Universumstheorie von allem. Die Hauptideen von Stephen Hawking. Quarks sind nie allein

Stephen Hawking, der viele wissenschaftliche Entdeckungen und Annahmen über den Aufbau der Welt machte, war einer der berühmtesten und beliebtesten Physiker unserer Zeit. Hawkings Hauptforschungsgebiet ist Kosmologie und Quantengravitation.

Für seine Leistungen wurde Hawking 1974 Mitglied der Royal Society of London und 1975 dank der Entwicklung der Theorie des Quantenprozesses der „Verdunstung“ von Schwarzen Löchern ein weltberühmter Wissenschaftler. Die Entdeckung dieser Strahlung, die zur Vernichtung von Schwarzen Löchern führt, ist nach Stephen Hawking benannt.
Die Essenz des Phänomens der Hawking-Strahlung ist der Prozess der Emission verschiedener Elementarteilchen durch ein Schwarzes Loch. Nach dieser Theorie absorbiert ein Schwarzes Loch nicht nur alles um sich herum, sondern emittiert auch selbst verschiedene Teilchen, hauptsächlich Photonen. Wenn ein Schwarzes Loch um sich herum nichts mehr zu absorbieren hat, muss es anfangen zu schrumpfen, also Teilchen nach außen auszustoßen. Dies sollte letztlich dazu führen, dass sie durch eine Explosion im Endstadium verschwindet. Diese Emission wird „Hawking Radiation“ oder Black Hole Evaporation genannt.

Nach Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie könnten urzeitliche Schwarze Löcher während der Entstehung des Universums entstehen, und einige von ihnen sollten theoretisch in unserer Zeit vollständig verdampfen. Da die Intensität der Verdunstung hingegen mit abnehmender Größe des Schwarzen Lochs zunimmt, sollte es sich bei den letzten Stufen tatsächlich um eine Explosion des Schwarzen Lochs handeln. Bisher wurden jedoch keine derartigen Explosionen registriert.
Übrigens erwies sich die Hawking-Strahlung bei Experimenten am Large Hadron Collider als ernstzunehmendes Argument für die Annahme der Entstehung kleiner Schwarzer Löcher. Ein auf diese Weise entstandenes mikroskopisch kleines Schwarzes Loch müsste jedoch nach derselben Annahme aufgrund der Hawking-Strahlung sofort verdampfen und kann keine Gefahr für das Leben der Erdbewohner darstellen...
…. „Ich denke, dass unser Geist ein Programm ist, während unser Gehirn einem Computer ähnelt. Es ist theoretisch möglich, den Inhalt des Gehirns auf einen Computer zu kopieren und so eine Form ewigen Lebens zu schaffen. Heute liegt dies jedoch nicht in unserer Macht“, schloss Hawking.
Laut Hawking ist die Vergangenheit nur eine Möglichkeit. Eine der Implikationen der Theorie der Quantenmechanik besteht darin, dass Ereignisse, die in der Vergangenheit stattgefunden haben, nicht auf eine bestimmte Weise stattgefunden haben. Stattdessen geschahen sie auf jede erdenkliche Weise. Dies ist für uns schwer zu verstehen und liegt an der probabilistischen Natur von Materie und Energie gemäß der Quantenmechanik: Solange es keinen externen Beobachter gibt, wird alles in Ungewissheit schweben.....
…..Basierend auf seinem Wissen warnt Stephen Hawking, dass künstliche Intelligenz durchaus das Ende der Menschheit bedeuten könnte und der erste Kontakt mit einer intelligenten außerirdischen Zivilisation möglicherweise der letzte sein könnte. Ihm zufolge: Wenn die außerirdische Technologie die der Erde übertrifft, werden sie definitiv ihre eigene Kolonie auf der Erde gründen und die Menschheit versklaven.
Aber es gibt auch gute Nachrichten. Kürzlich sagte ein berühmter englischer Physiker, dass die moderne Wissenschaft am Vorabend einer Revolution stehe, wenn eine einheitliche Theorie geschaffen werde, die alle Grundprinzipien der physischen Welt und der Existenz erklärt. Darüber hinaus wird die Entdeckung laut Hawking im Rahmen der M-Theorie gemacht, die das Vorhandensein paralleler Welten und zahlreicher physikalischer Kräfte voraussetzt, die der modernen Wissenschaft noch unbekannt sind.
Die sogenannte M-Theorie oder „Theorie von allem“, die Edward Witten in den 90er Jahren des 20. Jahrhunderts vorschlug, wurde von Hawking und seinem Kollegen Leonard Mlodinow konzipiert und verfeinert. Die M-Theorie ist ein Zweig der Stringtheorie und beschreibt das gesamte Universum auf einmal. Demnach bestehen alle Teilchen auf der kleinsten 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 als unsere gelten.
Hawking behauptet, dass die Schaffung der Letzten Theorie das geordnete Gebäude der theoretischen Physik endlich vervollständigen werde. „Wir werden die Grundgesetze kennenlernen, die das Universum regieren.“ Angesichts der Tatsache, dass die Menschheit in den letzten hundert Jahren ihrer Geschichte einen enormen Innovationssprung gemacht hat, gibt es keinen Grund, der Vorhersage des äußerst intelligenten Wissenschaftlers Stephen Hawking nicht zu vertrauen.

