Stephen Hawking – die Welt auf den Punkt gebracht. Stephen Hawking „Die Welt auf den Punkt gebracht“

Oh, Stephen Hawking wurde bereits auf Funlab gepostet. Es kommt sehr unerwartet, aber da er hier ist, kann ich nicht schweigen.

Zunächst ein wenig zum Autor selbst: Stephen Hawking ist das deutlichste Beispiel für die Stärke des menschlichen Geistes. Gelähmt sein und nicht mehr sprechen können – was könnte schlimmer sein als dieses Schicksal? Aber sein Geist und Titans Verstand überwanden seine körperliche Schwäche. Und wie wir gewonnen haben! Hawking ist einer von ihnen die klügsten Leute die jetzt auf unserem Planeten leben. Wenn jemand einen Beweis für den Vorrang des Geistes vor dem Körper braucht, dann ist er hier der Beweis. Diejenigen, die sich über ihre kleineren Probleme oder Wunden beschweren, sind ein Beispiel für ein ECHTES Problem und eine ECHTE körperliche Schwäche. Tatsächlich ist Stephen Hawking selbst Science-Fiction. Ein Mann-Asket, ein Mann-Märtyrer, ein Mann-Symbol. :beten:

Zum Buch: Ich habe nur ein Buch gelesen (oder besser gesagt, ich lese immer noch, weil es sehr langsam vorangeht). Das Ding ist absolut großartig! Und wie jeder Luxusartikel ist es ziemlich selten. Die Auflage des Buches beträgt 7.000 Exemplare, daher ist es kaum in den Regalen von Buchhandlungen in Kleinstädten zu finden. Ich habe dieses Buch persönlich über das Internet auf der Website www.urss.ru bestellt (ich bitte die Moderatoren, den Link nicht zu löschen, da dieser Shop ausschließlich wissenschaftliche oder wissenschaftlich-pädagogische Literatur vertreibt, die oft nirgendwo anders zu finden ist). Eine ausgezeichnete Ausgabe im Schutzumschlag und Hardcover auf luxuriösem gestrichenem Papier (Gott, wie sehr unterscheidet sich das von dem billigen und gräulichen Papier, das man bereits kennt!). Hervorragender Druck, der Text ist nirgendwo verschmiert. Hervorragende Farbzeichnungen, die den recht komplexen Text perfekt ergänzen und den Gedankengang des Autors deutlich zeigen. Im Allgemeinen ist es keine Schande, die hart verdienten sechshundert Rubel zu zahlen und für die Lieferung dieses Buches per Post zu bezahlen.

Der Text selbst ist recht komplex. Aber es ist nicht deshalb kompliziert, weil der Autor seine Gedanken schlecht ausdrückt oder weil er Terminologie oder gruselige Formeln missbraucht, sondern weil er versucht, die komplexesten und interessantesten Probleme zu erklären, die die moderne Physik nur schwer lösen kann. Hawking seinerseits (also seitens des Populärwissenschaftlers) hat alles getan, was er konnte, aber der Leser muss sich zumindest große Mühe geben allgemeiner Überblick verstehen, wovon der Autor spricht.

In diesem Buch gibt es, anders als beispielsweise in einem anderen Bestseller-Sachbuch von Brian Greene, „The Elegant Universe“, keine Kapitel, die Ihr Gedächtnis über die physikalischen Gesetze der Makro- und Mikrowelt auffrischen. Während Brian Greene ein halbes Buch damit verbrachte, den Leser auf die Theorie der Superstrings und die elfdimensionale Dimension, in der sie existieren, vorzubereiten, zog Stephen Hawking es vor, den Stier bei den Hörnern zu packen und begann ab dem zweiten Kapitel über die Form von zu sprechen Zeit und erinnerte sich gleichzeitig an die Grundlagen seiner Wissenschaft. So kann es passieren, dass unvorbereitete Menschen (wie ich zum Beispiel) den Faden der Argumentation des Autors verlieren. Ist es aber die Schuld des Autors, dass er in der Schule schlecht Physik unterrichtet hat? Hier sind lediglich die grundlegenden Konzepte erforderlich, die uns Schullehrer zu vermitteln versuchten.

