Vandaag is het precies vijf jaar geleden dat Stephen Hawking op 76-jarige leeftijd overleed. Hoe groeide deze wereldberoemde natuurkundige op? Hoe ging hij met zijn ziekte om? En welke geheimen van ons heelal legde hij bloot?

Iedereen kent Stephen Hawking als genie, maar was hij als kind ook al zo briljant? Niet opvallend, in elk geval. In de klas behoorde hij tot de middenmoot, maar in zijn hobby’s toonde hij zich een typische nerd: met zijn vrienden ontwierp hij superingewikkelde bordspellen en bouwde hij een werkende computer uit onderdelen van klokken en andere apparaten.

Lakse houding

Na de middelbare school wilde Stephen wiskunde gaan studeren, maar zijn vader vond dat niet praktisch genoeg, dus werd het natuur- en scheikunde. Bij voorkeur bij University College in Oxford, waar pa Hawking zelf ook had gestudeerd. Maar daar moest je wel wat voor kunnen. Dat bleek geen probleem: tijdens zijn toelatingsexamens liet de zeventienjarige Stephen zien dat hij meer dan genoeg in huis had voor de studie.

Als student had hij het aanvankelijk niet echt naar zijn zin; hij was een stuk jonger dan de meeste jaargenoten en hij voelde zich eenzaam. Halverwege zijn tweede jaar vond hij gelukkig zijn draai en ervoeren zijn studiegenoten hem als “levendig, opgewekt en sympathiek”. Een fanatiek student werd hij echter nooit; naar eigen zeggen besteedde hij gemiddeld één uur per dag aan zijn studie.

Die lakse houding brak Stephen op toen hij na zijn studie wilde verkassen naar Cambridge, om zich daar te wijden aan de kosmologie; de tak van de natuur- en sterrenkunde die zich richt op het heelal als geheel. Daarvoor moest hij in Oxford het hoogst haalbare resultaat in de wacht slepen: een eerstegraadsdoctoraal. Hij maakte het examen echter niet geweldig en belandde in het grijze gebied tussen een eerste- en een tweedegraadsdoctoraal. Een mondeling examen moest vervolgens de doorslag geven, wat Hawking dan weer met vlag en wimpel haalde. Het zou de eerste stap zijn richting een carrière met meer dan één hoogtepunt.

Lees ook:

• Stephen Hawkings stem naar zwart gat gestuurd
• Dertien uitspraken van Stephen Hawking

Hoofdpijndossier

Als je de naam Stephen Hawking laat vallen, zal bijna niemand zeggen: wie is dat? Maar als je vervolgens vraagt wat Hawking precies aan de wetenschap heeft bijgedragen, blijft het waarschijnlijk stil. Wat waren nu echt zijn belangrijkste wapenfeiten?

Al vroeg in zijn carrière gooide Hawking hoge ogen door aan te haken bij het werk van de wiskundige Roger Penrose. Die had aangetoond dat als een ster instort tot een zwart gat, in het binnenste ervan een punt ontstaat waar alle materie op elkaar gepakt zit: de zogenoemde singulariteit.

Maar zo’n singulariteit vormt een waar hoofdpijndossier voor fysici. De dichtheid is er oneindig hoog, met als gevolg dat de natuurwetten er niet meer opgaan. Voorheen namen wetenschappers dan ook aan dat zulke punten weliswaar een wiskundige mogelijkheid waren, maar in werkelijkheid niet voorkwamen.

Penrose toonde aan dat het tegendeel het geval was voor zwarte gaten, Hawking breidde dat resultaat vervolgens uit naar de oerknal, het moment waarop ons heelal 13,8 miljard jaar geleden ontstond. Toen was er ook sprake van een oneindig hoge dichtheid en dus van een singulariteit, liet hij zien. Daarmee kwam de oerknal eveneens buiten het bereik van onze natuurwetten te liggen. De vraag hoe ons heelal precies is ontstaan, was dus volgens Hawking niet te beantwoorden.

