeltjes beschrijft.

Nog steeds op zoek naar ‘heilige graal’

Ondanks grote inspanningen hebben fysici nog steeds geen kwantum-zwaartekrachttheorie gevonden. Maar als die ‘heilige graal’ van de natuurkunde op een dag ontdekt wordt, zou het wel eens mede te danken kunnen zijn aan een ontdekking die Hawking in 1974 deed.

Einsteins zwaartekrachttheorie en de kwantummechanica zijn wiskundig-technisch moeilijk te verenigen en ze zijn op een heel verschillende conceptuele basis gebouwd. Maar fysici hebben er meestal weinig last van dat de twee pijlers van hun vak ‘niet compatibel’ zijn, omdat beide theorieën zelden op elkaars terrein komen. De zwaartekrachttheorie heeft het vooral over objecten op astronomische schaal, de kwantumtheorie vooral over de schaal van deeltjes en atomen.

Maar er zijn uitzonderingen, waar de toepassingsgebieden van de theorieën elkaar overlappen. Zwarte gaten, zag Hawking, zijn zo’n overlappingsgebied, een domein waar de tegenstelling tussen beide theorieën op de spits wordt gedreven, en dat daarom razend interessant is - een beter begrip van zwarte gaten zou ons wel eens de sleutel kunnen zijn tot een vereniging van de kwantum- en de zwaartekrachtswereld.

Zwarte gaten zijn helemaal niet zwart

Hawking combineerde op een originele manier wat de zwaartekrachttheorie en de kwantumtheorie over zwarte gaten te zeggen hadden, en kon aantonen dat zwarte gaten, in tegenstelling tot wat altijd gedacht werd, wel degelijk een beetje straling moesten uitzenden. Tevoren werden zwarte gaten gezien als gebieden waaruit geen straling kon ontsnappen omdat hun extreem sterke zwaartekracht alles tegenhield. Maar nu bleek de kwantumtheorie een achterpoortje te creëren waardoor een zwart gat toch (een beetje) straling kon uitzenden. Zwarte gaten waren dus niet helemaal zwart.

Deze (puur theoretische) ontdekking in 1974 van wat sindsdien ‘Hawking-straling’ heet, maakte definitief Hawkings faam in de natuurkundige wereld. Zijn werk heeft in de decennia die volgden een heel onderzoeksdomein in de theoretische natuurkunde doen ontstaan waarin men de kwantum-eigenschappen van zwarte gaten als aangrijpingspunt benut om te proberen grip te krijgen op het raadsel van de kwantumzwaartekracht. Hawking zelf heeft nog volop aan dat onderzoek meegewerkt, bijvoorbeeld met werk in verband met de zogeheten ‘informatieparadox’ bij zwarte gaten. Daarnaast heeft hij ook verder theoretisch onderzoek gedaan in verband met de structuur en geschiedenis van het heelal en de fundamentele natuurwetten.

(Lees verder onder de infografiek)Geen Nobelprijs

Een Nobelprijs heeft Hawking niet gekregen, zelfs niet voor zijn baanbrekende werk over Hawkingstraling. Dat komt wellicht doordat het Nobelcomité de politiek lijkt aan houden dat voor dit soort theoretisch werk pas een prijs wordt gegeven nadat het ondubbelzinnig door experimenten of observaties is bevestigd. En daar staan we voor Hawkings werk over zwarte gaten nog ver vandaan. In de jaren zeventig waren zwarte gaten nog bijna puur theoretisch. De voorbije decennia hebben astronomen weliswaar steeds overtuigender aanwijzingen gevonden dat zwarte gaten wel degelijk echt bestaan, maar er is tot vandaag nog nooit een zwart gat rechtstreeks waargenomen. Laat staan dat de uiterst zwakke Hawkingstraling van een zwart gat zou zijn gemeten. Als het op een dag, later in deze eeuw, of in de volgende, toch experimenteel bevestigd wordt, zal het te laat zijn om Hawking met de Nobel te bekronen.

Spierziekte ALS

Toen Hawking zijn belangrijkste werk deed, was hij reeds gediagnosticeerd met de ziekte die zijn leven getekend heeft. In 1963, toen hij een laatstejaarsstudent fysica was aan de universiteit van Oxford, werd bij hem amyotrofe laterale sclerose (ALS) vastgesteld, een ziekte waarbij zenuwcellen afsterven, met als gevolg een steeds verdergaande verlamming en uiteindelijk de dood. De artsen gaven Hawking aanvankelijk een levensverwachting van twee jaar. Maar hij bleek aan een zeldzame variant van de ziekte te lijden, die veel trager vordert en een lang leven niet in de weg staat.

Na de diagnose was Hawking aanvankelijk depressief en wilde hij zijn studies stopzetten. Maar later, mede omdat zijn lichamelijke aftakeling niet zo snel bleek te verlopen als gevreesd, kwam hij eroverheen en stortte hij zich met grote vastberadenheid op zijn studie en onderzoek. Hij werd gedwongen om veel van zijn denkwerk en berekeningen in zijn hoofd te doen, in plaats van, zoals de meeste fysici, volop kladpapier en schoolbord te gebruiken.

Lopen en spreken werden steeds moeilijker voor hem. Vanaf einde jaren zestig moest hij - zeer tegen zijn zin - in een rolstoel; zijn roekeloze rijstijl met de rolstoel werd legendarisch op de campus. Na een operatie in 1985 kon hij alleen nog spreken met een spraakcomputer en had hij 24 uur op 24 medische begeleiding nodig. Daarvoor werden drie verpleegsters in ploegendienst ingeschakeld.

‘A Brief History of Time’

Een ervan zou later, in 1995, zijn tweede echtgenote worden. Met zijn eerste vrouw, Jane, trouwde hij in 1965. Hij had haar kort voor zijn diagnose leren kennen en zei later dat het aanstaande huwelijk ‘hem iets gaf om voor te leven’ in de moeilijke eerste jaren na de diagnose. Het koppel had drie kinderen. In 2006 scheidde Hawking van zijn tweede vrouw.

Hawking werd een superster bij het grote publiek met zijn boek A Brief History of Time (door de Nederlandse uitgever jammerlijk fantasieloos vertaald als Het heelal). Het boek stond jarenlang in de bestsellerlijsten, en er zijn inmiddels meer dan tien miljoen exemplaren van verkocht. Hoewel het boek voor een breed publiek bedoeld was, was de inhoud hier en daar behoorlijk moeilijk; het wordt vaak geciteerd als een boek dat vele mensen in de kast hebben staan maar dat weinigen hebben uitgelezen.

Stephen Hawkings leven werd in 2014 verfilmd. De film The Theory of Everything was gebaseerd op de memoires van Hawkings eerste echtgenote Jane.