Snelle feiten
Levensloop
Stephen Hawking werd geboren in Oxford, precies driehonderd jaar na de dood van Galileo Galilei — een feit waar hij graag op wees. Zijn ouders hadden allebei in Oxford gestudeerd. Op school was hij geen uitblinker in cijfers, maar zijn klasgenoten noemden hem al “Einstein”. Hij studeerde natuurkunde aan University College in Oxford (1959–1962) en begon daarna aan een promotieonderzoek in de kosmologie in Cambridge, onder Dennis Sciama.
Kort na zijn 21e verjaardag, in 1963, kreeg hij de diagnose amyotrofische laterale sclerose (ALS), een motorneuronziekte. Artsen gaven hem nog ongeveer twee jaar. De ziekte verliep bij hem echter uitzonderlijk langzaam. Hawking zei later dat de diagnose hem juist motiveerde: zijn leven kreeg een richting. In 1965 trouwde hij met Jane Wilde; ze kregen drie kinderen. In 1966 promoveerde hij met een proefschrift over de uitdijing van het heelal.
Geleidelijk verloor hij de controle over zijn spieren. Vanaf eind jaren zestig gebruikte hij krukken, daarna een rolstoel. In 1985 kreeg hij tijdens een verblijf in Genève een zware longontsteking; na een tracheotomie kon hij niet meer praten. Daarna communiceerde hij via een spraakcomputer met de inmiddels beroemde robotstem, die hij aanstuurde met een vinger en later met een spiertje in zijn wang.
Van 1979 tot 2009 was hij Lucasian Professor of Mathematics in Cambridge, de leerstoel die ooit door Isaac Newton werd bekleed. Zijn huwelijk met Jane eindigde in 1995; datzelfde jaar trouwde hij met zijn verpleegster Elaine Mason (gescheiden in 2006). Hij overleed op 14 maart 2018 in Cambridge, 76 jaar oud. Zijn as werd bijgezet in Westminster Abbey, tussen de graven van Newton en Charles Darwin.
Singulariteiten en de oerknal
Hawkings eerste grote werk ging over de vraag of het heelal een begin heeft. Volgens de algemene relativiteitstheorie van Einstein kan zwaartekracht materie zo sterk samenpersen dat dichtheid en kromming oneindig worden: een singulariteit. Roger Penrose had in 1965 bewezen dat dit gebeurt in het hart van een instortende ster. Hawking draaide het argument om in de tijd: als het heelal nu uitdijt, moet het in het verleden in een singulariteit zijn begonnen. Samen publiceerden ze in 1970 de singulariteitsstellingen van Hawking en Penrose, een sterke theoretische onderbouwing van de oerknal. Penrose kreeg in 2020 de Nobelprijs voor zijn werk aan zwarte gaten; Hawking was toen al overleden.
Hawkingstraling: zwarte gaten zijn niet zwart
Een zwart gat is een gebied waar de zwaartekracht zo sterk is dat zelfs licht niet kan ontsnappen. In 1971 bewees Hawking dat de oppervlakte van de waarnemingshorizon nooit kan afnemen — sterk vergelijkbaar met entropie, die volgens de tweede hoofdwet ook nooit afneemt. De jonge natuurkundige Jacob Bekenstein stelde dat die oppervlakte écht de entropie van een zwart gat is. Hawking vond dat aanvankelijk onzin: iets met entropie heeft een temperatuur, en iets met een temperatuur straalt. Een zwart gat kon toch niets uitstralen?
Toen hij in 1974 de kwantummechanica toepaste op de omgeving van de horizon, kwam hij tot zijn eigen verrassing uit op het tegendeel. Volgens de kwantumtheorie is lege ruimte nooit echt leeg: er ontstaan voortdurend kortstondige paren van deeltjes en antideeltjes (zie het onzekerheidsprincipe). Vlak bij de horizon kan een van de twee in het zwarte gat vallen terwijl de ander ontsnapt. Voor een waarnemer van buitenaf lijkt het zwarte gat dan straling uit te zenden, en het verliest daarbij massa. Dit populaire beeld is een vereenvoudiging, maar de uitkomst staat vast: zwarte gaten hebben een temperatuur en verdampen.
Die temperatuur is omgekeerd evenredig met de massa. Voor een zwart gat met de massa van de zon is ze slechts ongeveer 6 × 10⁻⁸ K — veel kouder dan de kosmische achtergrondstraling van 2,7 K. Zo’n zwart gat neemt dus meer straling op dan het uitzendt, en het zou pas na ongeveer 10⁶⁷ jaar volledig verdampen. Hawkingstraling is daarom nog nooit rechtstreeks gemeten. Toch geldt de ontdekking als een mijlpaal: het was de eerste keer dat zwaartekracht, kwantummechanica en thermodynamica in één resultaat samenkwamen.