Tenminste, volgens de Hawking van begin jaren zeventig. In de jaren tachtig stelde hij dat de oerknalsingulariteit misschien geen échte singulariteit was. Op het moment dat het heelal werd geboren, was de dichtheid weliswaar ontzettend hoog, maar wellicht niet oneindig hoog, waardoor je er mogelijk toch berekeningen op los kunt laten. Een heel vruchtbare weg is dat vooralsnog niet gebleken, maar het geeft wel aan dat Hawking altijd bereid was om gevestigde ideeën aan te pakken – ook als die van hemzelf afkomstig waren.

Zwart gat verdampt

Terug naar de jaren zeventig. Een discussie die toen ook woedde, was: heeft een zwart gat een temperatuur? Ja, vond de Israëlisch-Amerikaanse natuurkundige Jacob Bekenstein. Nee, vond Hawking: als iets een temperatuur heeft, geeft het straling af en een zwart gat is een object met zo’n grote zwaartekracht dat niets eraan kan ontsnappen, dus ook geen straling. Toen Hawking zich echter serieus op het probleem stortte, ontdekte hij dat zwarte gaten wel degelijk straling afgeven, zij het op een indirecte manier.

Dat werkt als volgt. Overal in de ruimte ontstaan continu koppels van deeltjes en antideeltjes, die elkaar normaal gesproken vrijwel meteen weer vernietigen. Ontstaat zo’n koppel echter in de buurt van een zwart gat, dan kan een van beide deeltjes in het zwarte gat verdwijnen en het andere het heelal in vliegen voordat ze elkaar vernietigen. Zo zendt een zwart gat in zekere zin dus toch straling het heelal in – hawkingstraling, zoals we nu zeggen – en wel precies op de manier zoals een object met een temperatuur dat doet. Een zwart gat, zo moest Hawking toegeven, heeft dus wél een temperatuur.

En het wordt nog vreemder. Omdat het deeltje dat ontsnapt een positieve energie heeft (zoals alle normale deeltjes), moet het deeltje dat in het zwarte gat valt een negatieve energie hebben. Maar als een deeltje met een negatieve energie in een zwart gat valt, wordt dat zwarte gat er niet zwaarder van, maar lichter. Oftewel: door dit mechanisme ‘verdampt’ een zwart gat tot er niets van over is.

Quantumproblemen

Daarmee zijn we aangekomen bij Hawkings volgende grote bijdrage: informatie die in een zwart gat belandt, is ook echt weg. Stel dat je een boek in een zwart gat gooit. Niet alleen krijg je dat boek nooit meer terug, het is zelfs onherroepelijk verdwenen als het gat is verdampt.

Dat is echter een enorm probleem voor fysici, want volgens de quantummechanica – de theorie die we gebruiken om de wereld van het allerkleinste te beschrijven – mag informatie nooit verloren gaan. Er mankeert dus of iets aan de quantummechanica, of er ontsnapt op de een of andere manier tóch informatie uit een zwart gat. Wat er nu echt gebeurt, is anno 2023 nog steeds onderwerp van discussie.

Meesterwerk?

Tot slot heeft Hawking zich beziggehouden met theorieën waarin er continu nieuwe heelallen ontstaan. In die hoek zat ook zijn laatste wetenschappelijke artikel, waar hij samen met de Belgische natuurkundige Thomas Hertog tot kort voor zijn dood aan schaafde. Kranten en sites brachten het als ‘mogelijk zijn belangrijkste werk’, maar dat is op zijn minst erg voorbarig.

In het artikel rekenen de twee fysici aan een flink versimpeld heelal, in de hoop dat de conclusies die ze daaruit trekken ook van toepassing zijn op de veel ingewikkeldere werkelijkheid. Dan zouden ze vervolgens kunnen helpen met het beantwoorden van de vraag waarom ons eigen heelal is zoals het is. Maar vooralsnog lijkt het er toch echt op dat Hawking met name zal worden herinnerd vanwege zijn werk aan de oerknal en zwarte gaten. Hoe mooi het idee ook is van een wetenschapper die op zijn sterfbed zijn meesterwerk voltooide.

