Eine kurze Geschichte der Zeit von Stephen Hawking

A Brief History of Time Astronomy Nature Science Space Science Stephen Hawking

Vom Urknall zu Schwarzen Löchern

A Brief History of Time by Stephen Hawking

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Was ist das Thema des Buches Eine kurze Geschichte der Zeit?

A Brief History of Time (1988) bietet einen Blick sowohl auf die Geschichte der Wissenschaftstheorie als auch auf die Konzepte, die unser aktuelles Wissen über die Welt prägen, und ist ein Muss für jeden, der sich für Wissenschaftsgeschichte interessiert. In diesem Buch bietet Hawking eine prägnante Zusammenfassung sowohl der Geschichte des Universums als auch der komplizierten Physik, die ihm zugrunde liegt, alles so präsentiert, dass selbst Leser, die zum ersten Mal mit diesen Konzepten konfrontiert werden, es verstehen können.< /p>

Wer liest das Buch Eine kurze Geschichte der Zeit?

  • Jeder, der neugierig auf die Ursprünge des Kosmos ist, jeder, der neugierig ist, was Quantenphysik ist, und jeder, der sich für die Funktionsweise von Schwarzen Löchern interessiert

Was ist Stephen Hawkings Hintergrund?

PhD in Theoretischer Physik und Kosmologie, Stephen Hawking (1942-2018) war ein theoretischer Physiker, Kosmologe und Autor, der vor allem für seine Arbeiten zur Hawking-Strahlung und den Penrose-Hawking-Theoremen bekannt ist. Von 1979 bis 2009 hatte Hawking die Lucasian-Professur für Mathematik an der University of Cambridge inne, wo ihm auch die Presidential Medal of Freedom verliehen wurde. Außerdem war er Ehrenmitglied der Royal Society of Arts und lebenslanges Mitglied der Päpstlichen Akademie der Wissenschaften.

Was genau habe ich davon? Entdecke die Geheimnisse des Universums.

 Der nächtliche Sternenhimmel ist eine der visuell beeindruckendsten und zum Nachdenken anregenden Sehenswürdigkeiten der Welt. Das Funkeln des Universums hat etwas an sich, das uns einlädt, uns einen Moment Zeit zu nehmen und einige der tiefgründigsten Geheimnisse des Universums zu betrachten. Eine kurze Geschichte der Zeit wird zur Erhellung dieser Mysterien beitragen, indem sie die Prinzipien enthüllt, die den Kosmos regieren. Da es in verständlichen Begriffen geschrieben ist, hilft es auch denen, die nicht wissenschaftlich veranlagt sind, zu verstehen, warum der Kosmos existiert, wie er entstanden ist und wie die Zukunft aussehen wird. Sie lernen auch seltsame Phänomene wie Schwarze Löcher kennen, die eine Art Vakuum sind, das alles (oder fast alles) anzieht. Noch wichtiger ist, dass Sie die Geheimnisse der Zeit selbst kennenlernen, denn diese Notizen bieten Antworten auf Fragen wie "Wie schnell vergeht die Zeit?" sowie "Woher wissen wir, dass es vorangeht?"

Mit Sicherheit werden Sie den Nachthimmel nach dem Hören dieser Literaturstücke nie wieder auf dieselbe Weise betrachten.

Theorien basierend auf dem, was Sie in der Vergangenheit gesehen haben, kann Ihnen helfen, die Zukunft vorherzusagen.

 Wahrscheinlich haben Sie schon von der Gravitations- oder Relativitätstheorie gehört. Aber haben Sie sich jemals einen Moment Zeit genommen, um darüber nachzudenken, was wir eigentlich meinen, wenn wir über Ideen und Konzepte sprechen? Einfach ausgedrückt ist eine Theorie ein Modell, das riesige Datengruppen im grundlegendsten Sinne richtig erklärt. Wissenschaftliche Beobachtungen, wie sie beispielsweise in Experimenten gemacht werden, werden von Wissenschaftlern gesammelt und analysiert, die dann die Informationen verwenden, um Hypothesen darüber zu erstellen, wie und warum Ereignisse auftreten. Beispiele sind die Idee der Schwerkraft, die von Isaac Newton nach dem Studium einer Vielzahl von Ereignissen entwickelt wurde, die von Äpfeln, die von Bäumen fallen, bis hin zu Bewegungen von Planeten reichen. Anhand der vom Forscher gesammelten Beweise wurde eine Gravitationstheorie entwickelt. Theorien bieten zwei wesentliche Vorteile: In erster Linie ermöglichen sie es Wissenschaftlern, präzise Vorhersagen über den zukünftigen Verlauf der Ereignisse zu treffen.

