Umsturz von "Eine kurze Geschichte der Zeit", Hawkings Gedanken und Erkundungen in den letzten 20 Jahren

In seiner letzten vor seinem Tod veröffentlichten Arbeit schlug der berühmte britische theoretische Physiker Hawking neue Konzepte wie „neue Kosmologie von oben nach unten“ und „kosmisches Hologramm“ vor, die die in „Eine kurze Geschichte der Zeit“ dargelegten Ansichten über den Ursprung der Zeit auf den Kopf stellten.

Thomas Hertog, ein belgischer Kosmologe und Schüler Hawkings, ist Co-Autor des Artikels. In dem im Journal of High Energy Physics veröffentlichten Artikel argumentieren Hawking und seine Kollegen, dass es da draußen nicht so viele Multiversen gibt und dass die Entwicklung des Universums insgesamt gleichmäßig und endlich ist. Sie hatten eine revolutionäre Idee: Die Gesetze der Physik seien nicht in Stein gemeißelt, sondern entstünden und entwickelten sich gemeinsam mit der Entstehung des Universums, das sie bestimmen. Dieser Prozess sei als „Top-down-Kosmologie“ bekannt. Nach Hawkings Tod vollendete Hertog das Meisterwerk, das Hawking für das Ende seines Lebens geplant hatte: das Buch „Der Ursprung der Zeit“, in dem er versucht, unser Gesamtkonzept des Universums und der Evolution des Lebens neu zu gestalten. Das Folgende ist eine Buchbesprechung von Professor Wu Biao von der Peking-Universität.

Geschrieben von Wu Biao (Professor der Fakultät für Physik, Peking-Universität)

Das Universum scheint sorgfältig auf die Existenz von Leben ausgelegt zu sein. Weicht die starke Wechselwirkung innerhalb des Atomkerns geringfügig von der tatsächlichen Situation ab, wird es bei der Kernfusion im Inneren von Sternen schwierig, Kohlenstoff zu produzieren, der die Grundlage des Lebens bildet. außerdem ist der Weltraum ein dreidimensionaler Raum, der dem Leben sehr freundlich gesinnt ist; Auch die Größen verschiedener physikalischer Parameter stimmen. "Warum ist das Universum so?" Hawking stellte diese Frage, als Thomas Hertog Mitte Juni 1998 zum ersten Mal in Hawkings Büro eingeladen wurde. Seitdem hat Hertog begonnen, gemeinsam mit Hawking Quantenkosmologie zu studieren, um den Ursprung der Zeit zu erforschen.

Sie können versuchen, eine kleinere Frage zu stellen: Warum gibt es Leben auf der Erde? Durch den Vergleich der Erde mit anderen Planeten im Sonnensystem stellen wir fest, dass sich die Erde genau an der richtigen Position befindet und genau die richtige Masse hat. Durch den Vergleich der Sonne mit anderen Sternen in der Milchstraße stellen wir fest, dass die Sonne genau die richtige Größe hat. All dies scheint von jemandem sorgfältig für die Existenz von Lebewesen entworfen worden zu sein. Viele Menschen glauben tatsächlich daran: Ein übernatürliches Wesen hat die Masse der Sonne, die Masse der Erde und den relativen Abstand zwischen ihnen sorgfältig entworfen, um Leben auf der Erde zu gewährleisten. Doch die Wissenschaft hat inzwischen eine plausiblere Erklärung geliefert: Es gibt viele Sterne im Universum (vorsichtige Schätzungen gehen von etwa 10^22 aus), diese Sterne und ihre Planeten sind unterschiedlich, und es ist durchaus plausibel, dass sich unter ihnen Planeten befinden, auf denen Leben möglich ist. Tatsächlich wurden durch moderne astronomische Beobachtungen viele Planeten außerhalb des Sonnensystems entdeckt, die für Leben geeignet sind.

