Stephen Hawking


Stephen Hawking
Stephen Hawking

Stephen William Hawking, CH, CBE (* 8. Januar 1942 in Oxford, Vereinigtes Königreich) ist ein englischer theoretischer Physiker und Astrophysiker. Von 1979 bis 2009[1] war er Inhaber des Lucasischen Lehrstuhls für Mathematik an der Universität Cambridge, den einst Sir Isaac Newton und Paul Dirac innehatten.

Stephen Hawking lieferte bedeutende Arbeiten zur Kosmologie, wobei seine Forschung vor allem auf dem Gebiet der Physik der Schwarzen Löcher angesiedelt ist. Durch populärwissenschaftliche Bücher über moderne Physik ist er auch einem breiten Publikum außerhalb der Fachwelt bekannt geworden.

1963 wurde bei Hawking eine degenerative Erkrankung des motorischen Nervensystems (Amyotrophe Lateralsklerose, abgekürzt ALS) diagnostiziert. Mediziner prophezeiten ihm, nur noch wenige Jahre zu leben.[2] Allerdings handelt es sich vermutlich um eine chronisch juvenile ALS, die durch einen extrem langen Krankheitsverlauf gekennzeichnet ist. Seit 1968 ist er auf einen Rollstuhl angewiesen. Durch einen Luftröhrenschnitt 1985 verlor er die Fähigkeit zu sprechen und ist für die verbale Kommunikation auf die Benutzung eines Sprachcomputers angewiesen, den er zunächst mit seinem rechten Wangenmuskel steuerte. Mittlerweile wird die Bewegung seiner Pupillen zur Steuerung genutzt.[3]

Inhaltsverzeichnis

Leben und Werdegang

Ausbildung und Studium

Hawkings Eltern Isobel Hawking (Wirtschaftswissenschaftlerin) und Frank Hawking (Tropenmediziner) waren vor der Geburt ihres Sohnes vorübergehend aus dem Londoner Stadtgebiet (Stadtteil Highgate) nach Oxford gezogen, um so der Bedrohung durch deutsche Bombardierung durch die Luftwaffe im Zweiten Weltkrieg zu entgehen. 1950 zog die Familie erneut um, diesmal nach St Albans nördlich von London, wo Stephen Hawking ab 1953 die St. Albans School besuchte.

Der Wunsch des Vaters war es, dass sein Sohn Medizin studieren sollte, um in seine Fußstapfen als Arzt zu treten. Hawking konzentrierte sich daher in Leistungskursen auf Drängen seines Vaters auf Chemie und belegte Mathematik nur als Nebenfach. Noch vor dem Schulabschluss nahm er probeweise an einer Aufnahmeprüfung für die Universität Oxford teil, die er mit Auszeichnung bestand und die ihm überraschend ein Studien-Stipendium gewährte.

Wissenschaftliche Arbeit

Stephen Hawking schloss sein Bachelorstudium an der Universität Oxford 1962 ab. Wenig später wechselte er zu Trinity Hall an der Universität Cambridge, wo er seine Promotion über theoretische Astronomie und Kosmologie begann und 1966 abschloss. Da ihm die für die Aufnahme in Cambridge notwendige Examensnote fehlte, trat er zu einer mündlichen Prüfung an, die er mit Bestnote bestand. Nach seiner Doktorarbeit wurde er Research Fellow und später Professorial Fellow am Gonville and Caius College der Universität Cambridge.

Berühmt wurde er in den 1960er Jahren für den Beweis der notwendigen Existenz von Singularitäten in der allgemeinen Relativitätstheorie unter sehr allgemeinen Voraussetzungen (gemeinsam mit Roger Penrose). Für diese Arbeit erhielt er 1966 den angesehenen Adams Prize der Universität Cambridge. Er wechselte an das Institut für Theoretische Astronomie in Cambridge, wo er bis 1973 blieb. Danach arbeitete er am Institut für angewandte Mathematik und Theoretische Physik und begann mit seiner quantenmechanischen Interpretation der Schwarzen Löcher.