In dem 1988 veröffentlichten Buch spricht Hawking darüber, worüber jeder von uns wahrscheinlich schon einmal nachgedacht hat: wie das Universum entstand, was die Natur von Raum und Zeit ist, was schwarze Löcher sind und wie die Theorie der Superstrings war geboren. Der Autor schreibt auch über einige mathematische Probleme, gibt aber nur eine Formel an – E = mc².

Im Laufe von 20 Jahren wurden mehr als 10 Millionen Exemplare dieses Buches verkauft.

17 Jahre nach der Veröffentlichung von A Brief History schrieb der amerikanische Physiker Leonard Mlodinow eine Fortsetzung. Sie nutzten die neuesten Daten aus astronomischen Labors. Die Autoren erzählen Ihnen, was schwarze Materie und schwarze Energie sind, ob Zeitreisen möglich sind, was die Vergangenheit und Zukunft des Universums sind und tauchen noch tiefer in die Stringtheorie ein.

Dies ist auch die Geschichte des Universums, ergänzt durch atemberaubende Illustrationen – Fotografien vom Hubble-Weltraumteleskop. Hawking liefert einen geistreichen und leicht verständlichen Bericht über den Urknall und die anhaltende Suche nach einer Theorie für alles – einer einheitlichen Feldtheorie, „dem heiligen Gral der modernen Physik“. Sein Erscheinen wird laut Autor den Triumph des menschlichen Geistes bedeuten.

Das 2006 verfasste Buch fasst sieben Vorträge Hawkings zusammen.

Eine lustige Geschichte über Weltraumabenteuer, in denen sich der Junge George und seine Nachbarn, der Wissenschaftler Eric und seine Tochter Anna, wiederfinden. Die Autoren sprechen auf sehr interessante und leicht verständliche Weise über Quasare, Asteroiden, Schwarze Löcher, Parallelen und Galaxien.

Das Buch basiert auf Hawkings Vorlesung an der University of California und wurde 1980 veröffentlicht. Später wurde es jedoch ergänzt und im Jahr 2017 ins Russische übersetzt. Dies ist eine Sammlung, die 13 Aufsätze des Wissenschaftlers und sein ausführliches Interview umfasst.

Die behandelten Themen sind sehr interessant. Zum Beispiel, wie Schwarze Löcher junge Universen zum Leben erwecken können.

Zusammen mit Leonard Mlodinow singt Hawking eine Ode an die Wissenschaft. Er erklärt: „Es ist unmöglich, die Nichtexistenz Gottes zu beweisen, aber die Wissenschaft macht es unnötig.“ Daher kann der Urknall eine Folge von Gesetzen sein und nichts weiter.

Das Buch, das die Essenz der M-Theorie beschreibt, die grundlegende Wechselwirkungen vereint, erschien 2010 und wurde innerhalb weniger Tage zum Bestseller.

Hawking schrieb sein autobiografisches Buch erst 2013. Der Grund ist einfach: Er glaubte, dass es wichtiger sei, die Wissenschaft bekannt zu machen, als über sich selbst zu sprechen. Doch je lauter sein Name erklang, desto mehr Menschen wollten mehr über Hawking erfahren. Und er beschloss, über seine Krankheit, seine Familie und seine Wissenschaft zu sprechen.

In diesem Buch beantwortete der Wissenschaftler selbst die unangenehmsten und persönlichsten Fragen.

Der berühmte Physiker verbrachte sein ganzes Leben damit, „Freunde“ zwischen der Theorie der Schwerkraft und der Quantentheorie zu finden, träumte davon, in den Weltraum zu fliegen und erinnerte die Erdbewohner an die unvermeidliche Auswanderung ins All

Moskau. 14. März. Website - Am Mittwoch, dem 14. März, wurde bekannt, dass Stephen Hawking, einer der berühmtesten theoretischen Physiker unserer Zeit und Popularisierer der Wissenschaft, im Alter von 76 Jahren sein ganzes Leben damit verbrachte, die Theorie der Schwerkraft und der Quantentheorie in Einklang zu bringen Theorie.