Zum Beispiel ermöglichte Newtons Gravitationstheorie Wissenschaftlern, die zukünftigen Bewegungen von Objekten wie Planeten vorherzusagen.Wenn Sie beispielsweise wissen möchten, wo sich der Mars in sechs Monaten befindet, können Sie den Standort mithilfe der Gravitationstheorie punktgenau vorhersagen das widerspricht der fraglichen Theorie. Früher dachte man zum Beispiel, die Erde sei der Mittelpunkt des Universums und alles andere kreise um sie. Durch seine Entdeckung, dass die Monde des Jupiter den Planeten umkreisen, konnte Galilei zeigen, dass sich nicht wirklich alles um die Erde dreht. Daher kann eine Theorie, egal wie solide eine Theorie zum Zeitpunkt ihrer Formulierung zu sein scheint, eine einzige zukünftige Beobachtung sie immer falsch machen. Infolgedessen können Ideen nie als wahr bewiesen werden und Wissenschaft ist ein Prozess, der sich ständig verändert.

Dank Isaac Newton kam es im 17. Jahrhundert zu einer Veränderung in unserer Denkweise darüber, wie sich die Dinge bewegen.

 Vor Isaac Newton glaubte man, der natürliche Zustand eines Objekts sei völlig still. Dies impliziert, dass, wenn keine äußere Kraft auf den Gegenstand einwirkt, dieser völlig still bleibt. Newton demonstrierte im 17. Jahrhundert schlüssig, dass diese lang gehegte Vorstellung falsch war. An ihrer Stelle wurde eine neue Hypothese aufgestellt, nach der alles im Kosmos nicht statisch, sondern wirklich immer in Bewegung war. Zu diesem Schluss kam Newton aufgrund seiner Erkenntnis, dass sich die Planeten und Sterne im Kosmos ständig in ihrer Beziehung zueinander bewegen. Beispiele sind die Tatsache, dass sich die Erde ständig um die Sonne dreht und dass sich das gesamte Sonnensystem um die Galaxie dreht. Als Ergebnis ist nichts wirklich bewegungslos. Newton hat drei Bewegungsgesetze entwickelt, um die Bewegung aller Dinge im Universum zu erklären:

Alle Objekte bewegen sich geradlinig weiter, wenn keine andere Kraft auf sie einwirkt, gemäß dem ersten Newtonschen Bewegungsgesetz. Dies wurde von Galileo in einem Experiment gezeigt, bei dem er Kugeln einen Hügel hinunterrollte, um seinen Standpunkt zu veranschaulichen. Sie rollten auf einer geraden Bahn, da außer der Schwerkraft keine andere Kraft auf sie einwirkte. Insbesondere das zweite Newtonsche Gesetz besagt, dass ein Objekt mit einer Geschwindigkeit beschleunigt wird, die proportional zu der auf es ausgeübten Kraft ist. Betrachten Sie das folgende Beispiel: Ein Fahrzeug mit einem stärkeren Motor beschleunigt schneller als ein Fahrzeug mit einem leistungsschwächeren Motor. Diese Regel besagt auch, dass je größer die Masse eines Körpers ist, desto weniger Einfluss hat eine Kraft auf seine Bewegung und umgekehrt. Ein größeres Fahrzeug braucht länger zum Beschleunigen als ein leichteres, wenn zwei Fahrzeuge denselben Motor haben.

Die Schwerkraft wird durch das dritte Newtonsche Gesetz beschrieben. Sie besagt, dass alle Körper im Universum von einer Kraft angezogen werden, die proportional zur Masse der angezogenen Objekte ist. Dies bedeutet, dass, wenn Sie die Masse eines Gegenstands verdoppeln, die auf ihn einwirkende Kraft doppelt so stark ist. Wenn Sie die Masse eines Gegenstands verdoppeln und die Masse eines anderen verdreifachen, wird die Kraft sechsmal so stark.

Die Tatsache, dass die Lichtgeschwindigkeit konstant ist, zeigt, dass es nicht immer möglich ist, die Geschwindigkeit von etwas im Verhältnis zur Geschwindigkeit eines anderen zu messen.

 Nachdem wir gesehen haben, wie Newtons Theorie die absolute Ruhe beseitigt und sie durch die Vorstellung ersetzt hat, dass die Bewegung eines Objekts relativ zur Bewegung von etwas anderem ist, können wir sehen, wie sie heute noch verwendet wird. Die Theorie zeigte jedoch auch, dass die relative Geschwindigkeit eines Gegenstands wichtig ist. Stellen Sie sich das folgende Szenario vor: Sie sitzen in einem Zug, der mit 100 Meilen pro Stunde fährt, und lesen ein Buch. Ich bin gespannt, wie schnell du reist. Laut einem Zeugen, der den vorbeifahrenden Zug beobachtet, fahren Sie mit 100 Meilen pro Stunde. In Bezug auf das Buch, das Sie gerade lesen, beträgt Ihre Geschwindigkeit jedoch 0 Meilen pro Stunde. Als Ergebnis wird Ihre Geschwindigkeit in Bezug auf einen anderen Gegenstand gemessen.Allerdings wurde ein wesentlicher Fehler in Newtons Theorie entdeckt: die Lichtgeschwindigkeit

