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Der große Wissenschaftler Stephen Hawking starb in der Nacht des 14. März. Hawking war schwer krank, aber trotz seiner Krankheit leistete er einen großen Beitrag zur Entwicklung der Wissenschaft und konnte uns komplexe Dinge in einfachen Worten erklären.

IQ ist für Dummköpfe

Hawking wusste nicht, wie hoch sein IQ war und kümmerte sich nie darum. Er war sich sicher, dass dieser Indikator nur Verlierer interessierte.

Unser gesamter Planet ist ein Aquarium mit konvexen Wänden

Stephen Hawking glaubte, dass jeder von uns nur ein Fisch ist, der in einem Aquarium mit konvexen Wänden lebt. Und wir beurteilen die Welt verzerrt, weil wir sie von innen betrachten und nicht in der Lage sind, sie von außen zu studieren.

Trotz dieser Theorie erforschte Hawking jedoch weiterhin das Universum und zerstörte alle Stereotypen darüber.

Das Universum entstand aus dem „Nichts“ und der Schwerkraft

Hawking argumentierte, dass es kein globales Geheimnis um den Ursprung des Universums gibt. Sie hätte sich sehr gut aus dem „Nichts“ erschaffen können. Nach der Urknalltheorie existierte es zunächst als winziges, aber sehr heißes Teilchen mit enormer Dichte, unendlicher Masse und damit unendlicher Schwerkraft.

Vor etwa 14 Milliarden Jahren explodierte er und schuf den Raum unseres Universums.

Es ist bemerkenswert, dass Hawking viele seiner Studien machte, als er sich weder bewegen noch sprechen konnte.

Stephen Hawking litt an amyotropher Lateralsklerose. Die Krankheit machte sich bemerkbar, als der zukünftige große Physiker 18 Jahre alt war. Die Ärzte sagten dem jungen Mann 2,5 Lebensjahre voraus, aber Hawking konnte bis zu 76 Jahre alt werden.

Er sprach leicht und einfach über Wissenschaft, als etwas Selbstverständliches. Und er träumte davon, dass seine Bücher bei Menschen weit weg von der Wissenschaft beliebt sein würden und in Kiosken verkauft würden, die in Flughafenwarteräumen installiert waren.

Illusion ist der Feind des Wissens

Der Hauptfeind des Wissens ist laut Hawking nicht die Unwissenheit, sondern die Illusion des Wissens. Es scheint uns, dass wir alles wissen, während die Welt um uns herum immer mehr Überraschungen bereithält. Vor einigen Jahrzehnten konnte selbst die Science-Fiction nicht von der Existenz schwarzer Löcher im Universum ausgehen, und heute wird ihre Anwesenheit von der wissenschaftlichen Gemeinschaft anerkannt.

Laut Hawking ist Forschung und Entdeckung viel interessanter als wie viel Geld man dafür bekommt.

Das Paradies ist nicht auf der Erde

Auf die Frage, wohin er gerne gehen würde, antwortete Hawking, dass es einen solchen Ort definitiv nicht auf der Erde gibt. Laut dem Wissenschaftler Wenn er ein paar Milliarden Dollar frei hätte, würde er ein Raumschiff mieten und von hier wegfliegen.

Obwohl der Physiker nicht ins All fliegen konnte, erlebte er Schwerelosigkeit. Diese Gelegenheit wurde ihm von der amerikanischen Firma Zero Gravity geboten, die es Hawking ermöglichte, in einem speziell ausgestatteten Flugzeug zu fahren, das mit zunehmender Höhe „abtaucht“ und in diesem Moment für 25 Sekunden Schwerelosigkeit an Bord entsteht.

Die Vergangenheit ist nur ein Spektrum von Möglichkeiten

Laut Hawking spielt es keine Rolle, welche Erinnerungen wir an die Vergangenheit haben. Schließlich treten Ereignisse in der Vergangenheit nicht auf eine bestimmte Weise auf. Sie geschehen auf jede erdenkliche Weise. Und bis ein Beobachter von außen auftaucht, schweben sie einfach in einem unbestimmten Zustand.

Diese Idee liegt der Quantenmechanik zugrunde, die Albert Einstein kategorisch ablehnte.

„Gott würfelt nicht“, sagte Einstein.

Hawking führte jedoch als Beispiel Schwarze Löcher an und argumentierte, dass der Herr nicht nur würfelt, sondern sie auch dorthin wirft, wo niemand sie sehen kann.

Zeit ist relativ

Wo Hawking Einstein jedoch absolut zustimmte, war das Zeit ist eine relative Einheit. Und je näher ein Objekt an der Erde ist, desto langsamer vergeht die Zeit dafür.

Hawking plädierte dafür, diesen Umstand bei der Programmierung von GPS-Systemen zu berücksichtigen, was helfen soll, Fehler zu vermeiden, die sich laut dem Wissenschaftler bei einer Geschwindigkeit von 10 km pro Tag bei der Bestimmung globaler Positionen häufen können.