Das Geheimnis von Hawkings Popularität ist seine intelligente Exzentrizität, seine Unfähigkeit, sich innerhalb irgendwelcher Grenzen zu isolieren, und seine Offenheit gegenüber Menschen, mit denen er versuchte, auf Augenhöhe zu kommunizieren und in einfacher Sprache über komplexe Dinge zu sprechen.

Sein aktiver Lebensstil trug zur Popularisierung der Wissenschaft bei: Der Wissenschaftler reiste viel, wurde mehr als einmal zum Helden der Cartoons in „Die Simpsons“ und „Futurama“, in denen er seinen Charakter zum Ausdruck brachte, und spielte sogar in Filmen als er selbst mit In einer der Folgen der TV-Serie „Star Trek: The Next Generation“ und in einer Folge der Comedy-Serie „The Big Bang Theory“ engagierte sich der Wissenschaftler für die nukleare Abrüstung und kämpfte gegen den Klimawandel.

Der deutsche Wissenschaftspopularist Hubert Mania beschreibt den britischen Physiker in seinem Buch „Stephen Hawking“ so: „Eine nahezu perfekte Verkörperung eines freien Geistes, eines riesigen Intellekts, eines Mannes, der mutig körperliche Schwächen überwindet und seine ganze Kraft darauf verwendet, das zu entschlüsseln.“ „göttlicher Plan.“

Im Alter von 20 Jahren zeigten sich bei Hawking Anzeichen einer chronischen Erkrankung des Zentralnervensystems, die später zu einer vollständigen Lähmung führte. Eine schwere Krankheit, die den Wissenschaftler fast 40 Jahre lang an den Rollstuhl fesselte, hinderte ihn jedoch nicht daran, der Welt die Vielfalt des Universums zu zeigen. Der Wissenschaftler selbst träumte davon, ins All zu fliegen, und in den letzten Jahren seines Lebens warnte er immer wieder, dass die Menschheit dem Untergang geweiht sei und die Erde durch einen Asteroideneinschlag, hohe Temperaturen oder Überbevölkerung sterben würde und dass dies nur eine Frage der Zeit sei.

Hawking begann seine Forschungsaktivitäten während seines Studiums in Cambridge, lehrte die Theorie der Schwerkraft und Gravitationsphysik und arbeitete am Institut für Astronomie der Abteilung für Angewandte Mathematik und Theoretische Physik in Cambridge. Am California Institute of Technology, wohin er 1974 eingeladen wurde, beschäftigte er sich insbesondere mit Fragen der Allgemeinen Relativitätstheorie. 1979 erhielt der Physiker die Stelle des Lucasian Professors an der Universität Cambridge und hatte diese bis 2009 inne.

Hawking leitete mehr als 20 Jahre lang eine Gruppe, die sich mit Problemen rund um die Relativitätstheorie und Fragen der Schwerkraft beschäftigte. 2007 gründete er das Zentrum für Theoretische Kosmologie an der Universität Cambridge.

„Hawking-Strahlung“

Professor Hawking von der Universität Cambridge ist insbesondere für seine theoretische Vorhersage der Strahlung von Schwarzen Löchern bekannt, aufgrund derer diese nach und nach verdampfen und dabei Masse und damit Informationen über die Objekte verlieren, die in sie hineingefallen sind. Die Entdeckung wurde „Hawking-Strahlung“ genannt. Es hat die modernen kosmologischen Vorstellungen erheblich verändert. Nach allgemein anerkannter Auffassung kann ein externer Beobachter nicht in das Innere eines Schwarzen Lochs blicken und Informationen über Objekte erhalten, die sich jenseits des Ereignishorizonts befinden. Theoretisch ermöglicht uns die Hawking-Strahlung jedoch, in das Innere eines Schwarzen Lochs zu blicken, also seine innere Topologie zu bestimmen.

Hawking-Strahlung entsteht nicht durch die Bewegung von Ladungen. Es entsteht, wenn sich die Eigenschaften des Vakuums durch die Bildung eines Schwarzen Lochs ändern. Wenn Ladungen und Massen nur elektromagnetische und Gravitationswellen erzeugen, können durch Quanten-Hawking-Strahlung Elektronen, Positronen, Protonen und andere Teilchen entstehen.

Bei der Hawking-Strahlung emittiert das Schwarze Loch wie eine gewöhnliche Quelle, die auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird. In diesem Fall ist die Temperatur umgekehrt proportional zu seiner Masse: Je größer das Loch, desto „kälter“ ist es. Wenn ein Schwarzes Loch strahlt, nimmt seine Masse ab und seine Temperatur steigt, dies folgt aus dem Zusammenhang zwischen Energie und Masse gemäß der Formel E=mc2. In diesem Fall werden alle Eigenschaften von Teilchen außer Masse und Ladung mit gleicher Wahrscheinlichkeit emittiert.

