Eine kurze Geschichte von Stephen. Der Aufbau des Universums – in einfachen Worten

Danksagungen

Das Buch ist Jane gewidmet

Ich beschloss, den Versuch zu unternehmen, ein populäres Buch über Raum und Zeit zu schreiben, nachdem ich 1982 die Loeb-Vorlesungen in Harvard gehalten hatte. Damals gab es bereits einige Bücher über das frühe Universum und Schwarze Löcher, sowohl sehr gute, zum Beispiel Steven Weinbergs Buch „The First Three Minutes“, als auch sehr schlechte, die ich hier nicht nennen muss. Aber es schien mir, dass keiner von ihnen wirklich die Fragen beantwortete, die mich dazu veranlassten, Kosmologie und Quantentheorie zu studieren: Wo kam das Universum her? Wie und warum ist es entstanden? Wird es enden und wenn ja, wie? Diese Fragen interessieren uns alle. Aber die moderne Wissenschaft ist sehr reich an Mathematik, und nur wenige Spezialisten verfügen über ausreichende Kenntnisse in letzterer, um dies zu verstehen. Die grundlegenden Vorstellungen über die Entstehung und das weitere Schicksal des Universums können jedoch auch ohne die Hilfe der Mathematik so dargestellt werden, dass sie auch für Menschen ohne naturwissenschaftliche Ausbildung verständlich werden. Das habe ich in meinem Buch versucht. Es ist Sache des Lesers, zu beurteilen, wie erfolgreich ich bin.

Mir wurde gesagt, dass jede in dem Buch enthaltene Formel die Zahl der Käufer halbieren würde. Dann habe ich beschlossen, ganz auf Formeln zu verzichten. Stimmt, am Ende habe ich immer noch eine Gleichung geschrieben – die berühmte Einstein-Gleichung E=mc^2. Ich hoffe, dass es nicht die Hälfte meiner potenziellen Leser abschreckt.

Abgesehen davon, dass ich an Amyotropher Lateralsklerose erkrankt bin, hatte ich in fast allem anderen Glück. Die Hilfe und Unterstützung, die ich von meiner Frau Jane und meinen Kindern Robert, Lucy und Timothy erhielt, ermöglichten es mir, ein einigermaßen normales Leben zu führen und beruflich erfolgreich zu sein. Ich hatte auch Glück, dass ich mich für die theoretische Physik entschieden habe, weil alles in meinen Kopf passt. Daher wurde meine körperliche Schwäche nicht zu einem gravierenden Nachteil. Meine wissenschaftlichen Kollegen haben mir ausnahmslos stets größtmögliche Hilfe geleistet.

Während der ersten, „klassischen“ Phase meiner Arbeit waren Roger Penrose, Robert Gerok, Brandon Carter und George Ellis meine engsten Assistenten und Mitarbeiter. Ich bin ihnen für ihre Hilfe und Zusammenarbeit dankbar. Diese Phase endete mit der Veröffentlichung des Buches „Large-scale structure of space-time“, das Ellis und ich 1973 schrieben (S. Hawking, J. Ellis. Large-scale structure of space-time. M.: Mir, 1976).

Während der zweiten, „Quanten“-Phase meiner Arbeit, die 1974 begann, arbeitete ich hauptsächlich mit Gary Gibbons, Don Page und Jim Hartle. Ihnen und meinen Doktoranden habe ich viel zu verdanken, die mir sowohl im „physischen“ als auch im „theoretischen“ Sinne des Wortes enorme Hilfe geleistet haben. Das Bedürfnis, mit den Doktoranden Schritt zu halten, war ein äußerst wichtiger Motivator und hat mich, glaube ich, davon abgehalten, in der Sackgasse zu stecken.

Brian Witt, einer meiner Studenten, hat mir bei der Arbeit an dem Buch sehr geholfen. 1985, nachdem ich den ersten groben Entwurf des Buches entworfen hatte, erkrankte ich an einer Lungenentzündung. Ich musste mich einer Operation unterziehen und nach der Tracheotomie hörte ich auf zu sprechen und verlor dadurch fast die Fähigkeit zu kommunizieren. Ich dachte, ich schaffe es nicht, das Buch zu Ende zu lesen. Aber Brian half mir nicht nur bei der Überarbeitung, sondern brachte mir auch den Umgang mit dem Computerkommunikationsprogramm Living Center bei, das mir von Walt Waltosh, einem Mitarbeiter von Words Plus, Inc., Sunnyvale, Kalifornien, gegeben wurde. Mit seiner Hilfe kann ich Bücher und Artikel schreiben und auch mit Menschen über einen Sprachsynthesizer sprechen, den ich von Speech Plus, einem anderen Unternehmen aus Sunnyvale, erhalten habe. David Mason installierte diesen Synthesizer und einen kleinen Personalcomputer in meinem Rollstuhl. Dieses System hat alles verändert: Es wurde für mich noch einfacher zu kommunizieren als vor dem Verlust meiner Stimme.

Worum geht es in Stephen Hawkings „Eine kurze Geschichte der Zeit“?