1974 entwickelte er das Konzept der „Hawking-Strahlung“, nach der schwarze Löcher in der Quantenfeldtheorie (je nach der Masse des schwarzen Lochs mehr oder weniger schnell) zerstrahlen. Anschaulich kann man sich dies als Folge der Vakuumpolarisation vorstellen: im Vakuum werden ständig Teilchen-Antiteilchen-Paare erzeugt und es gibt eine effektive Strahlung, wenn eines dieser Teilchen im schwarzen Loch verschwindet, das andere aber entkommt.

In den 1980er Jahren entwickelte Hawking[4] mit Jim Hartle einen Zugang zur Quantengravitation und deren Kosmologie über eine euklidische Pfadintegralformulierung. Dabei wird in der mathematischen Pfadintegralformulierung, ursprünglich von Richard Feynman für die Quantenfeldtheorie entwickelt, über alle möglichen Konfigurationen von Raum-Zeiten („Pfade“) summiert, was durch Integrale über die Metrik-Tensorfelder, die nach der allgemeinen Relativitätstheorie die Raum-Zeiten festlegen, dargestellt wird. Um die Integrale mathematisch behandeln zu können, wird ein auch in der Quantenfeldtheorie üblicher Trick angewandt: Das Pfadintegral wird zu imaginären Werten der Zeit fortgesetzt, so dass die Metriken, über die summiert wird, eine Signatur wie bei der Metrik eines euklidischen Raumes statt des Vorzeichens des Minkowski-Raums wie in der allgemeinen Relativitätstheorie bekommen. Hartle und Hawking schlugen vor, in den Pfadintegralen nur geschlossene Raumzeiten ohne dreidimensionale Ränder zu berücksichtigen (kompakte euklidische Metriken), da diese die dominanten Beiträge liefern würden. Sie nannten dies ihren no boundary proposal („ohne Grenzen“ oder „ohne Rand“) und sahen darin eine natürliche Formulierung für Probleme der Quantenkosmologie (Die Randbedingung des Universums besteht darin, dass es keinen Rand hat)[5]. Neben dem Vorschlag von Hawking und Hartle sind auch andere Möglichkeiten diskutiert worden, insbesondere die Tunnellösung von Alexander Vilenkin (1982) der Entstehung eines Universums aus dem Nichts. Ursprünglich favorisierte Hawking aufgrund seiner Theorie geschlossene Universen, in den 1990er Jahren zeigte er aber mit Neil Turok, dass auch offene inflationäre Universen als Lösung im no boundary proposal möglich sind. Der euklidische Pfadintegral-Zugang zur Quantenkosmologie ist wegen des Übergangs von Minkowski-Metriken, wie sie eigentlich in der Natur realisiert sind, zu euklidischen Metriken außerhalb der Hawking-Schule, die konsequent daran festgehalten hat, umstritten.

Hawking ist Mitglied auf Lebenszeit bei der Päpstlichen Akademie der Wissenschaften.[6]

„The Black Hole Information Loss Problem“

Auf der 17. „General Relativity“ Konferenz in Dublin 2004 kündigte Hawking an, das Problem des Informationsverlusts Schwarzer Löcher gelöst zu haben, dies stieß aber auf Kritik. Das Problem besteht darin, dass schwarze Löcher, die nur durch wenige Quantenzahlen beschrieben werden, aber Materie (Informationen) „verschlucken“ und nur, wie Hawking gezeigt hatte, thermisch strahlen (die einzige „Information“ dabei ist ihre Temperatur und Entropie, die proportional zu ihrer Oberfläche ist), Informationen vernichten, oder anders ausgedrückt in der Quantenmechanik zu einer „nicht unitären“, die Wahrscheinlichkeiten nicht erhaltenden Zeitentwicklung führen. Die Frage ist dann, ob es nicht doch einen Ausweg gibt, der die Informationen erhält. John Preskill hatte mit Hawking 1997 eine Wette abgeschlossen, dass es in der Quantengravitation einen solchen Ausweg gibt, Hawking hatte dagegen gehalten. In seiner Rede auf dem Kongress wechselte Hawking seinen Standpunkt und meinte, dass Informationen doch erhalten bleiben, was er mit einer Pfadintegral-Formulierung der Quantengravitation in nicht-trivialen Topologien bewiesen zu haben glaubte.