Ich beeile mich, den Fans von Nick Perumov eine Freude zu machen! Das Multiversum, über das Hawking in einem der Kapitel des Buches spricht, ist dem Geordneten sehr ähnlich (wie ähnlich, eins zu eins, selbst wenn man einen „Finde zehn Unterschiede“-Wettbewerb ankündigt). Wir können also sagen, dass Fantasie mit modernen physikalischen Theorien operiert.

Natürlich endet der Inhalt des Buches damit nicht und der Autor spricht über absolut fantastische Dinge. Zum Beispiel über die Möglichkeit von Zeitreisen. Oder über genau diese „Wurmlöcher“, über die viel gesprochen wird, die aber nur wenige Menschen kennen.

Fazit: Ich kann nicht die Hand heben, um diesem Buch weniger als zehn Punkte zu geben. Vor uns liegt ein Meisterwerk, ja, ein Meisterwerk populärwissenschaftlicher Literatur auf dem Gebiet der Physik. Darüber hinaus erhielt das Meisterwerk in Form einer Idealausgabe ausnahmsweise einmal eine würdige Gestaltung (wie Brian Greenes Buch „The Elegant Universe“ daran mangelt!) Wer sich zumindest ein wenig dafür interessiert, womit die besten Köpfe unserer Zeit zu kämpfen haben mit ist ein Muss.

Bewertung: 10

Das Buch ist gut, aber nicht so gut wie das Buch, das einst in der populärwissenschaftlichen Literatur für Furore sorgte.“ Kurzgeschichte Zeit."

Es gibt viele große, farbenfrohe Zeichnungen, keine komplizierten Formeln, alles lässt sich buchstäblich auf den Fingern kauen. Die Ideen sind wirklich sehr komplex und sie so darzustellen in einfachen Worten nicht immer möglich... trotzdem versucht der Autor es. Meiner Meinung nach hat die übermäßige Vereinfachung des Materials dem Buch hinsichtlich des Informationsgehalts erheblich geschadet. Für Menschen, die der Wahrheit auf eigene Faust auf den Grund gehen wollen, bleiben viele Fragen offen, weshalb sie sich letztendlich zusätzliche Literatur anschaffen müssen: Brian Greene, Weinberg, Penrose. Unabhängig davon möchte ich die von Amphora veröffentlichten Werke zu Einsteins Relativitätstheorie erwähnen (die Reihe heißt „Stephen Hawking Library“).

Kapitel 5

Die Vergangenheit schützen

Darüber, ob Zeitreisen möglich sind und ob eine hochentwickelte Zivilisation, die in die Vergangenheit zurückkehrt, in der Lage ist, diese zu verändern

Weil Stephen Hawking (der eine frühere Wette zu diesem Thema verlor, weil er unzureichende Forderungen stellte) Gesamtansicht) glaubt immer noch fest daran, dass nackte Singularitäten verflucht sind und durch die Gesetze der klassischen Physik verboten werden sollten, und da John Preskill und Kip Thorne (der die vorherige Wette gewonnen hat) immer noch glauben, dass nackte Singularitäten als Quantengravitationsobjekte existieren können, ohne von den Gesetzen der klassischen Physik abgedeckt zu werden Horizont, im beobachtbaren Universum, schlug Hawking die folgende Wette vor und Preskill/Thorne akzeptierte sie:

Da jede Form klassischer Materie oder Feldes, die in der flachen Raumzeit nicht singulär werden kann, den klassischen Gleichungen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie gehorcht, kann die dynamische Entwicklung aus beliebigen Anfangsbedingungen (d. h. aus jedem offenen Satz von Anfangsdaten) niemals ein erzeugen nackte Singularität (unvollständige Null-Geodäte von I + mit Endpunkt in der Vergangenheit).