Fatalismus ist ein Trick

Stephen Hawking glaubte nicht, dass alles in unserem Leben vorbestimmt ist, und bemerkte das scherzhaft selbst ausgeprägte Fatalisten schauen sich noch um, bevor sie die Straße überqueren.

Der Physiker selbst hielt sich für einen Optimisten, und obwohl er sich nicht sicher war, ob die Menschheit noch mindestens tausend Jahre leben würde (schließlich gibt es eine Vielzahl von Szenarien, unter denen alles Leben auf einem winzigen Planeten sterben könnte), Er glaubte, dass unsere Rasse in diesem Moment von hier wegfliegen wird, nachdem sie den Weltraum gemeistert hat.

Das Leben ist kein Ort für Tragödien

„Das Leben wäre sehr tragisch, wenn es nicht so lustig wäre“ Sagte Hawking. Und heute, wo die ganze Welt um den großen Physiker trauert, wirken diese Worte für viele wie ein Heilmittel gegen Traurigkeit.

Die Reaktion geliebter Menschen auf den Tod eines Wissenschaftlers

Stephen Hawking hat drei erwachsene Kinder. Der älteste Sohn interessiert sich für Software, der jüngste Sohn und die jüngste Tochter haben sich für ein Sprachenstudium entschieden.

Am Morgen des 14. März kontaktierten sie die Presse und sagten, sie seien zutiefst traurig über den Tod ihres Vaters. „Er war ein großartiger Wissenschaftler und ein angesehener Mann, dessen Arbeit und Vermächtnis noch viele Jahre weiterleben werden. Sein Mut und seine Ausdauer mit Brillanz und Humor haben Menschen auf der ganzen Welt inspiriert“, sagten die Hawking-Kinder. Sie zitierten auch ihren Vater.

Am 8. Januar 1942, 300 Jahre nach dem Tod von Galileo, wurde Stephen William Hawking in Oxford, England, geboren. An diesem Tag wurden auch ungefähr 200.000 weitere Kinder geboren, aber nur eines wurde der größte theoretische Physiker und Kosmologe. In den frühen 1960er Jahren zeigte Hawking Anzeichen einer amyotrophen Lateralsklerose (Lou-Gehrig-Krankheit), die zu Lähmungen führte.

„Eine fast perfekte Verkörperung eines freien Geistes, eines großen Intellekts, eines Menschen, der mutig körperliche Gebrechen überwindet und seine ganze Kraft darauf verwendet, den „göttlichen Plan“ zu entschlüsseln“, so beschreibt der deutsche Wissenschaftspopular Hubert Mania Hawking in seinem Buch .

Hawkings Errungenschaften in der Wissenschaft sind unbestreitbar. "RG" wird über einige der populärsten Theorien des großen Physikers sprechen.

Hawking-Strahlung

Hawking-Strahlung ist ein hypothetischer Prozess der "Verdampfung" von Schwarzen Löchern, dh der Emission verschiedener Elementarteilchen (hauptsächlich Photonen).

Der Prozess wurde 1974 von Hawking vorhergesagt. Übrigens ging seiner Arbeit 1973 ein Besuch in Moskau voraus, wo er sich mit sowjetischen Wissenschaftlern traf: einem der Schöpfer der Atom- und Wasserstoffbomben, Yakov Zeldovich, und einem der Begründer der Theorie des frühen Universums, Alexei Starobinsky.

"Wenn sich ein riesiger Stern zusammenzieht, wird seine Schwerkraft so stark, dass selbst Licht seine Grenzen nicht mehr verlassen kann. Der Bereich, aus dem nichts entkommen kann, wird als "Schwarzes Loch" bezeichnet. Und seine Grenzen werden als "Ereignishorizont" bezeichnet", erklärt Hawking .

Beachten Sie, dass das Konzept eines Schwarzen Lochs als eines Objekts, das nichts aussendet, sondern nur Materie absorbieren kann, gültig ist, solange Quanteneffekte nicht berücksichtigt werden.

Hawking war es, der begann, das Verhalten von Elementarteilchen in der Nähe eines Schwarzen Lochs aus quantenmechanischer Sicht zu untersuchen. Er fand heraus, dass Teilchen darüber hinausgehen können und dass ein Schwarzes Loch nicht vollständig schwarz sein kann, das heißt, es gibt Reststrahlung. Kollegen applaudierten: Jetzt hat sich alles geändert! Informationen über die Entdeckung verbreiteten sich wie ein Hurrikan in der wissenschaftlichen Gemeinschaft. Und es hatte die gleiche Wirkung.

Später entdeckte Hawking auch den Mechanismus, durch den Schwarze Löcher Strahlung abgeben können. Er erklärte, dass der Raum aus Sicht der Quantenmechanik mit virtuellen Teilchen gefüllt ist. Sie materialisieren sich ständig paarweise, „trennen“, „treffen“ sich wieder und vernichten. In der Nähe eines Schwarzen Lochs kann eines von zwei Teilchen hineinfallen, und dann hat das zweite kein Paar zu vernichten. Solche "geschleuderten" Teilchen bilden die vom Schwarzen Loch emittierte Strahlung.