Die Lichtgeschwindigkeit ist konstant, nicht relativ und kann nicht gemessen werden. Es bewegt sich mit einer konstanten Geschwindigkeit von 186.000 Meilen pro Sekunde. Was auch immer sich schneller als das Licht bewegt, die Lichtgeschwindigkeit bleibt trotzdem konstant. Wenn sich beispielsweise ein Zug mit 100 Meilen pro Stunde einem Lichtstrahl nähert, würde die Lichtgeschwindigkeit gemäß der Formel 186.000 Meilen pro Sekunde betragen. Aber selbst wenn dieser Zug an einem roten Signal vollständig zum Stehen kam, würde der Lichtstrahl immer noch mit einer Geschwindigkeit von 186.000 Meilen pro Sekunde reisen. Es macht keinen Unterschied, wer ins Licht schaut oder wie schnell sie sich bewegen; die Lichtgeschwindigkeit bleibt immer konstant. Newtons Hypothese wird durch diesen Befund gefährdet. Wie kann die Geschwindigkeit des Objekts, wenn sich etwas bewegt, unabhängig vom Zustand des Beobachters konstant bleiben? Glücklicherweise wurde die Lösung Anfang des 20. Jahrhunderts gefunden, als Albert Einstein seine allgemeine Relativitätstheorie vorschlug.

Nach der Relativitätstheorie ist die Zeit selbst keine feste Größe.

 Die Tatsache, dass die Lichtgeschwindigkeit konstant bleibt, war ein Thema für Newtons Theorie, da sie zeigte, dass Geschwindigkeit nicht unbedingt relativ ist. Daher benötigen Wissenschaftler ein aktualisiertes Modell, das die Lichtgeschwindigkeit berücksichtigt. Die Relativitätstheorie von Albert Einstein ist ein Beispiel für eine solche Theorie. Nach der Relativitätstheorie gelten die Regeln der Wissenschaft gleichermaßen für alle Beobachter, die sich frei bewegen können. Dies impliziert, dass jemand unabhängig von der Geschwindigkeit, mit der jemand unterwegs ist, immer die gleiche Lichtgeschwindigkeit erfährt. Obwohl dies auf den ersten Blick ziemlich einfach zu sein scheint, ist eine ihrer grundlegenden Aussagen für viele Menschen wirklich extrem schwer zu verstehen: Die Vorstellung, dass Zeit relativ ist, ist eine der am schwersten zu verstehenden.

Aufgrund der Tatsache, dass die Geschwindigkeit des Lichts nicht variiert, wenn es von Beobachtern gesehen wird, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, würden Zeugen, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten relativ zueinander reisen, tatsächlich unterschiedliche Zeiten für dasselbe Ereignis schätzen. Stellen Sie sich folgendes Szenario vor: Ein Lichtblitz wird an zwei Zeugen gesendet, von denen sich einer auf das Licht zubewegt und der andere mit schnellerer Geschwindigkeit in die entgegengesetzte Richtung des Lichts reist. Beide Betrachter würden dieselbe Lichtgeschwindigkeit erleben, obwohl sie sich mit sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten und in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Dies würde bedeuten, dass beide das Blitzereignis so sehen, als ob es zu einem anderen Zeitpunkt stattfand als das andere, was unglaublich ist. Dies liegt daran, dass die Zeit durch die zurückgelegte Entfernung dividiert durch die Geschwindigkeit definiert wird, mit der es sich bewegt hat. Obwohl die Lichtgeschwindigkeit für beide Betrachter gleich ist, ist die Zeit in diesem Fall aufgrund des Abstandsunterschieds relativ zu jedem Betrachter.

Wenn beide Zeugen mit Uhren ausgestattet wären, um den Moment des Lichtimpulses aufzuzeichnen, könnten sie zwei unterschiedliche Zeitpunkte für dasselbe Ereignis bestätigen. Also, wer hat Recht? In keiner der Ansichten der Beobachter; Zeit ist relativ und einzigartig für jede ihrer Perspektiven!

Da es unmöglich ist, genaue Messungen von Teilchen zu erhalten, verlassen sich Wissenschaftler auf ein Konzept, das als Quantenzustand bekannt ist, um Vorhersagen zu treffen.