Das Paradox des Informationsverlusts

Dieses Paradoxon wird an der Schnittstelle zwischen Quantenfeldtheorie und allgemeiner Relativitätstheorie formuliert, sodass seine Auflösung bei der Formulierung der Theorie der Quantengravitation hilfreich sein kann.

Eines der dringendsten Probleme der modernen theoretischen Physik ist das Verschwinden von Informationen in einem Schwarzen Loch. Der Physiker gab seine Erklärung ab. Seiner Meinung nach verschwinden die Informationen nicht und werden auch nicht irgendwo im Inneren des Schwarzen Lochs aufgezeichnet – stattdessen werden sie auf der Oberfläche des Ereignishorizonts eines supermassereichen Objekts in Form eines Hologramms gespeichert. Der Ereignishorizont ist die Oberfläche eines Schwarzen Lochs, aus der kein Licht entweichen kann. Befindet sich die Strahlungsquelle direkt am Horizont, ist das von ihr erzeugte Feld als zeitlich unveränderlich sichtbar, d. h. es liegt keine Strahlung vor. Nach dem holographischen Prinzip lässt sich die Dynamik im Inneren des Schwarzen Lochs rekonstruieren, wenn alles über die Dynamik am Horizont bekannt ist.

Hawking beschrieb in seiner Arbeit, wie sich jeder Strahlungsakt am Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs widerspiegelt. Seiner Meinung nach ist es mit dem holographischen Prinzip möglich, die Details des Entstehungsprozesses der Strahlung Schwarzer Löcher zu beschreiben. Hawking glaubt, dass sich am Horizont ein Ereignis abspielt, wenn etwas innerhalb oder außerhalb eines Schwarzen Lochs passiert.

Im September 2015 kündigte Hawking eine neue Idee an, von der er glaubte, dass sie zur Lösung des 40 Jahre alten Paradoxons des Informationsverlusts in Schwarzen Löchern beitragen würde. Der Wissenschaftler verwies in seiner Botschaft auf einige besondere Eigenschaften des Weltraums. Wenn Sie sie richtig verwenden, können Sie angeben, wie und in welcher Form Informationen das Schwarze Loch verlassen. Das Papier argumentiert, dass Hawking-Strahlung eine unendliche Anzahl von Eigenschaften haben wird, nicht nur eine Temperaturverteilung abhängig von Masse, Ladung und Drehimpuls, und dass es mithilfe dieser Eigenschaften möglich sein wird, den Zustand des Schwarzen Lochs vollständig zu charakterisieren.

Prophet des Endes der Welt

Eines der beliebtesten Werke Hawkings ist „Eine kurze Geschichte der Zeit“. Das 1988 erschienene Buch mit dem Untertitel „Vom Urknall zu den Schwarzen Löchern“ wurde sofort zum Bestseller. Die Auflage betrug 10 Millionen Exemplare, übersetzt in 40 Sprachen. Hawking schrieb später zwei weitere Bücher: Black Holes and Young Universes (1993) und The World in a Nutshell (2001). Im Jahr 2005 erschien „Eine kurze Geschichte der Zeit“, eine Neuauflage des Bestsellers von 1988.

Hawking versuchte, das Postulat der Unveränderlichkeit des Universums in einer zugänglichen Sprache zu widerlegen. „Das Licht entfernter Galaxien ist in den roten Teil des Spektrums verschoben. Das bedeutet, dass sie sich von uns entfernen, dass sich das Universum ausdehnt“, schrieb er.

„Ein sterbender Stern, der sich aufgrund seiner eigenen Schwerkraft zusammenzieht, kollabiert schließlich zu einer Singularität – einem Punkt unendlicher Dichte und der Größe Null. Wenn wir den Lauf der Zeit umkehren, sodass aus der Kontraktion eine Expansion wird, wird es möglich sein, zu beweisen, dass das Universum dies getan hat.“ ein Anfang. „Der Beweis auf der Grundlage von Einsteins Relativitätstheorie zeigte jedoch auch, dass es unmöglich war, die Entstehung des Universums zu verstehen: Er zeigte, dass nicht alle Theorien zu dem Zeitpunkt galten, als das Universum begann“, stellt der Wissenschaftler fest.

Er fragte sich, was passieren würde, wenn das Universum aufhörte, sich auszudehnen und sich zusammenzuziehen begann. „Mir kam es so vor, als würde das Universum zu Beginn der Komprimierung in einen geordneten Zustand zurückkehren. In diesem Fall hätte sich die Zeit mit Beginn der Komprimierung zurückdrehen sollen. Die Menschen in diesem Stadium würden ihr Leben rückwärts leben und jünger werden das Universum zieht sich zusammen“, sagte er.