Hawking schließt daraus, dass Schwarze Löcher nicht ewig existieren: Sie stoßen einen immer stärkeren Wind aus und verschwinden am Ende durch eine gigantische Explosion.

"Einstein hat die Quantenmechanik wegen des damit verbundenen Elements der Zufälligkeit und Unsicherheit nie akzeptiert. Er sagte: Gott würfelt nicht. Es scheint, dass Einstein zweimal falsch lag. Der Quanteneffekt eines Schwarzen Lochs legt nahe, dass Gott nicht nur würfelt, sondern wirft sie aber manchmal an Orte, an denen sie nicht gesehen werden können", sagt Hawking.

Die Strahlung von Schwarzen Löchern – oder Hawking-Strahlung – zeigte, dass die Gravitationskontraktion nicht so endgültig ist wie bisher angenommen: „Wenn ein Astronaut in ein Schwarzes Loch fällt, wird er dann in Form von Strahlung in den äußeren Teil des Universums zurückkehren , in gewisser Weise wird der Astronaut überarbeitet."

Die Frage nach der Existenz Gottes

1981 nahm Hawking an einer Konferenz über Kosmologie im Vatikan teil. Nach der Konferenz gab der Papst seinen Teilnehmern eine Audienz und sagte ihnen, dass sie die Entwicklung des Universums nach dem Urknall studieren könnten, aber nicht den Urknall selbst, da dies der Moment der Schöpfung und damit das Werk Gottes sei .

Hawking gab später zu, dass er froh war, dass der Papst das Thema des Vortrags, den der Wissenschaftler zuvor gehalten hatte, nicht kannte. Es ging nur um die Theorie, nach der das Universum keinen Anfang, keinen Schöpfungsmoment als solchen hatte.

Ähnliche Theorien gab es Anfang der 1970er Jahre, sie sprachen von einem festen Raum und einer Zeit, die für die Ewigkeit leer seien. Dann bildete sich aus unbekannten Gründen ein Punkt – der universelle Kern – und es kam zu einer Explosion.

Hawking glaubt, dass „wenn wir uns in der Zeit zurückbewegen, wir eine Urknall-Singularität erreichen, in der die Gesetze der Physik nicht gelten. Aber es gibt eine andere Bewegungsrichtung in der Zeit, die die Singularität vermeidet: Sie wird die imaginäre Richtung der Zeit genannt. Darin kannst du auf die Singularität verzichten, die der Anfang oder das Ende der Zeit ist."

Das heißt, es erscheint ein Moment in der Gegenwart, der nicht unbedingt von einer Kette von Momenten in der Vergangenheit begleitet wird.

"Wenn das Universum einen Anfang hatte, können wir davon ausgehen, dass es einen Schöpfer hatte. Aber wenn das Universum autark ist, keine Grenzen oder Kanten hat, dann wurde es nicht erschaffen und wird nicht zerstört. Es existiert einfach. Wo ist es dann?" der Ort für seinen Schöpfer?" - fragt der theoretische Physiker.

„Vom Urknall bis zum Schwarzen Loch“

Mit diesem Untertitel erschien im April 1988 Hawkings Buch A Brief History of Time, das sofort zum Bestseller wurde.

Hawking ist exzentrisch und überaus intelligent und beteiligt sich aktiv an der Popularisierung der Wissenschaft. Obwohl sein Buch über das Erscheinen des Universums, über die Natur von Raum und Zeit, über Schwarze Löcher erzählt, gibt es nur eine Formel - E = mc² (Energie ist gleich Masse mal Quadrat der Lichtgeschwindigkeit im freien Raum).

Bis zum 20. Jahrhundert glaubte man, dass das Universum ewig und unveränderlich ist. Hawking argumentierte in sehr verständlicher Sprache, dass dem nicht so sei.

„Im Licht ferner Galaxien verschiebt sich das Spektrum in den roten Bereich. Das bedeutet, dass sie sich von uns entfernen, dass sich das Universum ausdehnt“, sagt er.

Ein statisches Universum erscheint attraktiver: Es existiert und kann für immer weiter existieren. Es ist etwas Unerschütterliches: Der Mensch wird alt, aber das Universum ist immer so jung wie im Moment seiner Entstehung.

Die Expansion des Universums deutet darauf hin, dass es irgendwann in der Vergangenheit einen Anfang hatte. Dieser Moment, in dem das Universum seine Existenz begann, wird Urknall genannt.

„Ein sterbender Stern, der sich unter seiner eigenen Schwerkraft zusammenzieht, verwandelt sich schließlich in eine Singularität – einen Punkt von unendlicher Dichte und Nullgröße. Wenn Sie den Lauf der Zeit umkehren, so dass die Kontraktion zu einer Expansion wird, wird es möglich sein, das Universum zu beweisen hatte einen Anfang Die auf Einsteins Relativitätstheorie basierenden Beweise zeigten jedoch auch, dass es unmöglich war zu verstehen, wie das Universum begann: Es zeigte sich, dass nicht alle Theorien in dem Moment funktionieren, in dem das Universum begann.