 Alles im Universum besteht aus Teilchen wie Elektronen und Photonen. Wissenschaftler versuchen, sie zu messen und ihre Geschwindigkeit zu analysieren, um mehr über den Kosmos und seine Bewohner zu erfahren. Wenn Sie jedoch versuchen, Partikel zu untersuchen, werden Sie feststellen, dass sie sich ungewöhnlich verhalten. Seltsamerweise wird seine Geschwindigkeit umso unsicherer, je genauer Sie versuchen, den Ort eines Teilchens zu messen; umgekehrt, je genauer Sie versuchen, seine Geschwindigkeit zu messen, desto weniger eindeutig wird seine Position.Das Unsicherheitsprinzip ist die Bezeichnung für dieses Phänomen, das ursprünglich in den 1920er Jahren identifiziert wurde. Eine Folge des Unsicherheitsprinzips war, dass Wissenschaftler gezwungen waren, andere Methoden zu finden, um Teilchen zu betrachten, und stattdessen den Quantenzustand eines Teilchens betrachten. Der Quantenzustand eines Teilchens ist eine Kombination mehrerer wahrscheinlicher potentieller Orte und Geschwindigkeiten des Teilchens.

Da Wissenschaftler die genaue Position oder Geschwindigkeit eines Teilchens nicht bestimmen können, müssen sie die zahlreichen möglichen Orte und Geschwindigkeiten berücksichtigen, die Teilchen einnehmen können. Die Forscher überwachen jeden möglichen Ort, an dem sich ein Teilchen befinden könnte, und wählen dann den wahrscheinlichsten aus, während das Teilchen sich fortbewegt. Wissenschaftler behandeln Teilchen wie Wellen, um ihnen dabei zu helfen, dies zu bestimmen. Da sich ein Teilchen an einer Vielzahl von verschiedenen Orten gleichzeitig befinden kann, erscheinen sie in ihrer Erscheinung als eine Folge kontinuierlicher, oszillierender Wellen. Betrachten Sie das Bild eines vibrierenden Fadens. Wenn die Saite vibriert, wird sie bogen und durch eine Reihe von Höhen und Tiefen fallen. Ein Teilchen verhält sich ähnlich, aber seine potentielle Route besteht aus einer Folge von überlappenden Wellen, die alle gleichzeitig auftreten.

Die Beobachtung von Partikeln auf diese Weise hilft Wissenschaftlern bei der Bestimmung, wo sich ein Partikel am wahrscheinlichsten befindet. Die wahrscheinlichsten Teilchenorte sind diejenigen, an denen die Bögen und Spitzen der zahlreichen Wellen zusammenfallen, während die am wenigsten wahrscheinlichen Teilchenorte diejenigen sind, an denen dies nicht der Fall ist. Dies wird als Interferenz bezeichnet und zeigt an, an welchen Orten und Geschwindigkeiten die Teilchenwelle am wahrscheinlichsten auf ihrer Route ist.

Schwerkraft ist die Folge großer Dinge, die das Gefüge der Raumzeit nach ihrem Willen biegen.

 Wenn Sie sich umschauen, sehen Sie die Welt dreidimensional. Das bedeutet, dass Sie jeden Artikel anhand seiner Höhen-, Breiten- und Tiefenmaße charakterisieren können. Tatsache bleibt, dass es eine vierte Dimension gibt, die wir jedoch nicht sehen können: die Zeit, die zusammen mit den anderen drei Dimensionen ein Phänomen bildet, das als Raumzeit bekannt ist. Wissenschaftler nutzen dieses vierdimensionale Modell der Raumzeit, um die Ereignisse im Kosmos zu erklären. Im Kontext von Zeit und Raum ist ein Ereignis alles, was zu einem bestimmten Zeitpunkt stattfindet. Bei der Bestimmung des Ortes eines Ereignisses in Verbindung mit den dreidimensionalen Koordinaten beziehen Wissenschaftler daher eine vierte Koordinate ein, um den Zeitpunkt des Ereignisses darzustellen. Um den Ort eines Ereignisses zu bestimmen, müssen Wissenschaftler die Zeit berücksichtigen, da die Relativitätstheorie sagt, dass Zeit relativ ist. Daher ist es ein wesentliches Element bei der Definition der Art eines bestimmten Vorfalls.

Die Kombination von Raum und Zeit hat einen bemerkenswerten Einfluss auf unser Verständnis der Schwerkraft, das sich dadurch dramatisch weiterentwickelt hat. Die Schwerkraft ist die Folge großer Objekte, die das Raum-Zeit-Kontinuum, wie oben beschrieben, verbiegen. Wenn sich eine große Masse wie unsere Sonne krümmt, verändert dies die Raumzeit. Stellen Sie sich das folgende Szenario vor: Betrachten Sie das Konzept der Raumzeit als eine ausgebreitete und in der Luft gehaltene Decke. Wenn Sie einen Gegenstand in die Mitte der Decke legen, krümmt sich die Decke und der Gegenstand sinkt ein wenig in die Mitte der Decke. Dies ist die Wirkung, die enorme Dinge auf das Gefüge der Raumzeit haben.