Der Verlierer belohnt den Gewinner mit Kleidung, damit dieser seine Nacktheit bedecken kann. Auf der Kleidung muss eine entsprechende Botschaft eingestickt sein.

Stephen W. Hawking, John P. Preskill und Kip S. Thorne
Pasadena, Kalifornien, 5. Februar 1997

Mein Freund und Kollege Kip Thorne, mit dem ich viele Wetten abgeschlossen habe (immer noch aktiv), gehört nicht zu denen, die der allgemein anerkannten Linie der Physik folgen, nur weil es alle anderen tun. Daher war er der erste ernsthafte Wissenschaftler, der es wagte, Zeitreisen als praktische Möglichkeit zu diskutieren.

Offen über Zeitreisen zu sprechen ist eine sehr heikle Angelegenheit. Sie laufen Gefahr, durch lautstarke Aufrufe, Haushaltsmittel in irgendeine Absurdität zu investieren, oder durch Forderungen, Forschung für militärische Zwecke zu klassifizieren, in die Irre geführt zu werden. Wie können wir uns wirklich vor jemandem mit einer Zeitmaschine schützen? Schließlich ist er in der Lage, die Geschichte selbst zu verändern und die Welt zu beherrschen. Nur wenige von uns sind so mutig, sich mit einer Frage zu befassen, die unter Physikern als politisch inkorrekt gilt. Wir verschleiern diese Tatsache mit Fachbegriffen, die Zeitreisen kodieren.

Die Grundlage aller modernen Diskussionen über Zeitreisen ist Einsteins allgemeine Relativitätstheorie. Wie in den vorherigen Kapiteln zu sehen war, verleihen Einsteins Gleichungen Raum und Zeit Dynamik, indem sie beschreiben, wie sie durch Materie und Energie im Universum gebogen und verzerrt werden. In der Allgemeinen Relativitätstheorie wird die persönliche Zeit eines jeden gemessen Armbanduhr, wird immer zunehmen, genau wie in Newtons Theorie oder in der flachen Raumzeit der speziellen Relativitätstheorie. Aber vielleicht wird die Raumzeit so verdreht sein, dass Sie mit einem Raumschiff wegfliegen und vor Ihrer Abreise zurückkehren können (Abb. 5.1).

Dies kann beispielsweise passieren, wenn es Wurmlöcher gibt – die in Kapitel 4 erwähnten Raumzeitröhren, die verschiedene Regionen des Weltraums verbinden. Die Idee besteht darin, ein Raumschiff in einen Mund eines Wurmlochs zu schicken und an einem völlig anderen Ort und zu einer völlig anderen Zeit aus einem anderen wieder herauszukommen (Abb. 5.2).

Wurmlöcher, sofern es sie gibt, könnten das Problem der Geschwindigkeitsbegrenzung im Weltraum lösen: Nach der Relativitätstheorie dauert die Durchquerung der Galaxie Zehntausende von Jahren. Aber durch ein Wurmloch können Sie auf die andere Seite der Galaxie fliegen und während des Abendessens zurückkehren. Mittlerweile lässt sich leicht zeigen, dass Wurmlöcher, wenn sie existieren, genutzt werden können, um sich in der Vergangenheit wiederzufinden.

Es lohnt sich also, darüber nachzudenken, was passieren wird, wenn es Ihnen beispielsweise gelingt, Ihre Rakete in die Luft zu jagen Startrampe um die eigene Flucht zu verhindern. Dies ist eine Variation des berühmten Paradoxons: Was würde passieren, wenn Sie in die Vergangenheit reisen und Ihren eigenen Großvater töten würden, bevor er Ihren Vater empfangen könnte (Abbildung 5.3)?