Wenn es viele verschiedene Universen gibt, wäre es nicht überraschend, wenn einige davon für das Überleben von Leben geeignet wären. Dies ist die Multiversum-Theorie. Es ist nicht schwer zu verstehen, warum Hawking mit der Multiversum-Theorie nicht zufrieden ist. Wir wissen, dass Sterne durch die Ansammlung interstellaren Staubs unter dem Einfluss der Schwerkraft entstehen. Die Staubverteilung ist ungleichmäßig und es bilden sich Sterne unterschiedlicher Größe und deren Planeten. Im Vergleich zur Entstehung von Sternen und Planeten ist unser Verständnis des Universums sehr begrenzt. Gemäß der Inflationstheorie und der Viele-Welten-Theorie ist ein Multiversum möglich, wir wissen jedoch nicht, wie die Universen im Multiversum entstanden sind oder warum unterschiedliche Universen unterschiedliche grundlegende Wechselwirkungen aufweisen. Wenn wir diese Fragen ein für alle Mal beantworten wollen, müssen wir wissen, wie wir alles beschreiben können, was im Moment des Urknalls geschah. Wir haben ein allgemeines Verständnis davon, was nach dem Urknall geschah, aber wir wissen immer noch nichts über den Urknall selbst. Hawkings Ziel war die Entwicklung einer Quantentheorie des Urknalls, die uns Aufschluss darüber geben würde, was vor der Zeit geschah und warum unser Universum so lebensfreundlich ist.

Nach diesem Treffen im Jahr 1998 begannen Thomas und Hawking eine gemeinsame Reise zur Erforschung des Ursprungs des Universums und der Zeit. Ihre Erkundung dauerte etwa 20 Jahre, bis zu Hawkings Tod im Jahr 2018. Thomas besuchte Hawking auf seinem Sterbebett und führte ein letztes Gespräch mit ihm. Hawking sagte (über elektronische Geräte) mit Mühe: „Es ist Zeit, ein neues Buch zu schreiben …“ So entstand dieses Buch „Der Ursprung der Zeit“, das Hawkings Denken und seine Erforschung des Universums und der Zeit in den letzten 20 Jahren seines Lebens aufzeichnet.

Thomas‘ Buch gibt Hawkings Gedanken und Forschungen anschaulich wieder und beschreibt als Hintergrundmaterial auch die Entwicklung der modernen Kosmologie, wobei er insbesondere Lemaîtres Beitrag zur Urknalltheorie detailliert beschreibt. In dem Buch stellt Thomas auf leicht verständliche Weise die Physik und Mathematik der Kosmologie vor, beispielsweise Quanteninterferenz, Quantenmessung, Viele-Welten-Theorie und Superstringtheorie. Sein Schreibstil ist leicht verständlich und er verwendet häufig Analogien und Diagramme, um komplexe und subtile Konzepte klarer zu erklären. Die im Buch eingestreuten Kurzgeschichten über Hawking ermöglichen es den Lesern, eine Pause einzulegen und gleichzeitig den komplexen Prozess der Kosmologie zu verstehen.

Es gibt viele Theorien zur Vereinigung von Schwerkraft und Quantenmechanik, aber wir wissen nicht, welche die richtige ist. Sogar alle bestehenden Theorien der Quantengravitation können falsch sein, einschließlich der von Hawking unterstützten Superstringtheorie. Dies liegt daran, dass uns noch nicht genügend experimentelle Daten zur Verfügung stehen, um diese Theorien zu überprüfen. Aus diesem Grund ist es uns unmöglich, den Urknall des Universums genau zu beschreiben. Wir wissen auch nicht, wie die Zeit daraus entstand oder wie die für die biologische Evolution geeigneten physikalischen Gesetze entstanden sind. Dies bedeutet jedoch nicht, dass wir die Erkundung aufgeben sollten. Wir sollten weiterhin danach streben, die Wahrheit herauszufinden. Das ist, was Hawking getan hat. Er wusste, dass er die Antwort vielleicht nicht finden würde, aber er begab sich dennoch entschlossen auf den Weg der Erforschung. Er glaubte, dass „die Philosophie tot ist“ und dass Fragen im Zusammenhang mit dem Ursprung der Zeit wissenschaftliche und keine philosophischen Fragen seien. Wissenschaftler sollten mutig denken und forschen. Genau das tat Hawking in der letzten Phase seines Lebens und sein Geist, sein Mut und seine Weisheit werden uns immer in Erinnerung bleiben. Er ist ein wahres Vorbild, das Generationen von Wissenschaftlern dazu inspirieren wird, voranzukommen.