Aus offenen Quellen

Heute, am 14. März, ist der berühmte englische theoretische Physiker Stephen Hawking im Alter von 77 Jahren gestorben. Die Seite veröffentlicht eine Zusammenfassung seines populärwissenschaftlichen Buchs „Eine kurze Geschichte der Zeit: Vom Urknall zu den Schwarzen Löchern“ (1988), das zum Bestseller wurde

Das Buch des herausragenden englischen Physikers Stephen Hawking „Eine kurze Geschichte der Zeit: Vom Urknall bis zu den Schwarzen Löchern“ widmet sich der Antwort auf Einsteins Frage: „Welche Wahl hatte Gott, als er das Universum erschuf?“ Hawking warnt davor, dass jede in dem Buch enthaltene Formel die Zahl der Käufer halbieren würde, und legt in verständlicher Sprache die Ideen der Quantentheorie der Schwerkraft dar, einem noch unvollendeten Zweig der Physik, der allgemeine Relativitätstheorie und Quantenmechanik kombiniert.

Das Buch beginnt mit einer Geschichte über die Entwicklung menschlicher Vorstellungen vom Universum: von den Himmelssphären des geozentrischen Systems von Aristoteles und Ptolemäus bis zur Erkenntnis, dass die Sonne ein gewöhnlicher gelber Stern mittlerer Größe in einem der Arme ist einer Spiralgalaxie – unter Hunderten Milliarden anderer Galaxien im beobachtbaren Teil des Universums. Die Entdeckung der Rotverschiebung der Spektren von Sternen in anderen Galaxien bedeutete, dass sich das Universum ausdehnte, und dies führte zur Urknallhypothese: Vor zehn oder zwanzig Milliarden Jahren könnten sich alle Objekte im Universum an einem Ort mit unendlicher Ausdehnung befinden hohe Dichte (Singularitätspunkt).

Neuigkeiten zum Thema

Der Urknall dient als Beginn der Zeit. Auf die Frage, was vor dem Urknall geschah, gibt es keine Antwort, da wissenschaftliche Gesetze am Punkt der Singularität nicht mehr funktionieren; Die Fähigkeit, die Zukunft vorherzusagen, geht verloren, und wenn etwas „vorher“ passiert ist, hat es keinen Einfluss auf aktuelle Ereignisse. Nach dem Urknall sind zwei Szenarien möglich: Entweder wird die Expansion des Universums für immer weitergehen, oder sie stoppt irgendwann und geht in eine Kompressionsphase über, die mit einer Rückkehr zur Singularität – dem Urknall – endet. Es ist unklar, welche Option realisiert wird – es hängt von den Abständen zwischen Galaxien und der Gesamtmasse der Materie im Universum ab, und diese Größen sind nicht genau bekannt.

Auch nach dem Urknall kann es im Universum Singularitäten geben. Ein Stern, der Kernbrennstoff verbraucht hat, beginnt zu schrumpfen und kann bei ausreichend großer Masse dem Gravitationskollaps nicht widerstehen und verwandelt sich in ein Schwarzes Loch. So zeigte der englische Mathematiker und Physiker Roger Penrose, dass das Volumen des Sterns gegen Null tendiert und die Dichte seiner Materie und die Krümmung der Raumzeit gegen Unendlich tendieren. Mit anderen Worten: Ein Schwarzes Loch ist eine Singularität in der Raumzeit.

Durch die Umkehrung der Zeitrichtung bewiesen Penrose und Hawking die Behauptung, dass der Urknallpunkt existieren muss, wenn die Allgemeine Relativitätstheorie (GR) wahr ist. So wurde die Urknallhypothese zu einem mathematischen Theorem, und die allgemeine Relativitätstheorie selbst erwies sich als unvollständig: Ihre Gesetze werden am Singularitätspunkt verletzt. Dies ist nicht überraschend – schließlich ist GTR eine klassische Theorie, und in einem kleinen Raumbereich in der Nähe der Singularität werden Quanteneffekte von Bedeutung. Daher erfordert die Erforschung von Schwarzen Löchern und des frühen Universums den Einsatz der Quantenmechanik und die Schaffung einer einheitlichen Theorie – der Quantentheorie der Schwerkraft.

Die Quantenmechanik beschäftigte sich mit den Phänomenen der Mikrowelt und entwickelte sich unabhängig von der Allgemeinen Relativitätstheorie. Die Quantenphysik hat einige Erfahrungen bei der Kombination verschiedener Arten von Wechselwirkungen gesammelt. Dadurch war es möglich, elektromagnetische und schwache Wechselwirkungen in einer Theorie zu kombinieren. Es stellte sich nämlich heraus, dass die Träger der elektromagnetischen Wechselwirkung (virtuelle Photonen) und die Träger der schwachen Wechselwirkung (Vektorbosonen) Realisierungen eines Teilchens sind und bei Energien von etwa 100 GeV nicht mehr voneinander zu unterscheiden sind. Es gibt auch Theorien der Großen Vereinigung, also der Vereinigung der elektroschwachen und starken Wechselwirkungen (um jedoch die Energien der Großen Vereinigung zu erreichen und diese Theorien zu testen, ist ein Beschleuniger von der Größe des Sonnensystems erforderlich).

Alle diese Theorien beziehen die Schwerkraft nicht mit ein, da sie für Elementarteilchen sehr klein ist. Allerdings tendieren im Punkt der Singularität die Gravitationskräfte zusammen mit der Krümmung der Raumzeit ins Unendliche, so dass die gemeinsame Betrachtung quantenmechanischer und gravitativer Effekte unumgänglich wird. Dies führt zu den folgenden überraschenden Ergebnissen.