Das Paradox entsteht hier natürlich nur, wenn wir davon ausgehen, dass man in der Vergangenheit tun und lassen kann, was man will. Dieses Buch ist nicht der Ort für philosophische Diskussionen über den freien Willen. Stattdessen konzentrieren wir uns darauf, ob die Gesetze der Physik eine Verdrehung der Raumzeit ermöglichen, sodass ein makroskopischer Körper wie ein Raumschiff in seine Vergangenheit zurückkehren kann. Nach Einsteins Theorie bewegt sich ein Raumschiff immer mit einer Geschwindigkeit, die geringer ist als die lokale Lichtgeschwindigkeit in der Raumzeit, und folgt der sogenannten zeitähnlichen Weltlinie. Dadurch können wir die Frage umformulieren Fachbegriffe: Kann es in der Raumzeit geschlossene zeitartige Kurven geben, also solche, die immer wieder zu ihrem Ausgangspunkt zurückkehren? Ich werde solche Flugbahnen „zeitlich“ nennen S mi Schleifen.“

Sie können auf drei Ebenen nach einer Antwort auf die gestellte Frage suchen. Die erste ist die Ebene von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie, die impliziert, dass das Universum eine klar definierte Geschichte ohne jegliche Unsicherheit hat. Dafür klassische Theorie wir haben ein fertiges Bild. Allerdings kann eine solche Theorie, wie wir gesehen haben, nicht absolut genau sein, da Materie laut Beobachtungen Unsicherheiten und Quantenfluktuationen unterliegt.

Daher können wir die Frage nach Zeitreisen auf der zweiten Ebene stellen – für den Fall halbklassischer Theorien. Nun betrachten wir das Verhalten der Materie gemäß der Quantentheorie mit Unsicherheiten und Quantenfluktuationen, betrachten die Raumzeit jedoch als wohldefiniert und klassisch. Dieses Bild ist nicht so vollständig, aber es gibt zumindest eine Vorstellung davon, wie es weitergehen soll.

Schließlich gibt es einen Ansatz vom Standpunkt einer vollständigen Quantentheorie der Schwerkraft, was auch immer das sein mag. In dieser Theorie, in der nicht nur Materie, sondern auch Zeit und Raum selbst Unsicherheiten und Schwankungen unterliegen, ist nicht einmal ganz klar, wie die Frage nach der Möglichkeit von Zeitreisen gestellt werden soll. Das Beste, was man vielleicht tun kann, ist, Menschen in Regionen, in denen die Raumzeit nahezu klassisch und frei von Unsicherheiten ist, zu bitten, ihre Messungen zu interpretieren. Werden sie Zeitreisen in Regionen mit starker Schwerkraft und großen Quantenfluktuationen erleben?

Beginnen wir mit der klassischen Theorie: Die flache Raumzeit der speziellen Relativitätstheorie (ohne Schwerkraft) erlaubt keine Zeitreisen; dies ist auch in den zunächst untersuchten gekrümmten Versionen der Raumzeit unmöglich. Einstein war buchstäblich schockiert, als Kurt Gödel, derselbe, der Gödels berühmten Satz bewiesen hatte, 1949 entdeckte, dass die Raumzeit in einem Universum, das vollständig mit rotierender Materie gefüllt ist, eine vorübergehende Existenz hat bei Schleife an jedem Punkt (Abb. 5.4).

Gödels Lösung erforderte die Einführung einer kosmologischen Konstante, die in der Realität möglicherweise nicht existiert, aber später wurden ähnliche Lösungen ohne kosmologische Konstante gefunden. Ein besonders interessanter Fall ist, wenn zwei kosmische Strings mit hoher Geschwindigkeit aneinander vorbeiziehen.