Die Menschheit wartet auf die Zerstörung

Sie können sehen, wie die Tasse vom Tisch fällt und zerbricht. Aber Sie können nicht sehen, wie es von den Fragmenten zurückgeht. Die Zunahme der Unordnung – Entropie – ist genau das, was die Vergangenheit von der Zukunft unterscheidet und der Zeit die Richtung gibt.

Hawking fragte sich: Was passiert, wenn das Universum aufhört sich auszudehnen und anfängt sich zusammenzuziehen? Werden wir sehen, wie zerbrochene Becher aus Fragmenten gesammelt werden?

"Es schien mir, dass das Universum zu Beginn der Kompression in einen geordneten Zustand zurückkehren wird. In diesem Fall sollte die Zeit mit Beginn der Kompression zurückgedreht werden. Menschen in diesem Stadium würden ihr Leben rückwärts leben und jünger werden als die Das Universum schrumpft“, sagte er.

Versuche, ein mathematisches Modell der Theorie zu erstellen, blieben erfolglos. Hawking gab später seinen Fehler zu. Seiner Meinung nach bestand es darin, dass er ein zu einfaches Modell des Universums verwendete. Die Zeit dreht sich nicht zurück, wenn das Universum zu schrumpfen beginnt.

„In der realen Zeit, in der wir leben, hat das Universum zwei mögliche Schicksale. Es kann sich für immer weiter ausdehnen. Oder es kann sich zusammenziehen und im Moment der „großen Abflachung“ aufhören zu existieren. Es wird wie ein Urknall sein , nur umgekehrt", - glaubt der Physiker.

Hawking gibt zu, dass das Universum immer noch auf das Finale wartet. Es wird jedoch festgelegt, dass er als Prophet des Weltuntergangs nicht die Gelegenheit haben wird, zu diesem Zeitpunkt - nach vielen Milliarden Jahren - zu sein und seinen Fehler zu erkennen.

Nach Hawkings Theorie kann nur die Fähigkeit, sich von der Erde zu lösen, die Menschheit in dieser Situation retten.

Außerirdische existieren

Menschen schicken unbemannte Fahrzeuge mit Bildern einer Person und Koordinaten, die den Standort unseres Planeten angeben, in den Weltraum. Funksignale werden in den Weltraum gesendet, in der Hoffnung, dass außerirdische Zivilisationen sie bemerken.

Wenn Sie Hawking glauben, dann verheißen Treffen mit Vertretern anderer Planeten nichts Gutes für Erdlinge. Aufgrund seines Wissens bestreitet er die Möglichkeit der Existenz einer außerirdischen Zivilisation nicht, hofft jedoch, dass das Treffen nicht stattfinden wird.

In der dokumentarischen Fernsehserie des Discovery Channel äußerte er die Meinung, dass, wenn die Technologien der Außerirdischen die der Erde übertreffen, sie mit Sicherheit ihre Kolonie auf der Erde gründen und die Menschheit versklaven werden. Hawking verglich diesen Prozess mit der Ankunft von Columbus in Amerika und den Folgen, die die indigene Bevölkerung des Kontinents erwarteten.

"In einem Universum mit 100 Milliarden Galaxien, die jeweils Hunderte Millionen Sterne enthalten, ist es unwahrscheinlich, dass die Erde der einzige Ort ist, an dem sich Leben entwickelt. Aus rein mathematischer Sicht machen Zahlen allein es möglich, die Idee von zu akzeptieren ​die Existenz von außerirdischem Leben als absolut vernünftig ein. Ein echtes Problem ist, wie Außerirdische aussehen könnten, ob sie Erdbewohner ansprechen würden, weil sie Mikroben oder einzellige Tiere oder Würmer sein könnten, die die Erde seit Millionen von Jahren bewohnen“, so Hawking genannt.

Selbst Verwandte und Freunde des Kosmologen bemerken, dass man ihm nicht jedes Wort glauben kann. Er ist ein Suchender. Und in einem solchen Fall gibt es mehr Annahmen als Fakten, und Fehler sind unvermeidlich. Aber dennoch geben seine Forschungen den Menschen Denkanstöße, einen Ausgangspunkt, um nach einer Antwort auf die Frage nach der Existenz des Menschen und des Universums zu suchen.

„Die Antwort auf diese Frage wird der größte Triumph des menschlichen Geistes sein, denn dann werden wir den Geist Gottes kennen“, sagt Hawking.

Der englische theoretische Physiker, Kosmologe und Schriftsteller Stephen Hawking glaubte, dass die Natur des Kosmos viel einfacher sein könnte als bisher angenommen. Die neue Theorie wurde nur wenige Wochen nach dem Tod eines herausragenden Wissenschaftlers veröffentlicht.
Die gemeinsam mit Thomas Hertog von der Katholischen Universität Leuven (Belgien) verfasste Studie, die die Ansichten des Physikers enthält, wurde im Journal of High Energy Physics der University of Cambridge veröffentlicht, an der Hawking arbeitete, berichtet.