Nach dem Penrose-Hawking-Theorem ist der Sturz in ein Schwarzes Loch irreversibel. Doch bekanntlich geht jeder irreversible Vorgang mit einer Entropiezunahme einher. Hat ein Schwarzes Loch Entropie?

Hawking stellt fest, dass die Fläche des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs mit der Zeit nicht abnimmt (und wenn Materie in ein Schwarzes Loch fällt, nimmt sie zu), das heißt, sie weist alle Eigenschaften der Entropie auf. Sein amerikanischer Kollege Bikenstein schlägt vor, die Fläche des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs als Maß für seine Entropie zu betrachten. Hawking-Objekte: Da ein Schwarzes Loch Entropie hat, muss es eine Temperatur haben und daher strahlen – im Gegensatz zur eigentlichen Definition eines Schwarzen Lochs! - doch später entdeckt er selbst den Mechanismus dieser Strahlung.

Als Strahlungsquelle erweist sich ein Vakuum in der Nähe eines Schwarzen Lochs, in dem aufgrund von Quantenenergiefluktuationen Teilchen-Antiteilchen-Paare entstehen. Ein Mitglied des Paares hat positive Energie, das andere hat negative Energie (die Summe ist also Null); Ein Teilchen mit negativer Energie kann in ein Schwarzes Loch fallen und ein Teilchen mit positiver Energie kann seine Umgebung verlassen. Der Strom positiver Energieteilchen ist die Strahlung des Schwarzen Lochs; Teilchen mit negativer Energie reduzieren ihre Masse – das Schwarze Loch „verdampft“ und verschwindet mit der Zeit und nimmt die Singularität mit. Hawking sieht darin den ersten Hinweis auf die Möglichkeit, die Singularitäten der Allgemeinen Relativitätstheorie mithilfe der Quantenmechanik zu eliminieren, und stellt die Frage: Wird die Quantenmechanik einen ähnlichen Effekt auf die „großen“ Singularitäten haben, d. h. wird die Quantenmechanik die Singularitäten der Allgemeinen Relativitätstheorie eliminieren? Urknall und der Urknall?

Neuigkeiten zum Thema

Die klassische allgemeine Relativitätstheorie lässt keine Wahl: Das expandierende Universum entsteht aus einer Singularität und die Anfangsbedingungen sind unbekannt (GTR funktioniert im „Moment der Schöpfung“ nicht). Im Anfangsmoment könnte das Universum geordnet und homogen sein, oder es könnte sehr chaotisch sein. Der weitere Verlauf der Evolution hängt jedoch maßgeblich von den Bedingungen an dieser Grenze der Raumzeit ab. Mit Feynmans Methode der Summierung über verschiedene „Trajektorien“ der Entwicklung des Universums erhält Hawking im Rahmen der Quantentheorie der Schwerkraft eine Alternative zur Singularität: Die Raumzeit ist endlich und hat keine Singularität in Form von eine Grenze oder Kante (sie ähnelt der Erdoberfläche, jedoch nur in vier Dimensionen). Und da es keine Grenze gibt, besteht keine Notwendigkeit für Anfangsbedingungen, das heißt, es besteht keine Notwendigkeit, neue Gesetze einzuführen, die das Verhalten des frühen Universums bestimmen (oder auf die Hilfe Gottes zurückzugreifen). Dann wäre das Universum „...nicht erschaffen worden, es könnte nicht zerstört werden. Es würde einfach existieren.“

Das Thema Gott zieht sich durch das ganze Buch; Hawking führt im Wesentlichen eine Diskussion mit Gott. Hier ist ein Zitat, das diese Diskussion irgendwie zusammenfasst.

„Aus der Vorstellung, dass Raum und Zeit eine geschlossene Oberfläche bilden, ergeben sich auch sehr wichtige Konsequenzen für die Rolle Gottes im Leben des Universums. Im Zusammenhang mit den Erfolgen wissenschaftlicher Theorien bei der Beschreibung von Ereignissen sind die meisten Wissenschaftler zu dieser Überzeugung gelangt Dass Gott zulässt, dass sich das Universum nach einem bestimmten System von Gesetzen entwickelt und sich nicht in seine Entwicklung einmischt, verstößt nicht gegen diese Gesetze. Aber die Gesetze sagen uns nichts darüber, wie das Universum aussah, als es zum ersten Mal erschien Die Uhr und die Wahl des Anfangs könnten immer noch das Werk Gottes sein. Während wir denken, dass das Universum einen Anfang hatte, können wir denken, dass es einen Schöpfer hatte, aber wenn das Universum wirklich vollständig geschlossen ist und keine Grenzen oder Kanten hat, dann sollte es so sein haben weder einen Anfang noch ein Ende: Es ist einfach „und das ist alles! Gibt es dann noch einen Platz für den Schöpfer?“

Hier ist die Antwort auf Einsteins Frage: Gott hatte keine Freiheit, die Anfangsbedingungen zu wählen.

Durch Summieren über Feynman-Trajektorien ohne Raum-Zeit-Grenzen kommt Hawking zu dem Ergebnis, dass sich das Universum in seinem aktuellen Zustand höchstwahrscheinlich gleich schnell in alle Richtungen ausdehnt – in Übereinstimmung mit Beobachtungen des isotropen Hintergrunds des CMB. Da der Ursprung der Zeit außerdem ein glatter, regelmäßiger Punkt in Raum und Zeit ist, begann die Entwicklung des Universums aus einem homogenen, geordneten Zustand. Diese Anfangsordnung erklärt das Vorhandensein eines thermodynamischen Zeitpfeils, der die Zeitrichtung angibt, in der die Unordnung (Entropie) des Universums zunimmt.