Kosmische Strings sollten nicht mit den Elementarobjekten der Stringtheorie verwechselt werden, mit denen sie überhaupt nichts zu tun haben. Solche Objekte haben eine Ausdehnung, aber gleichzeitig einen winzigen Querschnitt. Ihre Existenz wird in einigen Elementarteilchentheorien vorhergesagt. Die Raumzeit außerhalb einer einzelnen kosmischen Saite ist flach. Allerdings hat diese flache Raumzeit einen keilförmigen Ausschnitt, dessen Spitze knapp auf der Saite liegt. Es sieht aus wie ein Kegel: Nimm großer Kreis Papier und schneiden Sie daraus einen Sektor aus, ähnlich einem Tortenstück, dessen Oberseite sich in der Mitte des Kreises befindet. Nachdem Sie das ausgeschnittene Stück entfernt haben, kleben Sie die Schnittkanten auf den verbleibenden Teil – Sie erhalten einen Kegel. Es stellt die Raumzeit dar, in der die kosmische Saite existiert (Abb. 5.5).

Beachten Sie, dass die Oberfläche des Kegels immer noch das gleiche flache Stück Papier ist, mit dem wir begonnen haben (abzüglich des entfernten Sektors), und dass er bis auf die Oberseite immer noch als flach betrachtet werden kann. Das Vorhandensein einer Krümmung am Scheitelpunkt lässt sich daran erkennen, dass die um ihn herum beschriebenen Kreise kürzer sind als die Kreise, die auf dem ursprünglichen runden Blatt Papier den gleichen Abstand vom Mittelpunkt haben. Mit anderen Worten: Der Kreis um den Scheitelpunkt ist aufgrund des fehlenden Sektors kürzer als ein Kreis mit demselben Radius im flachen Raum sein sollte (Abb. 5.6).

Ebenso verkürzt ein aus der flachen Raumzeit entfernter Sektor die Kreise um die kosmische Saite, hat jedoch keinen Einfluss auf die Zeit oder Entfernung entlang dieser. Das bedeutet, dass die Raumzeit um einen einzelnen kosmischen String keine Zeit enthält S x Schleifen, und daher ist eine Reise in die Vergangenheit unmöglich. Wenn es jedoch eine zweite kosmische Saite gibt, die sich relativ zur ersten bewegt, wird ihre Zeitrichtung eine Kombination aus den zeitlichen und räumlichen Änderungen der ersten sein. Das bedeutet, dass der Sektor, der von der zweiten Saite durchtrennt wird, für den Beobachter, der sich mit der ersten Saite bewegt, sowohl die räumlichen Entfernungen als auch die Zeitintervalle verringert (Abb. 5.7). Wenn sich die Saiten relativ zueinander mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen, kann die Verkürzung der Zeit zum Umrunden beider Saiten so erheblich sein, dass Sie am Ende zurückkommen, bevor Sie begonnen haben. Mit anderen Worten, es gibt vorübergehende S Es gibt Schleifen, auf denen Sie in die Vergangenheit reisen können.