Populärwissenschaftliche Schriften und Rezeption

1981 nahm Hawking an einer Kosmologietagung im Vatikan teil, wo er sein Konzept vorstellte, laut dem das Universum keine Grenzen haben solle. In diesem Vortrag stellte er das All zugleich als ein Phänomen dar, das einfach vorhanden ist und dementsprechend keines Schöpfergottes bedarf.

„Wenn das Universum einen Anfang hatte, können wir von der Annahme ausgehen, dass es durch einen Schöpfer geschaffen worden sei. Doch wenn das Universum wirklich völlig in sich selbst abgeschlossen ist, wenn es wirklich keine Grenze und keinen Rand hat, dann hätte es auch weder einen Anfang noch ein Ende; es würde einfach sein. Wo wäre dann noch Raum für einen Schöpfer?[7]

1988 erschien mit Eine kurze Geschichte der Zeit das erste populärwissenschaftliche Buch Hawkings, in dem er die Theorien zur Entstehung des Universums, zur Quantenmechanik und zu Schwarzen Löchern darstellt. Das Buch wurde weltweit ein Bestseller und verkaufte sich in Millionenauflage. Als wissenschaftlicher Autor schrieb Hawking zudem weitere erfolgreiche populärwissenschaftliche Werke.

Im April 2010 äußerte sich Stephen Hawking über mögliche Risiken, die die Suche nach außerirdischem Leben für die Menschheit haben könnte.[8][9][10] Hawking sieht jedoch die Notwendigkeit, den Weltraum zu besiedeln. [11][12][13]

Im September 2010 äußerte Hawking erstmals eindeutig, dass für die Entstehung des Universums kein Gott notwendig gewesen war. Es sei nicht nötig, so der Wissenschaftler, zur Erklärung eine Hand Gottes mit ins Spiel zu bringen. Die Times zitierte aus seinem neuen Buch The Grand Design (dt. Der große Entwurf – Eine neue Erklärung des Universums):

„Weil es ein Gesetz wie das der Schwerkraft gibt, kann und wird sich ein Universum selber aus dem Nichts erschaffen. […] Spontane Schöpfung ist der Grund, warum es statt dem Nichts doch etwas gibt, warum das Universum existiert, warum wir existieren.[14]

Privatleben

Während seines Studiums in Oxford begannen die ersten Anzeichen für seine Erkrankung, die sich während seiner Studienzeit 1963 bis 1965 in Cambridge verstärkten. Die Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) begann sein Nervensystem zu zerstören. Sein Gehirn war davon allerdings nicht betroffen. Durch die Diagnose zu neuer Leistung angespornt, begann Hawking 1965 seine Doktorarbeit bei Dennis Sciama und heiratete Jane Wilde, mit der er drei Kinder bekam.[15] Da seine Hand zu dieser Zeit schon Lähmungserscheinungen zeigte, wurde seine Dissertation von unterschiedlichen Helfern geschrieben. Seit 1968 ist er zur Fortbewegung auf den Rollstuhl angewiesen.

Bei einem Besuch des Forschungszentrums CERN in Genf erlitt Hawking 1985 eine Lungenentzündung, die in seinem Zustand lebensbedrohlich war. Es kam zu einer Atemnot, die nur durch einen Luftröhrenschnitt überwunden werden konnte; dabei verlor Stephen Hawking seine Sprechfähigkeit.