Andere Dinge folgen diesen Kurven in der Raumzeit, während sie sich durch den Raum bewegen. Dies liegt daran, dass ein Gegenstand immer den kürzesten Weg zwischen zwei Orten wählt, also eine Kreisbahn um ein größeres Objekt im Universum. Wenn Sie sich die Decke noch einmal ansehen, werden Sie etwas sehen.Wenn Sie einen großen Gegenstand wie eine Orange auf die Decke legen und dann versuchen, einen kleineren Gegenstand daran vorbeizurollen, führt dies dazu, dass die Murmel der von der orangefarbenen Schwerkraft hinterlassenen Vertiefung folgt!

Wenn ein Stern mit großer Masse stirbt, kollabiert der Stern zu einer Singularität, die als Schwarzes Loch bekannt ist.

 Um Wärme und Licht zu erzeugen, benötigen Sterne während ihres ganzen Lebens enorme Mengen an Energie. Diese Energie hält jedoch nicht unbegrenzt; schließlich erschöpft es sich selbst, wodurch der Stern stirbt. Was mit einem Stern passiert, nachdem er gestorben ist, wird durch die Größe des Sterns bestimmt. Wenn ein massereicher Stern seine Energiereserven erschöpft, geschieht etwas Außergewöhnliches: die Bildung eines Schwarzen Lochs. Da das Gravitationsfeld der meisten großen Sterne so stark ist, kann sich ein Schwarzes Loch bilden. Es ist möglich, dass der Stern seine Energie nutzt, um den Kollaps zu verhindern, solange er noch lebt. Nachdem ihm die Energie ausgegangen ist, kann der Stern der Schwerkraft nicht mehr trotzen und sein zerfallender Körper bricht schließlich in sich zusammen. Alles wird nach innen gezogen in eine Singularität, die ein endlos dichter, kugelförmiger Punkt ist, den es sonst nirgendwo im Universum gibt. Diese Singularität wird als Schwarzes Loch bezeichnet.

Die Raumzeit wird durch die Schwerkraft eines Schwarzen Lochs so stark verdreht, dass sogar Licht entlang seiner Bahn gebogen wird. Ein Schwarzes Loch zieht nicht nur alles in seiner Nähe an, sondern verhindert auch, dass alles, was eine bestimmte Grenze um es herum überschreitet, wieder entkommen kann: Dieser Punkt ohne Wiederkehr wird als Ereignishorizont bezeichnet, und nichts, nicht einmal Licht, das sich fortbewegt schneller als alles andere im Universum, über ihn hinweg entkommen kann. Der Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs ist definiert als der Punkt, über den hinaus nichts mehr entkommen kann. Dies wirft eine interessante Frage auf: Da ein Schwarzes Loch Licht und alles andere absorbiert, was seinen Ereignishorizont durchquert, wie können wir dann feststellen, ob sie wirklich im Universum vorhanden sind? Astronomen jagen nach Schwarzen Löchern, indem sie deren gravitativen Einfluss auf den Kosmos sowie die Röntgenstrahlen beobachten, die bei ihrer Wechselwirkung mit umkreisenden Sternen emittiert werden.

Beispielsweise suchen Astronomen nach Sternen, die dunkle und riesige Objekte umkreisen, bei denen es sich möglicherweise um Schwarze Löcher handelt oder nicht, um mehr über sie zu erfahren. Sie halten auch Ausschau nach Röntgenstrahlen und anderen Wellen, die häufig von Materie erzeugt werden, wenn sie in ein Schwarzes Loch hineingezogen und von diesem zerrissen wird. Eine noch mysteriösere Quelle von Radio- und Infrarotstrahlung wurde im Kern unserer Galaxie entdeckt; Es wird angenommen, dass diese Quelle ein supermassives Schwarzes Loch ist.

Schwarze Löcher produzieren Strahlung, die dazu führen kann, dass sie verdampfen, was letztendlich zu ihrem Tod führt.

 Die Anziehungskraft eines Schwarzen Lochs ist so stark, dass ihm nicht einmal Licht entkommen kann. Es liegt nahe, dass auch nichts anderes entkommen könnte. Sie würden sich jedoch irren. Tatsächlich müssen Schwarze Löcher etwas aussenden, um die zweite Regel der Thermodynamik nicht zu verletzen. In der universellen zweiten Regel der Thermodynamik heißt es, dass die Entropie oder der Trend zu größerer Unordnung ständig steigt. Und wenn die Entropie steigt, muss auch die Temperatur steigen. Ein gutes Beispiel dafür ist die Art und Weise, wie ein Feuerpoker glühend heiß brennt, nachdem er in ein Feuer gelegt wurde und Strahlung in Form von Wärme abgibt. Nach der zweiten Regel der Thermodynamik sollte die Entropie des Schwarzen Lochs dadurch steigen, da Schwarze Löcher ungeordnete Energie aus dem Kosmos absorbieren. Und als Folge des Entropieanstiegs sollten Schwarze Löcher gezwungen werden, Wärme entweichen zu lassen.