Später kommt er zu dem Schluss, dass die Zeit nicht zurückgehen wird, wenn sich das Universum zusammenzieht. „In der realen Zeit, in der wir leben, hat das Universum zwei mögliche Schicksale. Es kann sich für immer weiter ausdehnen. Oder es kann beginnen, sich zusammenzuziehen und im Moment der „großen Abflachung“ nicht mehr zu existieren. Es wird wie ein Urknall sein , aber umgekehrt.“ , - glaubt der Physiker.

Hawking glaubte an die Existenz außerirdischen Lebens. „In einem Universum mit 100 Milliarden Galaxien, von denen jede Hunderte Millionen Sterne enthält, ist es unwahrscheinlich, dass die Erde der einzige Ort ist, an dem sich Leben entwickelt. Aus rein mathematischer Sicht machen allein die Zahlen die Idee der Existenz von.“ Außerirdisches Leben absolut vernünftig. Ein echtes Problem „ist, wie Außerirdische aussehen könnten, ob Erdbewohner ihr Aussehen mögen würden. Schließlich könnten es Mikroben oder einzellige Tiere oder Würmer sein, die die Erde seit Millionen von Jahren bewohnen“, so Hawking sagte.

Laut Hawking wird das Universum immer noch ein Ende haben und die Menschheit wird keine andere Wahl haben, als den Weltraum zu erobern und neue Planeten zu erforschen, und wir sollten mit dem Mond und dem Mars beginnen. „Die Besiedlung des Weltraums wird die Zukunft der Menschheit völlig verändern. Sie wird darüber entscheiden, ob wir überhaupt eine Zukunft haben werden“, sagte der Wissenschaftler 2017 auf einem Wissenschaftsfestival. „Es ist klar, dass wir in ein neues Weltraumzeitalter eintreten. Wir sind dabei.“ die Schwelle einer neuen Ära. Die Besiedlung anderer Planeten durch Menschen ist keine Science-Fiction mehr, sie könnte zu einer wissenschaftlichen Tatsache werden.

Stephen Hawking

Theorie von allem

Übersetzung der Originalausgabe:

Die Theorie von allem

Nachdruck mit Genehmigung Waterside Productions Inc und die Literaturagentur „Synopsis“.

Einführung

In dieser Vortragsreihe werde ich versuchen, unser Verständnis der Geschichte des Universums vom Urknall bis zur Entstehung Schwarzer Löcher zu skizzieren. Die erste Vorlesung ist einem kurzen Überblick über die in der Vergangenheit vertretenen Vorstellungen über die Struktur des Universums und einer Geschichte darüber gewidmet, wie das moderne Weltbild aufgebaut wurde. Dieser Teil kann als Geschichte der Entwicklung von Ideen über die Geschichte des Universums bezeichnet werden.

In der zweiten Vorlesung werde ich beschreiben, wie Newtons und Einsteins Gravitationstheorien zu der Erkenntnis führten, dass das Universum nicht unverändert bleiben kann – es muss sich entweder ausdehnen oder zusammenziehen. Daraus wiederum folgt, dass irgendwann im Zeitraum von 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 massereicher Stern oder ein größerer kosmischer Körper unter seiner eigenen Schwerkraft zusammenbricht. Nach Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie bleibt jeder, der dumm genug ist, in ein Schwarzes Loch zu fallen, für immer dort. Niemand wird da rauskommen können. Mit der Singularität endet die Geschichte der Existenz eines Objekts. Allerdings ist die Allgemeine Relativitätstheorie eine klassische Theorie, das heißt, sie berücksichtigt nicht das quantenmechanische Prinzip der Unsicherheit.

In der vierten Vorlesung werde ich erklären, wie die Quantenmechanik es ermöglicht, dass Energie aus einem Schwarzen Loch entweicht. Schwarze Löcher sind nicht so schwarz, wie sie dargestellt werden.

In der fünften Vorlesung werde ich über die Anwendung der Ideen der Quantenmechanik zur Lösung von Fragen im Zusammenhang mit dem Urknall und der Entstehung des Universums sprechen. Dies wird uns zu dem Verständnis führen, dass die Raumzeit endlich sein kann, aber keine Grenzen oder Kanten hat. Es ähnelt der Erdoberfläche, jedoch mit zwei zusätzlichen Dimensionen.

In der sechsten Vorlesung werde ich zeigen, wie diese neue Grenzannahme erklären kann, warum sich die Vergangenheit so sehr von der Zukunft unterscheidet, obwohl die Gesetze der Physik zeitsymmetrisch sind.

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

Vorlesung eins

Ideen über das Universum

Zurück im Jahr 340 v. Chr. e. Aristoteles formulierte in seiner Abhandlung „Über den Himmel“ zwei überzeugende Argumente dafür, dass die Erde kugelförmig und nicht flach wie eine Platte sei. Zunächst erkannte er, dass Mondfinsternisse dadurch verursacht werden, dass die Erde zwischen Sonne und Mond vorbeizieht. 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, es sei denn, die Sonne stünde zum Zeitpunkt der Sonnenfinsternis direkt über der Mitte der Scheibe.