Kosmologische Inflation

Wissenschaftler glauben, dass unser Universum mit dem Urknall entstand, worauf eine unvorstellbar schnelle Entwicklung folgte - die sogenannte kosmologische Inflation. Im sichtbaren Universum ist dieser Prozess längst beendet.

„Einige Theorien über die kosmologische Inflation besagen jedoch, dass dieser Prozess nicht aufhört und sich in anderen Teilen des Weltraums immer fortsetzt. Diese fortwährende Inflation erschafft eine „Multi-Welt“, die eine Ansammlung von „Taschen“-Universen ist, von denen unseres nur eines von vielen ist“, bemerkt The Times.

Es kann unendlich viele solcher Universen geben. Und wenn sie sich voneinander unterscheiden, wie können wir dann den bestimmen, in dem wir leben? Ist er „typisch“ oder nicht?

Tatsächlich ist dies ebenso wie die Bestimmung, wie man abschätzt, welche Arten von Universen wahrscheinlich sind und welche existieren können, ein Schlüsselproblem für das Verständnis der Naturgesetze.

Stephens neueste Theorie XOkinga

Stephen Hawking näherte sich dieser Problematik aus der Sichtweise, die er als Ergebnis langjähriger Forschung an der Schnittstelle von Quanten- und Gravitationstheorien formulierte.

Professor Hawking wurde schon immer von der Idee eines „Multiversums“ heimgesucht, die Einsteins Relativitätstheorie grundlegend widerspricht. Letztes Jahr erklärte er in einem Interview sogar, er sei nie ein "Fan des Multiversums" gewesen.

„Die neue Theorie beinhaltet das seltsame Konzept, dass das Universum so etwas wie ein riesiges und komplexes Hologramm ist. Mit anderen Worten, die 3D-Realität ist eine Illusion, und die vermeintlich große Welt um uns herum – und die Dimension der Zeit – wird aus Informationen projiziert, die auf einer flachen 2D-Oberfläche gespeichert sind“, fügt The Telegraph hinzu.

Professor Hertog von der KU Leuven betonte, dass „dies ein sehr präzises mathematisches Konzept der Holographie ist, das in den letzten Jahren aus der Stringtheorie hervorgegangen ist, das noch nicht vollständig verstanden ist, aber es ist erstaunlich und ändert frühere Ideen grundlegend.“

Stephen Hawking erklärte vor seinem Tod, dass "wir nicht von einem einzigen einzigartigen Universum abhängig sind, aber unsere Entdeckungen implizieren eine signifikante Reduzierung des Multiversums auf eine viel kleinere Auswahl möglicher Universen."

„Wissenschaftler haben diese Theorie laut The Times als abstrakt und auch als „anregend, wenn auch nicht revolutionär“ bezeichnet.

Wer ist Steven X OK?

Der Wissenschaftler verbrachte die meiste Zeit seines Lebens im Rollstuhl, nachdem im Alter von 21 Jahren die Diagnose Amyotrophe Lateralsklerose, eine unheilbare neurodegenerative Erkrankung, gestellt wurde. Trotzdem wurde er 1979 Professor für Mathematik an der University of Cambridge, und neun Jahre später veröffentlichte er A Brief History of Time, das ein internationaler Bestseller wurde.

Gemeinsam mit Roger Penrose entwickelte er im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie das Singularitätstheorem und lieferte zudem den theoretischen Beweis, dass Schwarze Löcher eine Strahlungsquelle sind. Heute wird dieses Phänomen „Hawking-Strahlung“ oder „Bekenstein-Hawking“ genannt.

Öffentliche Reden des Wissenschaftlers, mit denen er auch nach dem Verlust der Sprechfähigkeit nicht aufhörte und nur noch mit Hilfe eines Sprachsynthesizers kommunizierte, sowie populärwissenschaftliche Bücher, in denen er über die moderne Kosmologie und seine eigenen Entdeckungen nachdenkt, brachten ihn Weltruhm.

Hawking hat wiederholt vor den negativen Folgen einer unkontrollierten Entwicklung gewarnt, darunter die Bedrohung der irdischen Zivilisation durch intelligente Roboter, globale Erwärmung, Atomkrieg und neue gentechnisch veränderte Viren. Seiner Meinung nach können durch diese Faktoren verursachte Naturkatastrophen die Menschheit dazu zwingen, sich auf andere Himmelskörper zu begeben.

Vorbereitet von Andrey Pavlishin,

Stefan Hawking

Theorie von allem

Übersetzung der Originalausgabe:

Die Theorie von allem

Nachdruck mit Genehmigung Waterside Productions Inc und Literaturagentur "Synopsis".