Obwohl dem Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs nichts entkommen kann, können virtuelle Teilchen- und Antiteilchenpaare in der Nähe des Ereignishorizonts dies tun, da der zweite Hauptsatz der Thermodynamik in der Nähe des Ereignishorizonts erhalten bleibt.Teilchen, die nicht beobachtet werden können, deren Auswirkungen jedoch quantifiziert werden können, werden als virtuelle Teilchen bezeichnet. Eines der Mitglieder des Paares hat positive Energie, während das andere negativ geladene Energie besitzt. Aufgrund der Stärke der Gravitationsanziehung in einem Schwarzen Loch kann ein negatives Teilchen in das Schwarze Loch gesaugt werden und dabei seinem Teilchenpartner genügend Energie zur Verfügung stellen, um möglicherweise in den Kosmos zu entweichen und als Wärme freigesetzt zu werden. Es ist möglich, dass das Schwarze Loch auf diese Weise Strahlung aussendet, wodurch es dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik gehorcht.

Die Menge der freigesetzten positiven Strahlung wird durch die Menge der negativen Strahlung ausgeglichen, die vom Schwarzen Loch in das Schwarze Loch gezogen wird. Dieser Einstrom negativer Teilchen hat das Potenzial, die Masse des Schwarzen Lochs zu verringern, bis es schließlich verdampft und stirbt. Und wenn die Masse des Schwarzen Lochs auf einen ausreichend minimalen Wert reduziert wird, wird es höchstwahrscheinlich in einer riesigen Endexplosion enden, die Millionen von H-Bomben entspricht.

Trotz der Tatsache, dass wir uns nicht sicher sein können, gibt es deutliche Anzeichen dafür, dass die Zeit nur weiter voranschreiten wird.

 Bedenken Sie die Möglichkeit, dass das Universum zu schrumpfen begann und die Zeit rückwärts zu fließen begann. Wie wäre es, dort zu sein? Es besteht die Möglichkeit, dass die Uhren rückwärts gehen und sich der Weg der Geschichte umkehrt. Obwohl Wissenschaftler die Möglichkeit jedoch nicht vollständig ausschließen, deuten drei signifikante Hinweise darauf hin, dass die Zeit ausschließlich vorwärts geht. Der thermodynamische Zeitpfeil ist der erste Hinweis darauf, dass die Zeit von einem Punkt in der Vergangenheit zu einem anderen Punkt in der Zukunft vergeht. Nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik nimmt die Entropie – die Unordnung eines geschlossenen Systems – in jedem geschlossenen System mit fortschreitender Zeit zu. Dies impliziert, dass die Neigung der Unordnung zum Wachsen verwendet werden kann, um den Lauf der Zeit zu messen.

Wenn eine Tasse versehentlich vom Tisch fällt und zerbricht, ist die Reihenfolge gestört und die Entropie ist gestiegen. Da sich eine zerbrochene Tasse nie spontan wieder vereinen und ihre Ordnung verbessern wird, können wir daraus schließen, dass die Zeit nur vorwärts geht. Der zerbrochene Becher und der thermodynamische Zeitpfeil sind beides Elemente des zweiten Indikators der Vorwärtszeit, der vom Gedächtnis gesteuert wird und auch durch den psychologischen Zeitpfeil repräsentiert wird. Wenn Sie sich vielleicht daran erinnern, dass die Tasse nach dem Zerbrechen auf dem Tisch stand, können Sie sich nicht mehr an ihre zukünftige Position auf dem Boden "erinnern", während sie noch auf dem Tisch stand, bevor sie zerbrochen wurde. Der dritte Hinweis, der kosmologische Zeitpfeil, bezieht sich auf die Ausdehnung des Kosmos und entspricht unserer Erfahrung mit dem thermodynamischen Zeitpfeil sowie dem Wachstum unseres Wissens darüber. Dies liegt daran, dass die Entropie mit der Expansion des Kosmos ansteigt.

Ab einem bestimmten Zeitpunkt kann Chaos im Kosmos das Universum schrumpfen lassen und damit die Richtung der Zeit im kosmischen Zeitpfeil umkehren. Wir würden uns dessen jedoch nicht bewusst sein, da intelligente Kreaturen nur in einer Umgebung leben können, in der das Chaos zunimmt. Der Grund dafür ist, dass der Mensch auf den Prozess der Entropie angewiesen ist, um unsere Nahrung in nutzbare Energieform umzuwandeln. Aus diesem Grund werden wir den kosmischen Zeitpfeil weiterhin als vorwärts bewegend wahrnehmen, solange wir leben.

Neben der Schwerkraft gibt es im Kosmos drei Grundkräfte. Diese sind: Attraktion, Attraktion und Attraktion.