Hawking glaubt, dass es am Anfang des Universums keine Zeit gab. Diese Schlussfolgerung dürfte unabhängig von der genauen Form einer zukünftigen Theorie der Quantengravitation zutreffen. In der Physik gibt es bereits ähnliche Phänomene. Makroskopische Materie hat Volumen, aber die Grundteilchen, aus denen makroskopische Materie besteht, wie Elektronen und Quarks, haben kein Volumen. Das Volumen makroskopischer Materie ergibt sich aus der Wellenfunktion der Elektronen in Atomen, einem Quantenzustand der Elektronen. Die alten Chinesen sagten einmal: „Wenn Sie jeden Tag einen 30 cm langen Stock in zwei Hälften schneiden, wird er nie ausgehen.“ Der modernen Wissenschaft zufolge ist dies nicht wahr. Wenn Sie täglich die Hälfte davon einnehmen, sind nach etwa einem Monat nur noch Moleküle übrig; wenn Sie so weitermachen, bleiben nur Atome übrig. Der Hammer wird nicht mehr existieren und sein Volumen wird verschwinden. Die Lebensdauer des Universums beträgt etwa 10^18 Sekunden. Wenn das Universum plötzlich zu kollabieren beginnt und jeden Tag um die Hälfte jünger wird, dann wird das Universum nach etwa 210 Tagen wieder auf 10^(–44) Sekunden nach dem Urknall zurückkehren, was der Planck-Zeit entspricht. An diesem Punkt existiert die Zeit nicht mehr und was bleibt, ist nur ein anfänglicher Quantenzustand des Universums, so wie das Volumen aus dem Quantenzustand der Elektronen entsteht. Gemäß der Multiversum-Theorie kann die Planck-Zeit in verschiedenen Universen unterschiedlich sein, sodass 10^(–44) Sekunden möglicherweise nicht die kürzeste Zeit sind. Es gibt noch zu viele unbeantwortete Fragen zum Universum und wir werden Hawkings Erforschung fortsetzen.

„Der Ursprung der Zeit“ von Thomas Hertog ist ein populärwissenschaftliches Buch über das Universum und die Zeit, das Hawkings Gedanken und Erkundungen zu diesen Themen in der letzten Phase seines Lebens aufzeichnet. Der Autor verwendet eine leicht verständliche Sprache, um verschiedene wissenschaftliche Bereiche der Kosmologie vorzustellen, darunter Quantenmechanik, Schwarze Löcher, Stringtheorie usw., und nimmt die Leser mit auf eine interessante wissenschaftliche Reise. „Der Ursprung der Zeit“ ist eine großartige Lektüre für alle, die sich für die Erforschung von Zeit und Universum interessieren. Es ermöglicht den Lesern nicht nur, die Geheimnisse des Universums zu verstehen, sondern weckt auch ihr Interesse und ihre Begeisterung für die Wissenschaft.

Einführung in den Autor von "Der Ursprung der Zeit"

Thomas Hertog , ein berühmter Kosmologe, Professor und Direktor des Gravitational Wave Center an der Universität Leuven in Belgien, ist seit vielen Jahren ein Partner von Hawking. Sein Team in Belgien widmet sich hauptsächlich der Erforschung der physikalischen Natur von Gravitationswellen und Schwarzen Löchern auf der Grundlage der Stringtheorie. Im Jahr 2014 erhielt er ein unabhängiges Forschungsstipendium des Europäischen Forschungsrats. Im Jahr 2015 erhielt er eine Förderung durch den Flämischen Fonds für wissenschaftliche Forschung.

Er und Hawking veröffentlichten gemeinsam Hawkings letzte Abhandlung über das Multiversum vor seinem Tod. Auch dieses Buch wurde auf dieser Grundlage verfasst und stellt den letzten Höhepunkt von Hawkings wissenschaftlicher Forschungskarriere dar.

Einführung in den Übersetzer von „Der Ursprung der Zeit“

Taotao Qiu hat einen Doktortitel. in Theoretischer Physik vom Institut für Hochenergiephysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. Er war Postdoktorand an der Chung Yuan Christian University und der National Taiwan University in Taiwan sowie außerordentlicher Professor am Institut für Astronomie der Fakultät für Physik der Huazhong University of Science and Technology. Er beschäftigt sich seit langem mit der Erforschung kosmologischer Theorien und seine Hauptforschungsrichtungen sind Inflation, Rebound-Universum, modifizierte Gravitationstheorie, primordiale Störungstheorie, dunkle Energie usw.

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