1990 erfolgte die Scheidung von Jane Wilde. Seitdem lebte Hawking mit seiner Pflegerin Elaine Mason zusammen, die er 1995 heiratete. Sie begleitete ihn während seiner Lehr- und Forschungstätigkeit sowie auf Forschungsreisen. 2006 trennten sich Hawking und Mason und ließen sich scheiden.[16] [17]

Hawking bei einem Parabelflug

Im Oktober 2008 empfing Papst Benedikt XVI. den Physiker und Kosmologen im Vatikan.[18][19]

Sprachcomputer (DECtalk DTC01)

Nach seiner Luftröhrenoperation konnte Hawking nicht mehr sprechen.[20] Zur Verständigung zog er eine Augenbraue hoch, wenn jemand auf den richtigen Buchstaben auf einer Tafel gedeutet hatte. Danach benutzte er einen Sprachcomputer. Mit einem Taster in der Hand konnte er aus einer Liste von Begriffen von einem Bildschirm wählen, die dann an einen Sprachgenerator geschickt wurden. So brachte er es auf bis zu fünfzehn Wörter in der Minute.

Hawking am 5. Mai 2006 während einer Pressekonferenz in der Bibliothèque nationale de France

Inzwischen ist seine Hand zu schwach dafür. Deshalb hat er nun einen Infrarotsensor an seiner Brille, der durch ein Kabel mit dem Sprachcomputer verbunden ist. Der Sensor sendet einen Infrarotstrahl aus, der unterschiedlich reflektiert wird, je nachdem, ob Hawking seinen rechten Wangenmuskel anspannt. Dadurch wird der Schalter ausgelöst und eine Auswahl auf dem Bildschirm bestätigt.

Rezeption

In Angriff der Borg – Teil 1 der Science-Fiction-Serie Raumschiff Enterprise: Das nächste Jahrhundert wirkte Hawking auf eigene Bitte hin mit. Er stellte als einzige Person im Star-Trek-Universum sich selbst dar, wobei er in einer Holodecksimulation zusammen mit Data (Brent Spiner), Isaac Newton (John Neville) und Albert Einstein (Jim Norton) Poker spielt – und gewinnt. Die Szene dauert knapp drei Minuten. Als er das Set des Maschinenraums mit dem Warpkern im Zentrum besichtigte, soll er sinngemäß gesagt haben: „Ich arbeite daran“. Bereits zwei Jahre zuvor, in der Episode Odan, der Sonderbotschafter, trägt ein Shuttle der Enterprise den Namen HAWKING.

Dies trifft auch auf einen Kinofilm zu, den Hawking über sich und seine Thesen veröffentlichen will. Unter dem Titel Beyond the Horizon arbeitete er 2006 mit Leonard Mlodinow am Drehbuch und wollte selbst die Hauptrolle spielen.[21]

Hawking hatte in mehreren Folgen der Zeichentrickserien Die Simpsons, Futurama und Family Guy Gastauftritte und lieh auch für diese die Stimme seines Sprachcomputers. Auch in den TV-Serien Cosmo und Wanda und Dilbert hat Hawking einen Gastauftritt. In der ARD-Sendung „Beckmann“ sagte er außerdem, dass Die Simpsons „das Beste im amerikanischen Fernsehen“ seien.

Auch wurde er in dem Wachsfigurenkabinett Madame Tussauds verewigt.

In dem Song Keep Talking der Gruppe Pink Floyd auf dem Album The Division Bell spricht Stephen Hawking mit seinem Sprachcomputer unter anderem den einleitenden Satz For millions of years mankind lived just like the animals. Then something happened which unleashed the power of our imagination. We learned to talk. (deutsch: „Für Millionen von Jahren lebten die Menschen wie die Tiere. Dann passierte etwas, das die Kraft unserer Vorstellung entfesselte. Wir lernten zu sprechen.“).

Auch auf dem Album Crack the Skye der Progressive-Metal-Band Mastodon werden Stephen Hawkings Theorien über das Wurmloch als ein Thema behandelt.

In den Büchern der Hyperion-Saga von Dan Simmons werden Raumschiffe mit dem sogenannten Hawking-Antrieb auf Überlichtgeschwindigkeit beschleunigt. Eines der Schiffe trägt den Namen HS Stephen Hawking.