Zweitens wussten die Griechen aus ihrer Reiseerfahrung, dass der Nordstern in den südlichen Regionen tiefer über dem Horizont steht als in den nördlicheren Regionen. Aufgrund der unterschiedlichen scheinbaren Positionen des Nordsterns in Ägypten und Griechenland schätzt Aristoteles sogar den Erdumfang – 400.000 Stadien. Es ist nicht genau bekannt, was eine Etappe entspricht (vielleicht etwa 180 Meter). Die Schätzung des Aristoteles ist dann fast doppelt so hoch wie der derzeit akzeptierte Wert.

Die alten Griechen hatten noch ein drittes Argument dafür, dass die Erde kugelförmig sein sollte: Warum sonst erscheinen die Segel eines sich nähernden Schiffes zuerst am Horizont und erst dann wird sein Rumpf sichtbar? Aristoteles glaubte, die Erde sei stationär und Sonne, Mond, Planeten und Sterne bewegten sich auf Kreisbahnen um sie. Er glaubte das, weil er aufgrund mystischer Überlegungen davon überzeugt war, dass die Erde der Mittelpunkt des Universums ist und die Kreisbewegung das vollkommenste ist.

Aristoteles glaubte, dass die Erde bewegungslos ist und dass sich Sonne, Mond, Planeten und Sterne auf Kreisbahnen um sie bewegen.

Im 1. Jahrhundert n. Chr e. Diese Idee wurde von Ptolemäus zu einem ganzheitlichen kosmologischen Modell weiterentwickelt. Im Zentrum befindet sich die Erde, umgeben von acht Kugeln, die Mond, Sonne, Sterne und die fünf damals bekannten Planeten Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn tragen. Die Planeten bewegen sich auf Kreisen mit kleineren Radien, die den entsprechenden Kugeln zugeordnet sind. Dies war erforderlich, um ihre recht 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 ausführen. Was jenseits der äußeren Sphäre liegt, blieb unklar, aber dieser Teil des Universums war zweifellos für Beobachtungen unzugänglich.

Das Modell des Ptolemäus ermöglichte es, die Positionen von Himmelskörpern am Himmel recht genau vorherzusagen. Aber um dies zu erreichen, musste Ptolemaios zugeben, dass der Mond der Erde manchmal doppelt so nahe kommt wie zu anderen Zeitpunkten seiner Bewegung entlang der vorhergesagten Flugbahn. Das bedeutete, dass der Mond in regelmäßigen Abständen doppelt so groß erscheinen sollte wie normal. Ptolemaios war sich dieses Mangels bewusst, dennoch wurde sein Modell von den meisten, wenn auch nicht von allen, akzeptiert. Es erhielt die Anerkennung der christlichen Kirche als ein mit der Heiligen Schrift vereinbares Weltbild. Schließlich hatte dieses Modell einen großen Vorteil, da es hinter der Fixsternsphäre genügend Platz für Himmel und Hölle ließ.

Eine alte Zeichnung, die verschiedene kosmologische Modelle darstellt, die die Bewegung der Planeten erklären. Das zentrale Diagramm zeigt ein heliozentrisches (die Sonne steht im Zentrum) Modell der Bewegung der sechs damals bekannten Planeten, ihrer Satelliten und anderer Himmelskörper, die sich um die Sonne drehen. Ab dem zweiten Jahrhundert wurde das geozentrische (die Erde im Zentrum) ptolemäische System (oben links) zum vorherrschenden Modell. Ihm folgte das 1543 veröffentlichte heliozentrische System von Kopernikus (unten rechts). Das ägyptische Modell (unten links) und das Modell von Tycho Brahe (oben rechts) versuchten, die Idee einer stationären Erde als Zentrum des Universums zu bewahren. Links und rechts sind Einzelheiten zu den Umlaufbahnen der Planeten angegeben.

Aus dem Illustrierten Atlas von Johann Georg Heck, 1860.

Allerdings schlug der polnische Priester Nikolaus Kopernikus 1514 ein viel einfacheres Modell vor. Aus Angst vor Ketzereivorwürfen veröffentlichte er sein Modell zunächst anonym. Er glaubte, dass sich die stationäre Sonne im Zentrum befand und dass sich die Erde und die Planeten auf Kreisbahnen um sie bewegten. Unglücklicherweise für Kopernikus 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 dieser Theorie vorhergesagten Umlaufbahnen sich etwas von den beobachteten unterschieden. Die Dominanz der Aristoteles-Ptolemäus-Theorie endete 1609, als Galileo Galilei begann, den Nachthimmel mit dem neu erfundenen Teleskop zu untersuchen.