Im letzten Teil des Buches beschreibt Hawking die Stringtheorie, die den Anspruch erhebt, die gesamte Physik zu vereinen. Diese Theorie beschäftigt sich nicht mit Teilchen, sondern mit Objekten wie eindimensionalen Strings. Partikel werden als Schwingungen von Saiten, Emission und Absorption von Partikeln – als Brechen und Zusammenfügen von Saiten interpretiert. Die Stringtheorie führt jedoch nicht nur in 10-dimensionalen oder 26-dimensionalen Räumen zu Widersprüchen. Vielleicht haben sich während der Entwicklung des Universums nur vier Koordinaten unserer Raumzeit „entfaltet“, während sich herausstellte, dass der Rest zu einem Raum von vernachlässigbar kleiner Größe gefaltet war.

Warum ist das geschehen? Hawking gibt die Antwort vom Standpunkt des sogenannten anthropischen Prinzips: Sonst wären die Voraussetzungen für die Entwicklung intelligenter Wesen, die eine solche Frage stellen können, nicht entstanden. Tatsächlich ist die Evolution im Falle einer kleineren Raumdimension schwierig: Beispielsweise teilt jeder Durchgang im Körper eines zweidimensionalen Lebewesens ihn in zwei Teile. In Räumen höherer Dimensionen wird das Gesetz der gravitativen Anziehung anders sein und die Umlaufbahnen der Planeten werden instabil („wir würden dann entweder erfrieren oder verbrennen“). Natürlich sind auch andere Universen mit einer anderen Anzahl entfalteter Koordinaten möglich, „... aber in solchen Bereichen wird es keine intelligenten Wesen geben, die diese Vielfalt an Wirkungsdimensionen sehen könnten.“

Hawking ist optimistisch, was die Aussichten für die Schaffung einer einheitlichen Theorie zur Beschreibung des Universums angeht. Indem er Gott den Schöpfungsakt entzieht, weist er ihm die Rolle des Schöpfers seiner Gesetze zu. Wenn ein mathematisches Modell erstellt wird, bleibt die Frage, warum das Universum, das diesem Modell folgt, überhaupt existiert. Die Wissenschaftler sind nicht an die Notwendigkeit gebunden, neue Theorien aufzustellen, sondern werden sich ihrer Forschung zuwenden. „Und wenn die Antwort auf eine solche Frage gefunden wird, wird es ein völliger Triumph der menschlichen Vernunft sein, denn dann wird uns Gottes Plan klar werden.“

Zusammenfassung von Stephen Hawkings Buch „Eine kurze Geschichte der Zeit“, erstellt von Igor Jakowlew

Stephen Hawking, Leonard Mlodinow

Kurze Geschichte der Zeit

Vorwort

Nur vier Buchstaben unterscheiden den Titel dieses Buches vom Titel des 1988 erstmals veröffentlichten Buches. „Eine kurze Geschichte der Zeit“ blieb 237 Wochen lang auf der Bestsellerliste der London Sunday Times und jeder 750. Mensch auf unserem Planeten, ob Erwachsener oder Kind, kaufte es. Ein bemerkenswerter Erfolg für ein Buch, das sich den schwierigsten Problemen der modernen Physik widmet. Dies sind jedoch nicht nur die schwierigsten, sondern auch die spannendsten Probleme, denn sie werfen uns grundlegende Fragen auf: Was wissen wir wirklich über das Universum, wie haben wir dieses Wissen erlangt, wo kommt das Universum her und wo ist es? geht es? Diese Fragen bildeten das Hauptthema von „Eine kurze Geschichte der Zeit“ und wurden zum Schwerpunkt dieses Buches. Ein Jahr nach der Veröffentlichung von A Brief History of Time begannen die Reaktionen von Lesern jeden Alters und jeder Herkunft aus der ganzen Welt. Viele von ihnen äußerten den Wunsch, eine neue Version des Buches zu veröffentlichen, die zwar die Essenz von „Eine kurze Geschichte der Zeit“ beibehält, aber die wichtigsten Konzepte einfacher und unterhaltsamer erklärt. Auch wenn einige vielleicht erwartet hatten, dass es sich um „Eine lange Geschichte der Zeit“ handeln würde, machte die Reaktion der Leser deutlich, dass nur sehr wenige von ihnen daran interessiert waren, eine ausführliche Abhandlung zu lesen, die das Thema auf dem Niveau eines Hochschulkurses in Kosmologie behandelte. Daher haben wir bei der Arbeit an „Die kürzeste Geschichte der Zeit“ das grundlegende Wesen des ersten Buches bewahrt und sogar erweitert, gleichzeitig aber versucht, seinen Umfang und die Zugänglichkeit der Präsentation unverändert zu lassen. Das ist in der Tat so kürzeste Geschichte, da wir einige rein technische Aspekte weggelassen haben, scheint es uns jedoch, dass diese Lücke durch eine tiefere Interpretation des Materials, das wirklich den Kern des Buches bildet, mehr als gefüllt wird.