Unter dem Titel Hawking – Die Suche nach dem Anfang der Zeit gibt es eine TV-Biographie (GB 2004). Sie befasst sich mit den Jahren seines Studiums in Oxford; mit der Zeit also, als die ersten Symptome seiner Erkrankung auftauchten und er seine Doktorarbeit begann (1962–1965).

Der Name des Rappers MC Hawking ist eine Parodie auf Stephen Hawking.

Auszeichnungen

Der Präsident der Vereinigten Staaten, Barack Obama, mit Stephen Hawking im Weißen Haus vor der Verleihung der Presidential Medal of Freedom am 12. August 2009

Werke (Auswahl)

  • mit George Ellis: The Large Scale Structure of Spacetime, Cambridge 1973
  • Hawking on the Big Bang and Black Holes, World Scientific 1993 (Sammlung seiner wissenschaftlichen Arbeiten)
  • General Relativity: An Einstein Centenary Survey (Hrsg., gemeinsam mit W. Israel), Cambridge 1979, darin Hawking The path integral approach to quantum gravity
  • Quantum Cosmology, Les Houches Lectures 1984
  • Quantum Mechanics of Black Holes, Scientific American Februar 1977
  • The Edge of Spacetime, in Davies (Hrsg.) The New Physics 1989
  • The occurence of singularities in cosmology 1-3, Proceedings of the Royal Society, A, Band 294, 1966, S. 511, Band 295, 1966, S. 490, Band 300, 1967, S. 107
  • mit Roger Penrose: The singularities of gravitational collapse and cosmology, Proceedings of the Royal Society A, Bd. 314, 1970, S. 529-548
  • Particle Creation by black holes, Communications in Mathematical Physics Bd.43, 1975, S.199
  • Eine kurze Geschichte der Zeit (Original: A brief history of time, 1988), rororo 1991, ISBN 3-499-60555-4
  • Einsteins Traum. Expeditionen an die Grenzen der Raumzeit (Original: Black Holes and Baby Universes and Other Essays), rororo 1996, ISBN 3-499-60132-X
  • Eine sechsteilige BBC-Reihe (300 Minuten insgesamt), 1997 (Titel darunter)
    • Teil 1: Sehen ist Glauben,
    • Teil 2: Am Anfang von Raum und Zeit
    • Teil 3: Kosmische Alchemie
    • Teil 4: Der Joker: Dunkle Materie
    • Teil 5: Schwarze Löcher und noch darüber hinaus
    • Teil 6: Eine Antwort auf alles
  • mit Roger Penrose: Raum und Zeit, rororo 2000, englisch The Nature of Space and Time Princeton 1996 (getrennte Vorlesungen von Penrose und Hawking)
  • Das Universum in der Nussschale. (Original: The Universe in a Nutshell), Erweiterte Neuausgabe Dtv 2003, ISBN 3-423-33090-2
  • Hawking – Die Suche nach dem Anfang der Zeit (Fernsehfilm, Großbritannien 2004, ARTE, Regie: Philip Martin)
  • Stephen Hawking: Die kürzeste Geschichte der Zeit. Rowohlt, Reinbek bei Hamburg 2005, ISBN 3-498-02986-X.

Literatur

  • Hubert Mania (Hg): Das große Stephen-Hawking-Lesebuch, Rowohlt, Reinbek 2003. ISBN 3-498-04488-5.
  • Michael White, John Gribbin: Stephen Hawking − Die Biographie, Rowohlt, Reinbek 1995. ISBN 3-499-19992-0.
  • Rüdiger Vaas: Hawkings neues Universum − Wie es zum Urknall kam, Kosmos, Stuttgart 2008. ISBN 978-3-440-11378-3.
  • Gary Gibbons, Paul Shellard, Stuart Rankin (Herausgeber): The future of theoretical physics and cosmology- celebrating Stephen Hawkings Contributions to Physics, Cambridge University Press 2003, 2009 (Konferenz zu Hawkings 60. Geburtstag in Cambridge, darin von Hawking: Sixty Years in a nutshell, Publikationsverzeichnis)