 Gibt es im Universum bestimmte Kräfte? Die meisten Menschen werden nur eine dieser Kräfte kennen: die Schwerkraft, die Kraft, die Dinge zueinander anzieht und die sich in der Art und Weise bemerkbar macht, wie die Schwerkraft der Erde uns an die Oberfläche zieht.Die Mehrheit der Menschen hingegen ist sich nicht bewusst, dass es wirklich drei weitere Kräfte gibt, die auf kleinste Partikel wirken Wenn ein Magnet an einem Kühlschrank haftet oder Sie Ihr Handy aufladen, erfahren Sie eine elektromagnetische Kraft, die die erste dieser Kräfte. Es wirkt auf alle geladenen Teilchen, auch als Elektronen und Quarks, sowie auf deren elektrische Ladungen.

Magnete haben Nord- und Südpole, die andere Magnete anziehen oder abstoßen können. Positiv geladene Teilchen ziehen negative Teilchen an und stoßen andere positive Teilchen weg und umgekehrt. Die elektromagnetische Kraft wird durch den Nord- und Südpol eines Magneten dargestellt. Diese Kraft ist wesentlich stärker als die Schwerkraft und hat auf atomarer Ebene einen weitaus größeren Einfluss als die Schwerkraft. Die elektromagnetische Kraft bewirkt beispielsweise, dass ein Elektron in einer Kreisbewegung um den Kern eines Atoms kreist. Die zweite Art von Kernkraft ist die schwache Kernkraft, die auf alle Teilchen wirkt, aus denen Materie besteht und die für die Produktion von Radioaktivität verantwortlich ist. Diese Kraft wird als "schwach" bezeichnet, weil die Teilchen, die sie transportieren, nur über eine kurze Distanz Kraft ausüben können, daher der Name. Wegen der zunehmenden Intensität der schwachen Kernkraft bei höherer Energie übertrifft sie schließlich die der elektromagnetischen Kraft.

Es ist die dritte Art von Kernkraft, die Protonen und Neutronen im Kern eines Atoms sowie die kleineren Quarks in Protonen und Neutronen zusammenhält. Starke Kernkraft wird im Gegensatz zu elektromagnetischer Kraft und schwacher Kernkraft mit zunehmender Energie des Teilchens schwächer. Während einer Periode sehr hoher Energie, die als große Vereinigungsenergie bezeichnet wird, wird die elektromagnetische Kraft stärker und die schwache Kernkraft wird schwächer, während die starke Kernkraft schwächer wird. In diesem Moment erreichen alle drei Kräfte die gleiche Stärke und verschmelzen zu verschiedenen Facetten einer einzigen Kraft: einer Kraft, die bestimmten Theorien zufolge an der Entstehung des Universums beteiligt sein könnte.

Trotz der Tatsache, dass Wissenschaftler glauben, dass das Universum mit dem Urknall begann, sind sich die genauen Umstände nicht klar, wie dies geschah.

 Die überwiegende Mehrheit der Wissenschaftler glaubt, dass die Zeit mit dem Urknall begann – dem Moment, in dem das Universum von einem endlos dichten Zustand zu einer sich schnell ausdehnenden Einheit überging, die sich noch heute ausdehnt.... Obwohl eine Vielzahl von Hypothesen vorgeschlagen wurden, um zu erklären, wie es zu einer so massiven Expansion des Universums gekommen sein könnte, sind sich die Wissenschaftler immer noch unsicher, wie der Urknall stattgefunden hat. Das Modell des heißen Urknalls des Ursprungs des Universums ist die allgemein akzeptierte Hypothese des Ursprungs des Universums. Nach dieser Hypothese begann der Kosmos mit einer Größe von Null und war anfangs endlos heiß und dicht. Während des großen Knalls dehnte es sich aus, und während es wuchs, sank die Temperatur des Universums, da die Hitze über das Universum verteilt wurde. Die meisten Komponenten, die heute im Universum existieren, wurden in den ersten Stunden der kosmischen Expansion gebildet.

Aufgrund der Schwerkraft begannen sich mit der weiteren Expansion des Universums dichtere Bereiche expandierender Materie zu drehen, was zur Bildung von Galaxien führte. In diesen neu entstandenen Galaxien komprimierten sich Wolken aus Wasserstoff- und Heliumgasen, wodurch sich das Universum ausdehnte. Ihre aufeinanderprallenden Atome lösten Kernfusionsereignisse aus, die zur Bildung von Sternen führten. Als diese Sterne in den folgenden Jahren untergingen und implodierten, lösten sie massive Sternexplosionen aus, die noch mehr Elemente in den Kosmos schleuderten. So entstanden aus den Rohstoffen des Urknalls neue Sterne und Planeten. Obwohl dies das weithin anerkannte Modell des Urknalls und des Beginns der Zeit ist, ist es nicht das einzige.