Wir nutzten auch die Gelegenheit, die Informationen zu aktualisieren und die neuesten theoretischen und experimentellen Daten in das Buch aufzunehmen. Eine kurze Geschichte der Zeit beschreibt die Fortschritte, die in jüngster Zeit auf dem Weg zu einer vollständig einheitlichen Theorie gemacht wurden. Insbesondere geht es um die neuesten Erkenntnisse der Stringtheorie und des Welle-Teilchen-Dualismus und zeigt die Verbindung zwischen verschiedenen physikalischen Theorien auf, was darauf hindeutet, dass eine einheitliche Theorie existiert. Für die praktische Forschung enthält das Buch wichtige Ergebnisse aktueller Beobachtungen, insbesondere mit dem Satelliten COBE (Cosmic Background Explorer) und dem Hubble-Weltraumteleskop.

Kapitel zuerst

ÜBER DAS UNIVERSUM NACHDENKEN

Wir leben in einem seltsamen und wunderbaren Universum. Um sein Alter, seine Größe, seine Wildheit und sogar seine Schönheit zu schätzen, ist eine außergewöhnliche Vorstellungskraft erforderlich. Der Platz, den Menschen in diesem grenzenlosen Raum einnehmen, mag unbedeutend erscheinen. Und doch versuchen wir zu verstehen, wie diese ganze Welt funktioniert und wie wir Menschen darin aussehen.

Vor einigen Jahrzehnten hielt ein berühmter Wissenschaftler (manche sagen, es sei Bertrand Russell gewesen) einen öffentlichen Vortrag über Astronomie. Er sagte, dass sich die Erde um die Sonne dreht und diese wiederum um das Zentrum eines riesigen Sternensystems namens unserer Galaxie. Am Ende des Vortrags stand eine kleine alte Dame, die hinten saß, auf und sagte:

Sie haben uns hier völligen Unsinn erzählt. In Wirklichkeit ist die Welt eine flache Platte, die auf dem Rücken einer riesigen Schildkröte ruht.

Mit einem Gefühl der Überlegenheit lächelnd fragte der Wissenschaftler:

Worauf steht die Schildkröte?

„Sie sind wirklich ein sehr kluger junger Mann“, antwortete die alte Dame. - Sie steht auf einer anderen Schildkröte und so weiter, bis ins Unendliche!

Die meisten Menschen würden heute dieses Bild des Universums, diesen nie endenden Schildkrötenturm, ziemlich lustig finden. Aber warum denken wir, wir wüssten mehr?

Vergessen Sie für einen Moment, was Sie über den Weltraum wissen oder zu wissen glauben. Schauen Sie in den Nachthimmel. Wie sehen für Sie all diese leuchtenden Punkte aus? Vielleicht sind es winzige Lichter? Für uns ist es schwierig zu erraten, was sie wirklich sind, weil diese Realität zu weit von unserer Alltagserfahrung entfernt ist.

Wenn Sie oft den Nachthimmel beobachten, haben Sie wahrscheinlich in der Abenddämmerung einen flüchtigen Lichtfunken direkt über dem Horizont bemerkt. Das ist Merkur, ein Planet, der sich sehr von unserem unterscheidet. Ein Tag auf Merkur dauert zwei Drittel seines Jahres. Auf der Sonnenseite steigen die Temperaturen auf über 400 °C und sinken mitten in der Nacht auf fast -200 °C.

Aber egal wie unterschiedlich Merkur von unserem Planeten ist, es ist noch schwieriger, sich einen gewöhnlichen Stern vorzustellen – ein kolossales Inferno, das jede Sekunde Millionen Tonnen Materie verbrennt und im Zentrum auf mehrere zehn Millionen Grad erhitzt wird.

Eine andere Sache, die man sich nur schwer vorstellen kann, sind die Entfernungen zu Planeten und Sternen. Die alten Chinesen bauten Steintürme, um einen genaueren Blick darauf zu werfen. Es ist ganz natürlich zu glauben, dass Sterne und Planeten viel näher sind, als sie wirklich sind, da wir im Alltag nie mit enormen kosmischen Entfernungen in Berührung kommen.

Diese Entfernungen sind so groß, dass es keinen Sinn macht, sie in herkömmlichen Einheiten – Metern oder Kilometern – auszudrücken. Stattdessen werden Lichtjahre verwendet (ein Lichtjahr ist die Entfernung, die das Licht in einem Jahr zurücklegt). In einer Sekunde legt ein Lichtstrahl 300.000 Kilometer zurück, ein Lichtjahr ist also eine sehr große Entfernung. Der uns (nach der Sonne) am nächsten gelegene Stern, Proxima Centauri, ist etwa vier Lichtjahre entfernt. Es ist so weit entfernt, dass das derzeit schnellste Raumschiff, das derzeit entwickelt wird, etwa zehntausend Jahre brauchen würde, um es zu erreichen. Schon in der Antike versuchten die Menschen, die Natur des Universums zu verstehen, aber sie verfügten nicht über die Fähigkeiten, die die moderne Wissenschaft, insbesondere die Mathematik, eröffnet. Heute verfügen wir über mächtige Werkzeuge: mentale wie Mathematik und die wissenschaftliche Methode, aber auch technische wie Computer und Teleskope. Mit ihrer Hilfe haben Wissenschaftler eine riesige Menge an Informationen über den Weltraum gesammelt. Aber was wissen wir wirklich über das Universum und woher wussten wir es? Woher kam sie? In welche Richtung entwickelt es sich? Hatte es einen Anfang und wenn ja, was geschah? Vor ihn? Was ist das Wesen der Zeit? Wird es ein Ende haben? Ist eine Zeitreise in die Vergangenheit möglich? Neue große physikalische Entdeckungen, die zum Teil durch neue Technologien ermöglicht wurden, bieten Antworten auf einige dieser seit langem offenen Fragen. Vielleicht werden diese Antworten eines Tages so offensichtlich wie die Drehung der Erde um die Sonne – oder vielleicht so seltsam wie ein Turm voller Schildkröten. Nur die Zeit (was auch immer das ist) wird es zeigen.