Zijn ziekte

Het is bijna onmogelijk om Stephen Hawking los te zien van zijn ziekte, die hem aan een rolstoel kluisterde en uiteindelijk zo goed als volledig verlamde. Tegelijkertijd heeft Hawking op allerlei fronten een rijker leven geleid dan de meeste gezonde mensen. En uiteindelijk bereikte hij ondanks zijn ziekte de respectabele leeftijd van 76 jaar.

Eerder leek Hawking een heel wat korter leven beschoren: in 1963 gaven de artsen hem nog een jaar of twee. In de maanden daarvoor was hij steeds onhandiger geworden en viel hij weleens zonder aanleiding. Het bleken voorboden van ALS, een ziekte waarbij zenuwcellen in het ruggenmerg en de hersenen geleidelijk uitvallen. Het gevolg is dat het aansturen van de spieren steeds minder goed gaat, waardoor ze alsmaar dunner worden. Spieren die de hersenen niet bewust aansturen – bijvoorbeeld in het hart, de darmen en de geslachtsdelen – blijven wel gewoon werken.

Ook de hersenen worden in principe niet aangetast door ALS. Hawking prees zichzelf dan ook gelukkig dat hij had gekozen voor een carrière waarbij hij vooral zijn hoofd moest gebruiken. Toch heeft zelfs een theoretisch natuurkundige zijn spieren voor allerlei zaken nodig. Schrijven bijvoorbeeld, iets wat Hawking eind jaren zestig al nauwelijks meer kon. Daarom concentreerde hij zich op vraagstukken die hij kon visualiseren.

Communiceren

Een verhaal apart is de beroemde robotstem die iedereen ogenblikkelijk met Hawking associeert. Uiteraard had hij een groot deel van zijn leven een gewone stem, maar al snel na zijn ALS-diagnose kreeg hij een spraakgebrek dat met de jaren erger werd. Daarom werd Hawking steeds vergezeld door een jonge wetenschapper die hem goed verstond en die als tolk fungeerde.

In 1985 ging het echter mis. Tijdens een bezoek aan Zwitserland liep Hawking een longontsteking op die zo ernstig was dat artsen aan zijn vrouw vroegen of ze hem van de life support af moesten halen. Zover kwam het niet, maar de natuurkundige verloor wel permanent zijn stem. Een tijdlang communiceerde hij door een assistent letters aan te laten wijzen op een bord; hij trok dan zijn wenkbrauwen op bij de juiste.

Gelukkig bleek de technologie al snel ver genoeg gevorderd voor een praktischere oplossing. Met het programma Equalizer kon Hawking uit een lijst met alle letters en 2500 woorden zelf zinnen opbouwen door met zijn nog werkende vingers te klikken. Een apparaatje, de CallText 5010, sprak de zinnen die Hawking bij elkaar had geklikt uit met de overbekende robotstem.

Maar vanaf 2005 kon hij zijn zinnen niet meer bij elkaar klikken; voortaan moest hij de software aansturen via bewegingen van zijn wang, die werden opgepikt door infrarood licht, uitgezonden door zijn bril. Ook het besturen van zijn rolstoel ging hem alsmaar moeilijker af. Bovendien kreeg hij steeds meer moeite met ademhalen.

Laatste rustplaats

Uiteindelijk overleed Hawking in de vroege ochtend van 14 maart 2018. Op paaszaterdag werd de uitvaartplechtigheid gehouden in Cambridge, in een kerkje op een steenworp afstand van het college waar hij meer dan vijftig jaar aan verbonden was. Zijn as werd bijgezet in Westminster Abbey, waar ook Isaac Newton en Charles Darwin begraven liggen. Op de gedenksteen staat een van de wiskundige formules waar hij in de jaren zeventig naam mee maakte. Hij was tenslotte een van de belangrijkste wetenschappers van onze tijd – en dat straalt zijn laatste rustplaats ook uit.

Dit verhaal is oorspronkelijk gepubliceerd in KIJK 5/2018.

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!