Das Inflationsmodell ist eine weitere zu berücksichtigende Option In diesem Szenario wird vorgeschlagen, dass die Energie des frühen Kosmos so enorm groß war, dass die Stärken der starken Kernkraft, der schwachen Kernkraft und der elektromagnetischen Kraft waren alle gleich intensiv. Als der Kosmos jedoch an Größe zunahm, begannen die drei Kräfte in ihrer relativen Intensität erheblich zu variieren. Durch die Trennung der Kräfte wurde eine enorme Energiemenge freigesetzt. Es hätte ein Antigravitationseffekt gegeben, der den Kosmos gezwungen hätte, sich schnell und immer schneller auszudehnen.

Allgemeine Relativitätstheorie und Quantenphysik konnten von Physikern nicht in Einklang gebracht werden.

 Die Entwicklung von zwei Hauptideen resultiert aus dem Bestreben der Wissenschaftler, den Kosmos besser zu verstehen und zu erklären. Ein grundlegendes Konzept der Physik ist die Allgemeine Relativitätstheorie, die sich mit einem sehr großen Phänomen im Universum beschäftigt: der Gravitation. Einer der faszinierendsten Wissenschaftszweige ist die Quantenphysik, die sich mit den kleinsten Dingen des Universums beschäftigt, die der Mensch kennt: subatomare Teilchen, die kleiner als Atome sind. Obwohl beide Theorien wertvolle Einsichten bieten, gibt es erhebliche Diskrepanzen zwischen dem, was von den Gleichungen der Quantenphysik vorhergesagt wird, und dem, was von der Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt und gesehen wird, obwohl beide Theorien richtig sind. Dies impliziert, dass es derzeit keine Möglichkeit gibt, sie alle zu einer einzigen umfassenden vereinheitlichten Theorie von allem zu kombinieren.

Es gibt ein Problem bei der Kombination der beiden Theorien, da viele der in der Quantenphysik verwendeten Gleichungen zu scheinbar unmöglichen unendlichen Werten führen, was eine Kombination der beiden Theorien erschwert. Bedenken Sie die Tatsache, dass die Gleichungen der Raumzeit vorhersagen, dass die Kurve der Raumzeit endlos ist, was sich durch Beobachtungen als falsch erwiesen hat. Wissenschaftler versuchen, andere Unendlichkeiten in die Gleichung aufzunehmen, um diese Unendlichkeiten auszugleichen. Es ist bedauerlich, dass dies die Genauigkeit, mit der Wissenschaftler die Zukunft vorhersagen können, einschränkt. Daraus folgt, dass es notwendig ist, die Ereignisse selbst einzubeziehen und die Gleichungen anzupassen, um sie anzupassen, anstatt quantenphysikalische Gleichungen zur Vorhersage von Ereignissen zu verwenden! In einer zweiten verwandten Frage schlägt die Quantentheorie vor, dass der gesamte leere Raum im Kosmos aus virtuellen Paaren von Teilchen und Antiteilchen besteht, was mit der Realität nicht vereinbar ist.

Das Vorhandensein dieser virtuellen Paarungen verursacht andererseits Probleme für die allgemeine Relativitätstheorie. Dies liegt daran, dass der Kosmos eine unbegrenzte Menge an leerem Raum hat und somit die Energie dieser Paarungen unendlich viel Energie haben müsste. Dies ist problematisch, da Einsteins berühmte Gleichung E=mc2 impliziert, dass die Masse eines Gegenstands gleich seiner Energie ist, was eine falsche Annahme ist. Im Ergebnis würde die unbegrenzte Energie dieser virtuellen Teilchen bedeuten, dass sie ebenfalls eine endlose Masse besitzen. Gäbe es unbegrenzte Masse, würde das gesamte Universum unter der starken Anziehungskraft der Sonne kollabieren, was zur Bildung eines einzigen Schwarzen Lochs führen würde.

Zusammenfassung am Ende

Viele Menschen sind von der Physik abgeschreckt, weil sie sie als einen unzugänglichen Bereich langer Gleichungen und komplizierter Ideen betrachten. Dies ist die Hauptaussage, die diese Notizen vermitteln: Dies ist bis zu einem gewissen Grad wahr, aber nicht vollständig. Die Komplexität der Physik sollte jedoch diejenigen von uns, die keine Spezialisten sind, nicht davon abhalten, zu verstehen, wie und warum das Universum funktioniert. Es gibt viele Regeln und Vorschriften, die uns bei unserem Bestreben helfen, die Geheimnisse unserer Welt und unseren Platz darin zu verstehen. Regeln und Regeln, die für die meisten von uns verständlich sind. Und wenn wir ihre Bedeutung erst einmal verstanden haben, können wir beginnen, die Welt auf eine andere Weise zu sehen.

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Geschrieben vom BrookPad-Team basierend auf einer kurzen Geschichte der Zeit von Stephen Hawking



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