Kosmische Strings enthalten Materie mit einer positiven Energiedichte, was mit der heute bekannten Physik übereinstimmt. Allerdings ist die Verdrehung des Raumes, die zu Vorübergehendem führt S Es schlängelt sich, erstreckt sich bis ins Unendliche im Raum und bis in die endlose Vergangenheit in der Zeit. Solche Raum-Zeit-Strukturen ermöglichen also zunächst konstruktionsbedingt die Möglichkeit von Zeitreisen. Es gibt keinen Grund zu der Annahme, dass unser eigenes Universum nach solch einem perversen Stil gestaltet ist; wir haben keine verlässlichen Beweise für das Erscheinen von Gästen aus der Zukunft. (Ich zähle nicht die Verschwörungstheorien mit, dass UFOs aus der Zukunft kommen und die Regierung davon weiß, aber die Wahrheit verheimlicht. Normalerweise verbergen sie Dinge, die nicht so toll sind.) Ich gehe also davon aus, dass das nur vorübergehend ist S x-Schleifen existierten in der fernen Vergangenheit nicht, oder genauer gesagt, in der Vergangenheit relativ zu einer Oberfläche in der Raumzeit, die ich bezeichnen werde S. Frage: Kann eine hochentwickelte Zivilisation eine Zeitmaschine bauen? Das heißt, kann es die Raumzeit in der Zukunft relativ dazu verändern? S(über der Oberfläche S im Diagramm), so dass Schleifen nur im Bereich endlicher Größe erscheinen? Ich sage ein begrenztes Gebiet, weil eine Zivilisation, egal wie fortgeschritten sie ist, scheinbar nur einen begrenzten Teil des Universums kontrollieren kann. In der Wissenschaft bedeutet die richtige Formulierung eines Problems oft, den Schlüssel zu seiner Lösung zu finden, und der Fall, den wir betrachten, ist ein gutes Beispiel dafür. Zur Definition einer endlichen Zeitmaschine greife ich auf eines meiner alten Werke zurück. Zeitreisen sind in einigen Regionen der Raumzeit möglich, in denen es vorübergehende gibt S e-Schleifen, also Flugbahnen mit Unterlichtgeschwindigkeit, denen es aufgrund der Krümmung der Raumzeit dennoch gelingt, zum ursprünglichen Ort und zur ursprünglichen Zeit zurückzukehren. Da ich davon ausging, dass es in der fernen Vergangenheit vorübergehend war S x gab es keine Schleifen, es muss, wie ich es nenne, einen „Zeitreisehorizont“ geben – eine Grenze, die den Bereich trennt, der die Zeit enthält S e-Schleifen aus dem Bereich, in dem sie nicht vorhanden sind (Abb. 5.8).

Der Horizont einer Zeitreise ähnelt stark dem Horizont eines Schwarzen Lochs. Während letzterer durch Lichtstrahlen gebildet wird, die einem Schwarzen Loch nur knapp entkommen können, wird der Horizont der Zeitreise durch Strahlen definiert, die kurz davor stehen, sich selbst zu treffen. Darüber hinaus werde ich das Kriterium einer Zeitmaschine als das Vorhandensein eines sogenannten endlich erzeugten Horizonts betrachten, der durch Lichtstrahlen gebildet wird, die aus einem Bereich begrenzter Größe emittiert werden. Mit anderen Worten: Sie sollten nicht aus der Unendlichkeit oder Singularität stammen, sondern nur aus einer endlichen Region, die Zeitweiliges enthält bei Schleife, ein Gebiet, von dem wir annehmen, dass es unsere hochentwickelte Zivilisation schaffen kann.

Mit der Übernahme dieses Zeitmaschinenkriteriums bietet sich eine wunderbare Gelegenheit, die von Roger Penrose und mir entwickelten Methoden zur Untersuchung von Singularitäten und Schwarzen Löchern zu nutzen. Auch ohne Einsteins Gleichungen kann ich zeigen, dass ein endlich erzeugter Horizont im Allgemeinen Lichtstrahlen enthält, die sich treffen und immer wieder zum selben Punkt zurückkehren. Während es kreist, erfährt das Licht jedes Mal eine immer stärkere Blauverschiebung und die Bilder werden immer blauer. Die Wellenbuckel im Strahl rücken immer näher zueinander und die Intervalle, durch die das Licht zurückkehrt, werden immer kürzer. Tatsächlich hat ein Lichtteilchen, wenn man es zu seiner Zeit betrachtet, eine endliche Geschichte, auch wenn es in einem endlichen Bereich Kreise zieht und nicht den singulären Krümmungspunkt trifft.

Die Tatsache, dass ein Lichtteilchen seine Geschichte in endlicher Zeit erschöpft, mag unwichtig erscheinen. Ich kann aber auch die Möglichkeit der Existenz von Weltlinien beweisen, deren Bewegungsgeschwindigkeit geringer als Licht und deren Dauer endlich ist. Das könnten Geschichten von Beobachtern sein, die in einer begrenzten Region vor dem Horizont gefangen sind und sich immer schneller und schneller bewegen, bis sie in endlicher Zeit die Lichtgeschwindigkeit erreichen. Seien Sie also vorsichtig, wenn ein wunderschöner Außerirdischer aus einer fliegenden Untertasse Sie in seine Zeitmaschine einlädt. Sie können in die Falle tappen, Geschichten mit endlicher Gesamtdauer zu wiederholen (Abbildung 5.9).