Copyright © 2006 Phoenix Bücher und Audio

© LLC AST Verlag, 2017 (übersetzt ins Russische)

Einführung

In dieser Vortragsreihe werde ich versuchen, unser Verständnis der Geschichte des Universums vom Urknall bis zur Entstehung der Schwarzen Löcher zu skizzieren. Der erste Vortrag widmet sich einem kurzen Überblick über die Vorstellungen über den Aufbau des Universums, die in der Vergangenheit vertreten wurden, und einer Geschichte darüber, wie das moderne Weltbild aufgebaut wurde. Dieser Teil kann als Entwicklungsgeschichte der Ideen über die Geschichte des Universums bezeichnet werden.

In der zweiten Vorlesung werde ich beschreiben, wie Newtons und Einsteins Gravitationstheorien zu dem Verständnis führten, dass das Universum nicht statisch sein kann – es muss sich entweder ausdehnen oder zusammenziehen. Daraus folgt wiederum die Schlussfolgerung, dass irgendwann im Zeitraum vor 10 bis 20 Milliarden Jahren die Dichte des Universums unendlich war. Dieser Punkt auf der Zeitachse wird Urknall genannt. Anscheinend war dieser Moment der Beginn der Existenz des Universums.

In der dritten Vorlesung werde ich über Schwarze Löcher sprechen. Sie entstehen, wenn ein massiver Stern oder größerer Körper im Weltraum unter seiner eigenen Schwerkraft zusammenbricht. Nach Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie bleibt jeder, der dumm genug ist, in ein Schwarzes Loch zu fallen, für immer dort. Da kann keiner raus. In der Singularität endet die Geschichte der Existenz jedes Objekts. Die Allgemeine Relativitätstheorie ist jedoch eine klassische Theorie, das heißt, sie berücksichtigt nicht die quantenmechanische Unschärferelation.

In Vorlesung 4 werde ich erklären, wie die Quantenmechanik Energie aus einem Schwarzen Loch entweichen lässt. Schwarze Löcher sind nicht so schwarz, wie sie gemalt werden.

In der fünften Vorlesung werde ich über die Anwendung der Ideen der Quantenmechanik auf die Lösung von Problemen im Zusammenhang mit dem Urknall und dem Ursprung des Universums sprechen. Dies wird uns zu dem Verständnis bringen, dass die Raumzeit endlich sein kann, aber keine Grenze oder Kante haben kann. Es ähnelt der Erdoberfläche, jedoch mit zwei zusätzlichen Dimensionen.

In Vorlesung 6 werde ich zeigen, wie diese neue Grenzannahme erklären kann, warum die Vergangenheit so verschieden von der Zukunft ist, obwohl die Gesetze der Physik zeitlich symmetrisch sind.

Schließlich werde ich in der siebten Vorlesung über Versuche sprechen, eine einheitliche Theorie zu formulieren, die Quantenmechanik, Gravitation und alle anderen physikalischen Wechselwirkungen umfasst. Wenn uns das gelingt, werden wir wirklich in der Lage sein, das Universum und unseren Platz darin zu verstehen.

Vortrag eins

Ideen über das Universum

Zurück im Jahr 340 v. e. Aristoteles formulierte in seiner Abhandlung über die Himmel zwei starke Argumente dafür, dass die Erde kugelförmig und nicht flach wie eine Platte ist. Zuerst erkannte er, dass Mondfinsternisse durch den Durchgang der Erde zwischen Sonne und Mond verursacht werden. Der Schatten der Erde auf dem Mond ist immer rund, und dies ist nur möglich, wenn die Erde eine Kugelform hat. Wenn die Erde eine flache Scheibe wäre, wäre der Schatten länglich und elliptisch, außer wenn die Sonne zum Zeitpunkt der Sonnenfinsternis genau über dem Mittelpunkt der Scheibe steht.

Zweitens wussten die Griechen aus ihrer Reiseerfahrung, dass der Nordstern in den südlichen Regionen tiefer über dem Horizont steht als in den nördlicheren. Basierend auf dem Unterschied in den scheinbaren Positionen des Polarsterns in Ägypten und Griechenland gibt Aristoteles sogar eine Schätzung des Erdumfangs an - 400.000 Stadien. Was eine Etappe gleich ist, ist nicht genau bekannt (vielleicht etwa 180 Meter). Dann ist die Schätzung von Aristoteles fast doppelt so hoch wie der derzeit akzeptierte Wert.

Die alten Griechen hatten noch ein drittes Argument dafür, dass die Erde die Form einer Kugel haben sollte: Warum erscheinen sonst zuerst die Segel eines sich nähernden Schiffes am Horizont und erst dann wird sein Rumpf sichtbar? Aristoteles dachte, dass die Erde stationär ist und Sonne, Mond, Planeten und Sterne sich in Kreisbahnen um sie herum bewegen. Er dachte so, weil er aufgrund mystischer Überlegungen davon überzeugt war, dass die Erde das Zentrum des Universums ist und die Kreisbewegung die vollkommenste ist.

Aristoteles glaubte, dass die Erde stationär ist und Sonne, Mond, Planeten und Sterne sich in Kreisbahnen um sie herum bewegen.