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

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

Gleichzeitig entwickelte Kepler die kopernikanische Theorie, die besagt, dass sich die Planeten nicht auf Kreisbahnen, sondern auf elliptischen Bahnen bewegen. Nun stimmen die Vorhersagen der Theorie endlich mit den Beobachtungen überein. Für Kepler waren elliptische Bahnen nur eine künstliche Hypothese, und zwar eine sehr unglückliche, da die Ellipse als weniger perfekte Figur als ein Kreis galt. Nachdem er (fast zufällig) entdeckt hatte, dass elliptische Umlaufbahnen gut mit Beobachtungen übereinstimmten, konnte er dies nicht mit seiner Vorstellung in Einklang bringen, dass die Planeten unter dem Einfluss magnetischer Kräfte um die Sonne kreisen.

Die Erklärung wurde viel später, im Jahr 1687, gefunden, als Newton sein Werk veröffentlichte „Mathematische Prinzipien der Naturphilosophie“. Dies ist vielleicht das wichtigste Werk der Physik, das jemals veröffentlicht wurde. Darin schlug Newton nicht nur eine Theorie der Bewegung von Körpern in Raum und Zeit vor, sondern entwickelte auch einen mathematischen Apparat zur Analyse dieser Bewegung. Darüber hinaus formulierte er das Gesetz der universellen Gravitation. Dieses Gesetz besagt, dass alle Körper im Universum mit einer Kraft voneinander angezogen werden, die umso größer ist, je größer die Masse der Körper ist und je näher sie beieinander liegen. Dies ist die gleiche Kraft, die dazu führt, dass Gegenstände zu Boden fallen. Die Geschichte vom Apfel, der auf Newton fällt, ist mit ziemlicher Sicherheit fiktiv. Newton selbst erwähnte lediglich, dass ihm die Idee der Schwerkraft kam, als er in nachdenklicher Stimmung war und einen fallenden Apfel bemerkte.

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

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

Hawkings wissenschaftliche Leistungen sind unbestreitbar. „RG“ wird über einige der beliebtesten Theorien des großen Physikers sprechen.

Hawking-Strahlung

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

Der Prozess wurde 1974 von Hawking vorhergesagt. Seiner Arbeit ging übrigens 1973 ein Besuch in Moskau voraus, wo er sowjetische Wissenschaftler traf: einen der Schöpfer der Atom- und Wasserstoffbomben, Jakow Seldowitsch, und einen der Begründer der Theorie des frühen Universums , Alexei Starobinsky.

„Wenn ein riesiger Stern kollabiert, wird seine Schwerkraft so stark, dass selbst Licht seinen Grenzen nicht mehr entkommen kann. Die Region, aus der nichts entkommen kann, wird „Schwarzes Loch“ genannt. Und seine Grenzen werden „Ereignishorizont“ genannt, erklärt er Hawking.

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

Es war Hawking, der begann, das Verhalten von Elementarteilchen in der Nähe eines Schwarzen Lochs aus quantenmechanischer Sicht zu untersuchen. Er fand heraus, dass Teilchen über seine Grenzen 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 einen ähnlichen Effekt.

Hawking entdeckte später einen Mechanismus, durch den Schwarze Löcher Strahlung aussenden können. Er erklärte, dass der Raum aus quantenmechanischer Sicht mit virtuellen Teilchen gefüllt sei. Sie materialisieren sich ständig paarweise, „trennen sich“, „treffen“ wieder und vernichten sich. In der Nähe eines Schwarzen Lochs kann eines von zwei Teilchen hineinfallen, und dann hat das zweite Teilchen kein Paar mehr, das es vernichten könnte. Solche „geschleuderten“ Teilchen bilden die Strahlung, die das Schwarze Loch aussendet.

Daraus schließt Hawking, dass Schwarze Löcher nicht ewig existieren: Sie senden immer stärkere Winde aus und verschwinden schließlich durch eine riesige 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, aber manchmal wirft er sie dorthin, wo sie nicht gesehen werden können“, sagt Hawking.

Die Strahlung eines Schwarzen Lochs – oder Hawking-Strahlung – zeigte, dass die Gravitationskompression nicht so endgültig ist wie bisher angenommen: „Wenn ein Astronaut in ein Schwarzes Loch fällt, kehrt er in Form von Strahlung in den äußeren Teil des Universums zurück.“ ein Gefühl: Der Astronaut wird neu gestaltet.

Die Frage nach der Existenz Gottes

1981 nahm Hawking an einer Konferenz über Kosmologie im Vatikan teil. Nach der Konferenz gab der Papst den Teilnehmern eine Audienz und sagte ihnen, dass sie die Entwicklung des Universums nach dem Urknall studieren könnten, nicht jedoch 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 genau 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 festen Zeit, die für die Ewigkeit leer sei. Dann bildete sich aus einem unbekannten Grund ein Punkt – der universelle Kern – und es kam zu einer Explosion.