Der britische Wissenschaftler Stephen Hawking, bekannt als der hellste Stern der modernen Astrophysik, ist im Alter von 76 Jahren gestorben.

Hawking gehört zu den Wissenschaftlern, die mit seiner Untersuchung von Schwarzen Löchern und populärwissenschaftlichen Werken wie „Eine kurze Geschichte der Zeit“ den größten Einfluss auf unser modernes Verständnis des Universums hatten. Der 1942 geborene Brite galt als einer der größten Köpfe der Welt und wurde von manchen als der berühmteste Wissenschaftler der modernen Welt bezeichnet. Für andere Wissenschaftler war er ein Symbol für die unbegrenzten Möglichkeiten des menschlichen Geistes.

„Sein Abgang hinterließ ein intellektuelles Vakuum. Aber es ist nicht leer. Betrachten Sie es als eine Art Energie, die das Gefüge der Raumzeit durchdringt und nicht gemessen werden kann.“ , twitterte der weltbekannte Astrophysiker und Wissenschaftsautor Neil deGrasse Tyson.

Im Alter von 21 Jahren wurde bei Professor Hawking eine seltene Form der Motoneuronerkrankung diagnostiziert und die Ärzte gaben ihm nur noch wenige Jahre zu leben. Seine Krankheit schritt jedoch ungewöhnlich langsam voran, so dass er mehr als ein halbes Jahrhundert lang im Rollstuhl arbeiten musste. Tatsächlich war Hawking ein medizinisches Wunder – nur 5 Prozent der Menschen, die an dieser Form der Krankheit leiden, leben mehr als zehn Jahre nach der Diagnose, aber er lebte mehr als fünf Jahrzehnte damit. Er selbst sagte, dass seine körperliche Verfassung kein wesentliches Hindernis für seine wissenschaftliche Arbeit auf dem Gebiet der theoretischen Physik darstellte und ihm sogar in gewisser Weise half.

Nach einer schweren Lungenentzündung und Komplikationen verlor Hawking seine Stimme. Eine Zeit lang bestand seine einzige Kommunikationsmöglichkeit darin, Wörter wörtlich zu buchstabieren und die Augenbrauen hochzuziehen, wenn jemand auf den richtigen Buchstaben auf einer speziellen Karte zeigte. Später schickte ihm ein Computerexperte aus Kalifornien namens Walt Waltow sein Computerprogramm namens „Equalizer“, mit dem der Professor Wörter aus einem Menü auf einem Bildschirm auswählen konnte, das über einen Knopf in seiner Hand gesteuert wurde. In Kombination mit einem Sprachsynthesizer wurde dies zu Hawkings Markenzeichen der „elektronischen“ Stimme.

Die Krankheit beeinträchtigte sein Privatleben nicht. 1965 heiratete er seine Jugendliebe Jane Wilde, obwohl zu diesem Zeitpunkt bereits eine schreckliche Krankheit bei ihm diagnostiziert worden war. Ihre Ehe dauerte 26 Jahre und endete in einem Missverständnis, doch Hawking wurde Vater von drei Kindern.

1995 ging er seine zweite Ehe mit Elaine Mason ein, einer Krankenschwester, die sich damals um ihn kümmerte. Sie blieben bis 2006 zusammen.
Hawking mit seiner zweiten Frau Elaine Mason

Der britische Wissenschaftler war für seine Arbeiten zu Schwarzen Löchern und der Relativitätstheorie bekannt und gehört zu den Wissenschaftlern, die das moderne Verständnis des Universums am meisten beeinflusst haben.

Im Alter von 17 Jahren erhielt Hawking einen Studienplatz in Oxford. 1971 lieferten sie zusammen mit Sir Roger Penrose eine mathematische Grundlage zur Stützung der Urknalltheorie: Sie zeigten, dass es einen Wurmlochpunkt in der Raumzeit geben muss, wenn die Relativitätstheorie korrekt ist. Sie entwickelten auch die Hawking-Penrose-Theorie der frühen Entwicklung des Universums nach dem Urknall und seiner exponentiellen Expansion aus einem Zustand viel höherer Temperatur und Dichte.
Hawking glaubte, dass die Zukunft der menschlichen Spezies im Weltraum liege.

Hawking schlug außerdem vor, dass sich unmittelbar nach dem Urknall urzeitliche Schwarze Löcher bildeten und fast augenblicklich verdampften. Später entdeckte er, dass Schwarze Löcher Energie abgeben und verdampfen, ein Phänomen, das später als Hawking-Strahlung bekannt wurde.

Im Laufe der Jahre hat er an anderen Theorien über Schwarze Löcher gearbeitet, einschließlich der Idee, dass sie zu anderen Universen führen können.