Weblinks

 Commons: Stephen Hawking – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

  1. derStandard.at: Stephen Hawking gibt Lehrstuhl auf, (30. September 2009)
  2. Stephen Hawking : Ein Genie geht in Rente. In: Spiegel Online. 24. Oktober 2008, abgerufen am 3. Oktober 2010.
  3. Das Leben, das Universum und der Rest. In: Heute Journal. ZDF, 7. September 2010, abgerufen am 3. Oktober 2010 (Video 3:06).
  4. Zuerst in einem Vortrag auf einer Konferenz der Päpstlichen Akademie der Wissenschaften im Vatikan 1982. Hartle und Hawking veröffentlichten ihre Arbeit 1983 Wave function of the universe, Physical Review D, Bd.12, S.2960.
  5. Hawking in Hawking, Penrose Raum und Zeit, rororo 1998, S.111
  6. Mason, Michael: "Alliance, Many of the greatest minds of science meet regularly in Vatican City to counsel the pope on the hot topics of the day'". Discover Magazine, September 2008, S.43.
  7. Zitiert aus: Stephen Hawking: Eine kurze Geschichte der Zeit; Kap. 8
  8. Riskante Kontakte: Stephen Hawking warnt vor Aliens. In: Handelsblatt.com. HB London, 26. April 2010, abgerufen am 3. Oktober 2010.
  9. Jonathan Leake: Don’t talk to aliens, warns Stephen Hawking. The Sunday Times, 25. April 2010, abgerufen am 3. Oktober 2010 (englisch).
  10. CNN Larry King live: Stephen Hawking's Warning on Space Aliens. CNN, 30. April 2010, abgerufen am 3. Oktober 2010 (englisch, Transkription von TV-Beitrag).
  11. Stephen Hawking: Mensch muss zum Überleben den Weltraum besiedeln AFP@goggle news, 9. August 2010 (abgerufen am 26. August 2010)
  12. Stephen Hawking: mankind must move to outer space within a century telegraph.co.uk, 9.August 2010
  13. Timothy Bancroft-Hinchey: Stephen Hawking: Colonize Space or Die. But How? PRAVDA.Ru, 10. August 2010, abgerufen am 4. Oktober 2010 (englisch).
  14. Physiker Hawking: Kein Gott nötig für Universum. In: Focus Online. Focus, 2. September 2010, abgerufen am 3. Oktober 2010.
  15. http://www.independent.co.uk/arts-entertainment/books-stephen-hawking-the-man-who-mistook-his-wife-for-a-nurse-1112891.html
  16. Stephen Hawking to divorce second wife
  17. http://www.telegraph.co.uk/news/uknews/1531891/Hawking-and-second-wife-agree-to-divorce.html
  18. Egbert Nießler: Der Papst und der Professor. Hamburger Abendblatt, 1. November 2008, abgerufen am 4. Oktober 2010.
  19. Pope meets with Stephen Hawking. The China Post, 2. November 2008, abgerufen am 4. Oktober 2010 (englisch).
  20. Stephen Hawking : Ein Genie geht in Rente. In: Spiegel Online. 24. Oktober 2008, abgerufen am 4. Oktober 2010.
  21. Stephen Hawking arbeitet an Kinofilm. netzeitung.de, 15. Oktober 2006, abgerufen am 4. Oktober 2010.
  22. Academicians: Stephen W. Hawking. Päpstliche Akademie der Wissenschaften, abgerufen am 4. Oktober 2010 (englisch).
  23. 1999 Julius Edgar Lilienfeld Prize Recipient. American Physical Society, abgerufen am 4. Oktober 2010 (englisch).
  24. Awards and Medals. Smithsonian Institution, abgerufen am 18. August 2011 (englisch).
  25. Forscherpreis: Weltraum-Medaille für Hawking. Focus, abgerufen am 18. August 2011.
  26. Stephen Hawking given Presidential Medal of Freedom by Barack Obama. The Daily Telegraph, abgerufen am 4. Oktober 2010 (englisch).

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