Im 1. Jahrhundert n. Chr. e. Diese Idee wurde von Ptolemäus zu einem kohärenten kosmologischen Modell entwickelt. Die Erde befindet sich im Zentrum, sie ist von acht Kugeln umgeben, die den Mond, die Sonne, die Sterne und die fünf damals bekannten Planeten Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn tragen. Die Planeten bewegen sich auf Kreisen kleinerer Radien, die den entsprechenden Sphären zugeordnet sind. Dies war erforderlich, um ihre ziemlich komplexen beobachteten Bewegungsbahnen über den Himmel zu erklären. Auf der äußeren Kugel befinden sich die sogenannten Fixsterne, die ihre Position relativ zueinander beibehalten, aber alle zusammen eine kreisförmige Bewegung über den Himmel machen. Was sich außerhalb der äußeren Sphäre befindet, blieb unklar, aber dieser Teil des Universums war zweifellos für die Beobachtung unzugänglich.

Das Modell von Ptolemäus ermöglichte es, die Positionen von Himmelskörpern am Himmel genau vorherzusagen. Aber dafür musste Ptolemäus zugeben, dass der Mond der Erde manchmal doppelt so nahe kommt wie in anderen Momenten seiner Bewegung entlang der vorhergesagten Flugbahn. Dies bedeutete, dass der Mond periodisch doppelt so groß wie gewöhnlich erscheinen sollte. Ptolemäus war sich dieses Mangels bewusst, aber trotzdem wurde sein Modell von den meisten akzeptiert, wenn auch nicht von allen. Sie erhielt die Zustimmung der christlichen Kirche, als ein Bild der Welt, im Einklang mit der Heiligen Schrift. Immerhin hatte dieses Modell einen großen Vorteil, da es hinter der Fixsternsphäre genug Platz für Himmel und Hölle ließ.

Eine alte Zeichnung, die verschiedene kosmologische Modelle darstellt, die die Bewegung der Planeten erklärten. Das zentrale Diagramm zeigt ein heliozentrisches (die Sonne steht im Zentrum) Modell der Bewegung von sechs damals bekannten Planeten, deren Trabanten und anderen Himmelskörpern, die um die Sonne kreisen. Ab dem zweiten Jahrhundert wurde das geozentrische (Erde in der Mitte) ptolemäische System (oben links) zum vorherrschenden Modell. Es wurde durch das heliozentrische System von Copernicus ersetzt, das 1543 veröffentlicht wurde (unten rechts). Das ägyptische Modell (unten links) und das Modell von Tycho Brahe (oben rechts) versuchten, das Konzept einer stationären Erde als Zentrum des Universums aufrechtzuerhalten. Details der Planetenbahnen sind links und rechts dargestellt.

Aus dem Illustrierten Atlas von Johann Georg Heck, 1860

1514 schlug der polnische Priester Nikolaus Kopernikus jedoch ein viel einfacheres Modell vor. Aus Angst vor Häresievorwürfen veröffentlichte er sein Modell zunächst anonym. Er glaubte, dass sich die stationäre Sonne im Zentrum befinde und die Erde und die Planeten sich auf kreisförmigen Bahnen um sie herum bewegten. Unglücklicherweise für Copernicus dauerte es fast hundert Jahre, bis seine Ideen ernst genommen wurden. Dann unterstützten zwei Astronomen - der Deutsche Johannes Kepler und der Italiener Galileo Galilei - öffentlich die kopernikanische Theorie, obwohl die auf der Grundlage dieser Theorie vorhergesagten Umlaufbahnen etwas von den beobachteten abwichen. Die Dominanz der aristotelisch-ptolemäischen Theorie endete 1609, als Galileo Galilei begann, den Nachthimmel mit einem neu erfundenen Teleskop zu studieren.

1609 begann Galileo Galilei mit einem neu erfundenen Teleskop den Nachthimmel zu untersuchen.

Bei der Beobachtung von Jupiter bemerkte Galileo, dass der Planet von mehreren kleinen Satelliten (Monden) begleitet wird, die sich um ihn drehen. Das bedeutete, dass sich nicht alle Himmelskörper um die Erde drehen sollten, wie Aristoteles und Ptolemäus dachten. Natürlich konnte man immer noch davon ausgehen, dass die Erde bewegungslos ist und sich im Zentrum des Universums befindet und die Satelliten des Jupiters sich auf äußerst komplexen Bahnen um die Erde bewegen, so dass der Anschein ihrer Umlaufbahn um Jupiter entsteht. Die kopernikanische Theorie war jedoch viel einfacher.

Einer der berühmtesten und beliebtesten Physiker unserer Zeit, Stephen William Hawking, ist im Alter von 77 Jahren gestorben. Im Laufe seines Lebens machte er viele Entdeckungen und Vermutungen über den Aufbau der Welt. TengriMIX teilt einige davon mit Ihnen.