In den frühen 1980er Jahren schlug er vor, dass das Universum zwar keine Grenzen habe, aber in der Raumzeit eine endliche Größe habe. Ein mathematischer Beweis dieser Theorie wurde wenig später erbracht. Ihm zufolge ist das Universum grenzenlos, aber endlich.

Stephen Hawkings Arbeit in der Astrophysik macht ihn heute zu einem der renommiertesten Wissenschaftler der Welt. Er wurde mit 12 Ehrentiteln, dem Order of the British Empire und der US Presidential Medal of Freedom ausgezeichnet. 30 Jahre lang war er Lucasianischer Professor für Mathematik an der Universität Cambridge, eine Position, die Isaac Newton und andere berühmte Wissenschaftler innehatten. Obwohl Hawking 2009 in den Ruhestand ging, arbeitete er weiterhin an der Universität. Barack Obama überreicht Hawking die US Presidential Medal of Freedom

Seine Arbeit zur Popularisierung der Wissenschaft brachte ihm weitreichenden Ruhm und Ruhm ein. „Eine kurze Geschichte der Zeit“ erschien 1988 und war 237 Wochen lang – fast fünf Jahre lang – ein Bestseller der Sunday Times. Mehr als 10 Millionen Exemplare wurden verkauft und in Dutzende Sprachen übersetzt. Das Buch beschreibt in klarer Sprache die Struktur, den Ursprung und die Entwicklung des Universums und untersucht Phänomene wie den Urknall und die Grundlagen der Quantenmechanik.

In einem Interview mit New Scientist kurz vor seinem 70. Geburtstag sagte der Physiker, eine der größten physikalischen Errungenschaften seiner Karriere sei die Entdeckung kleiner Temperaturschwankungen der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung durch den COBE-Satelliten gewesen, die vom Urknall übrig geblieben seien.

Hawking glaubte, dass die Zukunft der menschlichen Spezies im Weltraum liege. Er hat wiederholt erklärt, dass Menschen aufgrund unserer invasiven Natur nicht überleben werden, wenn sie nur auf der Erde bleiben.

Sein einzigartiges Leben hat wiederholt die Aufmerksamkeit von Dokumentarfilmern und Filmemachern auf sich gezogen, und 2014 wurde ein biografischer Film über ihn gedreht, „Stephen Hawking Universe“, in dem Eddie Redmayne als Hawking die Hauptrolle spielte. Darüber hinaus trat der Wissenschaftler in mehreren Fernsehsendungen auf, darunter „Die Simpsons“, „Red Dwarf“ und „The Big Bang Theory“.
Bei der Premiere des biografischen Films „Stephen Hawking’s Universe“

Neben seiner wissenschaftlichen Arbeit war Hawking auch für seine visionären Aussagen bekannt. Hier sind einige davon:

Mein Ziel ist einfach. Es geht um ein vollständiges Verständnis des Universums, warum es so ist, wie es ist und warum es überhaupt existiert.
Meiner Meinung nach ist das Gehirn ein Computer, der nicht mehr funktioniert, wenn seine Komponenten ausfallen. Für kaputte Computer gibt es keinen Himmel und kein Leben nach dem Tod; Dies ist eine Märchengeschichte für Menschen, die Angst vor der Dunkelheit haben.
Ich denke, die einfachste Erklärung ist, dass es keinen Gott gibt. Niemand hat das Universum erschaffen und niemand kontrolliert unser Schicksal. Dies bringt mich zu der tiefen Erkenntnis, dass es wahrscheinlich keinen Himmel und kein Leben nach dem Tod gibt. Wir haben ein Leben lang Zeit, die großartige Gestaltung des Universums zu schätzen, und dafür bin ich äußerst dankbar.
Denken Sie daran, in die Sterne zu schauen und nicht auf Ihre Füße.
Das Leben wäre tragisch, wenn es nicht lustig wäre.
Als ich 21 Jahre alt war, wurden meine Erwartungen auf Null reduziert. Von da an war alles ein Bonus.
Menschen, die mit ihrer Intelligenz prahlen, sind Verlierer.
Wir sind nur eine fortschrittliche Affenart auf einem kleinen Planeten eines sehr kleinen Sterns. Aber wir können das Universum verstehen. Es macht uns zu etwas Besonderem.

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Stephen Hawking

KURZE GESCHICHTE DER ZEIT.

Vom Urknall bis zum Schwarzen Loch

Danksagungen

Das Buch ist Jane gewidmet

Abgesehen davon, dass ich an Amyotropher Lateralsklerose erkrankt bin, hatte ich in fast allem anderen Glück. Die Hilfe und Unterstützung meiner Frau Jane und meiner Kinder Robert, Lucy und Timothy ermöglichten es mir, ein einigermaßen normales Leben zu führen und beruflich erfolgreich zu sein. Ich hatte auch Glück, dass ich mich für die theoretische Physik entschieden habe, weil alles in meinen Kopf passt. Daher wurde meine körperliche Schwäche nicht zu einem gravierenden Nachteil. Meine wissenschaftlichen Kollegen haben mir ausnahmslos stets größtmögliche Hilfe geleistet.