Hawking glaubt, dass „wenn wir uns in der Zeit rückwärts bewegen, wir die 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 . Dabei können wir auf die Singularität verzichten, die den Anfang oder das Ende der Zeit darstellt.“

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. Wenn das Universum jedoch 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 zu Schwarzen Löchern“

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

Hawking ist exzentrisch und äußerst intelligent und beteiligt sich aktiv an der Popularisierung der Wissenschaft. Obwohl sein Buch über die Entstehung des Universums, die Natur von Raum und Zeit und Schwarze Löcher spricht, 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 sei. Hawking argumentierte in sehr leicht verständlicher Sprache, dass dies nicht der Fall sei.

„Das Licht entfernter Galaxien ist in den roten Teil des Spektrums verschoben. 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 altert, aber das Universum ist immer so jung wie im Moment seiner Entstehung.

Die Expansion des Universums lässt darauf schließen, dass sie irgendwann in der Vergangenheit ihren Anfang hatte. Dieser Moment, in dem das Universum zu existieren begann, wird Urknall genannt.

Die Menschheit wartet auf die Zerstörung

Man sieht, wie die Tasse vom Tisch fällt und zerbricht. Man sieht aber nicht, wie es aus den Fragmenten wieder zusammenkommt. Die Zunahme der Unordnung – Entropie – ist genau das, was die Vergangenheit von der Zukunft unterscheidet und der Zeit die Richtung vorgibt.

Hawking stellte die Frage: Was passiert, wenn das Universum aufhört, sich auszudehnen, und beginnt, sich zusammenzuziehen? Werden zerbrochene Tassen wieder zusammengesetzt?

„Mir kam es so vor, als würde das Universum zu Beginn der Komprimierung in einen geordneten Zustand zurückkehren. In diesem Fall hätte sich die Zeit mit Beginn der Komprimierung zurückdrehen sollen. Die Menschen in diesem Stadium würden ihr Leben rückwärts leben und jünger werden das Universum zieht sich zusammen“, sagte er.

Versuche, ein mathematisches Modell der Theorie zu erstellen, blieben erfolglos. Hawking gab später seinen Fehler zu. Seiner Meinung nach verwendete er ein zu einfaches Modell des Universums. Die Zeit wird nicht zurückgedreht, 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 beginnen, sich zusammenzuziehen und im Moment der „großen Abflachung“ nicht mehr zu existieren. Es wird wie ein Urknall sein , aber umgekehrt.“ , - glaubt der Physiker.

Hawking gibt zu, dass das Universum immer noch vor einem Ende steht. Es ist jedoch festgelegt, dass er als Prophet des Weltuntergangs nicht die Gelegenheit haben wird, zu diesem Zeitpunkt – nach vielen Milliarden Jahren – seinen Fehler zu erkennen.

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

Es gibt Außerirdische

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

Laut Hawking verheißen Treffen mit Vertretern anderer Planeten nichts Gutes für Erdlinge. Aufgrund seines Wissens bestreitet er nicht die Möglichkeit der Existenz einer außerirdischen Zivilisation, hofft jedoch, dass es nicht zu dem Treffen kommt.

In einer dokumentarischen Fernsehserie auf dem Discovery Channel äußerte er die Meinung, dass, wenn die außerirdische Technologie die der Erde übertrifft, sie definitiv ihre eigene Kolonie auf der Erde gründen und die Menschheit versklaven werden. Hawking verglich diesen Prozess mit der Ankunft von Kolumbus in Amerika und den Folgen, die die indigene Bevölkerung des Kontinents erwarteten.

„In einem Universum mit 100 Milliarden Galaxien, von denen jede Hunderte Millionen Sterne enthält, ist es unwahrscheinlich, dass die Erde der einzige Ort ist, an dem sich Leben entwickelt. Aus rein mathematischer Sicht machen allein die Zahlen die Idee der Existenz von.“ Außerirdisches Leben absolut vernünftig. Ein echtes Problem „ist, wie Außerirdische aussehen könnten, ob Erdbewohner ihr Aussehen mögen würden. Schließlich könnten es Mikroben oder einzellige Tiere oder Würmer sein, die die Erde seit Millionen von Jahren bewohnen“, so Hawking sagte.

Sogar die Verwandten und Freunde des Kosmologen bemerken, dass man ihm nicht jedes seiner Worte glauben kann. Er ist ein Suchender. Aber in einer solchen Angelegenheit gibt es mehr Annahmen als Fakten, und Fehler sind unvermeidlich. Dennoch geben seine Forschungen einen Denkanstoß, von dem aus man beginnen kann, 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.