De informatieparadox
Als een zwart gat volledig verdampt, wat gebeurt er dan met de informatie over alles wat erin viel? Hawking stelde in 1976 dat die informatie verloren gaat, wat in strijd is met een basisprincipe van de kwantummechanica. Deze informatieparadox is nog steeds een van de grote open vragen van de natuurkunde. In 2004 gaf Hawking publiekelijk toe dat informatie waarschijnlijk toch behouden blijft, en verloor hij daarmee een beroemde weddenschap met John Preskill.
Het begin van het heelal en populaire boeken
In 1983 stelde Hawking met James Hartle het “geen-grensvoorstel” voor: in een kwantumbeschrijving van het vroegste heelal heeft de tijd geen scherp beginpunt, zoals de zuidpool geen rand heeft. Ook werkte hij aan de manier waarop kleine kwantumschommelingen in het jonge heelal konden uitgroeien tot de zaadjes van sterrenstelsels.
Voor het grote publiek werd hij beroemd met A Brief History of Time (1988), waarvan wereldwijd meer dan tien miljoen exemplaren werden verkocht. Het boek stond in Groot-Brittannië jarenlang in de bestsellerlijst. Later volgden onder meer Het universum in een notendop en kinderboeken met zijn dochter Lucy. De film The Theory of Everything (2014) vertelt zijn levensverhaal.
Erfenis
Hawkings werk zette de zoektocht naar een theorie van kwantumzwaartekracht centraal: elke kandidaat-theorie moet hawkingstraling en de entropie van zwarte gaten kunnen verklaren. Daarnaast liet hij als geen ander zien dat een zware handicap een wetenschappelijke loopbaan niet hoeft te beëindigen. Hij gebruikte zijn bekendheid om te waarschuwen voor klimaatverandering, kernwapens en de risico’s van kunstmatige intelligentie, en pleitte voor ruimteverkenning. Opvallend: hij overleed op de geboortedag van Einstein, 14 maart.
Tijdlijn
- 1942 — Geboren op 8 januari in Oxford.
- 1959–1962 — Studie natuurkunde in Oxford.
- 1963 — Diagnose ALS (motorneuronziekte).
- 1965 — Trouwt met Jane Wilde.
- 1966 — Promoveert in Cambridge.
- 1970 — Singulariteitsstellingen met Roger Penrose.
- 1974 — Hawkingstraling; lid van de Royal Society.
- 1979 — Lucasian Professor in Cambridge (tot 2009).
- 1985 — Verliest zijn stem na een tracheotomie.
- 1988 — A Brief History of Time; Wolf Prize.
- 2004 — Erkent dat informatie in zwarte gaten waarschijnlijk niet verloren gaat.
- 2018 — Overleden op 14 maart in Cambridge.
Veelgestelde vragen
Wat heeft Stephen Hawking ontdekt?
Hawking ontdekte in 1974 dat zwarte gaten door kwantumeffecten straling uitzenden (hawkingstraling) en dus langzaam verdampen. Met Roger Penrose bewees hij bovendien dat de algemene relativiteitstheorie een begin van het heelal in een singulariteit voorspelt.
Wat is hawkingstraling?
Hawkingstraling is de zwakke warmtestraling die een zwart gat volgens de kwantumtheorie uitzendt. Hoe kleiner het zwarte gat, hoe hoger de temperatuur. Voor zwarte gaten met de massa van een ster is de straling zo zwak dat ze nog nooit is gemeten.
Welke ziekte had Stephen Hawking?
Hawking had amyotrofische laterale sclerose (ALS), een vorm van motorneuronziekte. Hij kreeg de diagnose in 1963, op zijn 21e, en leefde er uitzonderlijk lang mee: ruim 55 jaar.
Heeft Stephen Hawking een Nobelprijs gewonnen?
Nee. Het Nobelcomité bekroont in de praktijk alleen theorieën die experimenteel zijn bevestigd, en hawkingstraling is nog niet gemeten. Hawking kreeg wel onder meer de Wolf Prize (1988), de Copley Medal (2006) en de Presidential Medal of Freedom (2009).
Hoe oud is Stephen Hawking geworden?
Hawking werd 76 jaar oud: hij werd geboren op 8 januari 1942 in Oxford en overleed op 14 maart 2018 in Cambridge.
Waar is Stephen Hawking begraven?
Zijn as is in juni 2018 bijgezet in Westminster Abbey in Londen, tussen de graven van Isaac Newton en Charles Darwin.