Ich bin vielen dankbar, die frühere Versionen des Buches gelesen haben, für Vorschläge, wie es verbessert werden könnte. So schickte mir Peter Gazzardi, mein Lektor bei Bantam Books, einen Brief nach dem anderen mit Kommentaren und Fragen zu Passagen, die seiner Meinung nach schlecht erklärt waren. Zugegebenermaßen war ich ziemlich verärgert, als ich eine riesige Liste empfohlener Korrekturen erhielt, aber Gazzardi hatte absolut Recht. Ich bin mir sicher, dass das Buch dadurch besser geworden ist, dass Gazzardi mir die Fehler unter die Nase gerieben hat.

Ich spreche meinen Assistenten Colin Williams, David Thomas und Raymond Laflamme, meinen Sekretärinnen Judy Fella, Ann Ralph, Cheryl Billington und Sue Macy sowie meinen Krankenschwestern meinen tiefen Dank aus. Ich hätte nichts erreichen können, wenn nicht alle Kosten der wissenschaftlichen Forschung und der notwendigen medizinischen Versorgung vom Gonville and Caius College, dem Science and Technology Research Council und den Leverhulme-, MacArthur-, Nuffield- und Ralph-Smith-Stiftungen getragen worden wären. Ich bin ihnen allen sehr dankbar.

Vorwort

Wir leben und verstehen fast nichts über die Struktur der Welt. Wir denken nicht darüber nach, welcher Mechanismus das Sonnenlicht erzeugt, das unsere Existenz sichert, wir denken nicht über die Schwerkraft nach, die uns auf der Erde hält und verhindert, dass sie uns in den Weltraum schleudert. Uns interessieren nicht die Atome, aus denen wir bestehen und von deren Stabilität wir selbst wesentlich abhängen. Mit Ausnahme der Kinder (die noch zu wenig wissen, um nicht so ernsthafte Fragen zu stellen) rätseln nur wenige Menschen darüber, warum die Natur so ist, wie sie ist, woher der Kosmos kommt und ob er schon immer existiert hat? Könnte man die Zeit nicht eines Tages zurückdrehen, sodass die Wirkung der Ursache vorausgeht? Gibt es eine unüberwindbare Grenze des menschlichen Wissens? Es gibt sogar Kinder (ich habe sie getroffen), die wissen wollen, wie ein Schwarzes Loch aussieht, was das kleinste Materieteilchen ist? Warum erinnern wir uns an die Vergangenheit und nicht an die Zukunft? Wenn es vorher wirklich Chaos gab, wie kommt es dann, dass nun scheinbare Ordnung hergestellt ist? und warum existiert das Universum überhaupt?

In unserer Gesellschaft ist es üblich, dass Eltern und Lehrer auf diese Fragen meist mit einem Schulterzucken oder Hilferufen mit vage erinnerten Hinweisen auf religiöse Legenden antworten. Manche Menschen mögen solche Themen nicht, weil sie die Enge des menschlichen Verständnisses anschaulich offenbaren.

Aber die Entwicklung der Philosophie und der Naturwissenschaften kam vor allem dank Fragen wie diesen voran. Immer mehr Erwachsene interessieren sich für sie und die Antworten kommen für sie teilweise völlig unerwartet. Wir unterscheiden uns in der Größenordnung sowohl von Atomen als auch von Sternen und erweitern den Horizont der Erforschung, um sowohl das ganz Kleine als auch das ganz Große abzudecken.

Im Frühjahr 1974, etwa zwei Jahre bevor die Raumsonde Viking die Marsoberfläche erreichte, war ich in England auf einer von der Royal Society of London organisierten Konferenz über die Möglichkeiten der Suche nach außerirdischen Zivilisationen. Während einer Kaffeepause bemerkte ich, dass im Nebenzimmer ein viel größeres Treffen stattfand, und betrat es aus Neugier. So wurde ich Zeuge eines seit langem bestehenden Rituals – der Aufnahme neuer Mitglieder in die Royal Society, die eine der ältesten Wissenschaftlervereinigungen der Welt ist. Vor uns saß ein junger Mann im Rollstuhl und schrieb ganz langsam seinen Namen in ein Buch, dessen vorherige Seiten die Unterschrift von Isaac Newton trugen. Als er endlich mit der Unterschrift fertig war, brach das Publikum in Applaus aus. Stephen Hawking war schon damals eine Legende.

Hawking hat heute den Lehrstuhl für Mathematik an der Universität Cambridge inne, der einst von Newton und später von P. A. M. Dirac besetzt wurde – zwei berühmten Forschern, die den einen – den größten, und den anderen – den kleinsten, untersuchten. Hawking ist ihr würdiger Nachfolger. Dieses erste beliebte Buch von Hokippa enthält viele nützliche Dinge für ein breites Publikum. Das Buch ist nicht nur wegen der Breite seines Inhalts interessant, es ermöglicht Ihnen auch, zu sehen, wie die Gedanken des Autors funktionieren. Darin finden Sie klare Erkenntnisse über die Grenzen der Physik, Astronomie, Kosmologie und des Mutes.

Aber dies ist auch ein Buch über Gott ... oder vielleicht über die Abwesenheit Gottes. Das Wort „Gott“ kommt auf seinen Seiten häufig vor. Hawking macht sich auf die Suche nach einer Antwort auf Einsteins berühmte Frage, ob Gott bei der Erschaffung des Universums eine Wahl hatte. Hawking versucht, wie er selbst schreibt, Gottes Plan zu entwirren. Umso unerwarteter ist die Schlussfolgerung (zumindest vorläufig), zu der diese