Die Vergangenheit ist eine Möglichkeit

Hawking glaubte, dass eine der Konsequenzen der Quantenmechanik darin besteht, dass die Ereignisse der Vergangenheit nicht auf eine bestimmte Weise, sondern auf alle möglichen Arten geschehen sind. Dies liegt an der probabilistischen Natur von Materie und Energie. Bis ein außenstehender Beobachter gefunden wird, schwebt alles im Ungewissen.

„Egal, welche Erinnerungen Sie an die Vergangenheit in der Gegenwart haben, die Vergangenheit ist wie die Zukunft ungewiss und existiert in Form eines Spektrums von Möglichkeiten“, sagte Hawking.

Aquarienfische werden unterdrückt

Vor einigen Jahren verbot die Stadtverwaltung von Monza, Italien Haustierbesitzern, Zierfische in runden Aquarien zu halten. Das Gesetz sollte die armen Fische vor einer verzerrten Wahrnehmung der Realität schützen, da ihnen indirektes Licht ein verzerrtes Bild ihres Lebensraums vermitteln könnte.

Hawking verwendete dieses Beispiel, um die Tatsache zu veranschaulichen, dass es unmöglich ist, die reine Natur der Realität zu kennen. Es scheint uns, dass wir ein genaues Bild von dem haben, was um uns herum passiert. Aber was wäre, wenn wir wüssten, dass wir in einem metaphorischen riesigen Aquarium mit wulstigen Wänden leben und es keine Möglichkeit gibt, herauszufinden, was um uns herum tatsächlich vor sich geht, um es zu vergleichen?

Es gibt eine Theorie von allem

Wenn es eine „Theorie von allem“ gibt, die das gesamte Universum beschreiben kann, dann ist es die M-Theorie. Es wurde erstmals in den 1990er Jahren von Edward Witten vorgeschlagen und später von Hawking und seinem Kollegen Leonard Mlodinov konzipiert und verfeinert. Die M-Theorie ist ein Ableger der Stringtheorie und beschreibt das gesamte Universum auf einmal. Demnach bestehen alle Teilchen auf kleinster Ebene aus Branen - mehrdimensionalen Membranen, deren Eigenschaften absolut alle in unserem Universum ablaufenden Prozesse erklären können. Diese Theorie geht übrigens auch von der Existenz einer Vielzahl von Universen aus, in denen andere physikalische Gesetze gelten als bei uns.

Lichtleistung

Es gibt eine lustige Tatsache: Ein Ein-Watt-Nachtlicht emittiert Milliarden und Abermilliarden von Photonen pro Sekunde. Photonen sind kleine Pakete, in die Licht eindringt. Sie verhalten sich wie alle Teilchen wie Teilchen und wie Teilchenwellen.

Quarks sind nie allein

Quarks, die „Bausteine“ von Protonen und Neutronen, existieren nur in Gruppen und niemals einzeln. Die Kraft, die Quarks bindet, nimmt mit dem Abstand zwischen ihnen zu. Wenn Sie also versuchen, ein Quark von einem anderen wegzuziehen, je stärker Sie ziehen, desto stärker wird es versuchen, sich zu befreien und zurückzukommen. Freie Quarks kommen in der Natur nicht vor.

Das Universum hat sich selbst erschaffen

Hawking war ein überzeugter Atheist. Er widmete viel Zeit dem wissenschaftlichen Beweis, dass Gott für die Existenz des Lebens nicht benötigt wird. Einer seiner berühmten Aussprüche lautet: "Da es eine solche Kraft wie die Schwerkraft gibt, konnte und hat sich das Universum aus dem Nichts erschaffen. Spontane Schöpfung ist der Grund, warum das Universum existiert, warum wir existieren. Es gibt keine Notwendigkeit für Gott in Ordnung um „Feuer zu entzünden und das Universum zum Laufen zu bringen“.

Die Allgemeine Relativitätstheorie hat mit Fehlern in Navigationssystemen zu tun

Die allgemeine Relativitätstheorie wurde 1915 von Einstein formuliert. Es postuliert, dass Gravitationseffekte nicht durch die Kraftwechselwirkung von Körpern und Feldern in der Raumzeit verursacht werden, sondern durch die Verformung der Raumzeit selbst, die insbesondere mit dem Vorhandensein von Masse-Energie verbunden ist.

Hawking fungierte als Popularisierer dieser Theorie. Er argumentierte, dass sich Fehler bei der Bestimmung globaler Positionen mit einer Rate von etwa zehn Kilometern pro Tag anhäufen würden, wenn die allgemeine Relativitätstheorie in GPS-Navigationssatellitensystemen nicht berücksichtigt würde. Es ist wichtig zu verstehen, dass je näher ein Objekt an der Erde ist, desto langsamer vergeht die Zeit. Je nachdem, wie weit die Satelliten von der Erde entfernt sind, laufen ihre Borduhren unterschiedlich schnell. Wir könnten diese Differenz automatisch kompensieren, wenn dieser Effekt berücksichtigt würde.“

Erstellt von: Nurlyaiym Nursain