Diese Ergebnisse hängen nicht von Einsteins Gleichung ab, sondern nur von der Art und Weise, wie die Raumzeit verdreht wird, um Zeit zu erzeugen. Ö th-Schleifen in der letzten Region. Doch welche Art von Material könnte eine hochentwickelte Zivilisation verwenden, um eine Zeitmaschine endlicher Dimensionen zu bauen? Könnte es überall eine positive Energiedichte haben, wie es bei der oben beschriebenen kosmischen String-Raumzeit der Fall ist? Die kosmische Saite erfüllt meine Anforderung nicht S Die Schleifen erschienen nur im letzten Bereich. Aber man könnte meinen, dass dies nur daran liegt, dass die Strings unendlich lang sind. Jemand könnte hoffen, eine endliche Zeitmaschine mit endlichen Schleifen kosmischer Strings zu bauen, die durchgehend positive Energiedichten aufweisen. Es tut mir leid, Leute zu enttäuschen, die wie Kip in die Vergangenheit reisen wollen, aber das ist nicht möglich, während gleichzeitig eine durchgehend positive Energiedichte aufrechterhalten wird. Ich kann beweisen, dass man negative Energie braucht, um die ultimative Zeitmaschine zu bauen.

In der klassischen Theorie ist die Energiedichte immer positiv, sodass die Existenz einer endlichen Zeitmaschine auf dieser Ebene ausgeschlossen ist. Aber die Situation ändert sich in der semiklassischen Theorie, wo das Verhalten der Materie im Einklang mit der Quantentheorie betrachtet wird und die Raumzeit als wohldefiniert, klassisch betrachtet wird. Wie wir gesehen haben, bedeutet das Unschärfeprinzip in der Quantentheorie, dass Felder auch im scheinbar leeren Raum immer auf und ab schwanken und eine unendliche Energiedichte haben. Denn nur durch Subtraktion eines unendlichen Wertes erhalten wir die endliche Energiedichte, die wir im Universum beobachten. Diese Subtraktion kann zumindest lokal auch eine negative Energiedichte erzeugen. Selbst im flachen Raum kann man allerdings Quantenzustände finden, in denen die Energiedichte lokal negativ ist Gesamtenergie positiv. Ich frage mich, ob diese negativen Werte tatsächlich dazu führen, dass sich die Raumzeit verbiegt, sodass eine endliche Zeitmaschine entsteht? Es sieht so aus, als ob sie dazu führen sollten. Wie aus Kapitel 4 deutlich wird, führen Quantenfluktuationen dazu, dass selbst scheinbar leerer Raum mit Paaren virtueller Teilchen gefüllt ist, die zusammen erscheinen, auseinanderfliegen und dann wieder zusammenlaufen und sich gegenseitig vernichten (Abb. 5.10). Eines der Elemente des virtuellen Paares wird positive Energie haben und das andere wird negative Energie haben. Wenn es ein Schwarzes Loch gibt, kann ein Teilchen mit negativer Energie hineinfallen, und ein Teilchen mit positiver Energie kann in die Unendlichkeit fliegen, wo es als Strahlung erscheint, die positive Energie vom Schwarzen Loch wegträgt. Und Partikel mit negativer Energie, die in ein Schwarzes Loch fallen, führen zu einer Verringerung seiner Masse und einer langsamen Verdunstung, begleitet von einer Verringerung der Größe des Horizonts (Abb. 5.11).

Gewöhnliche Materie mit einer positiven Energiedichte erzeugt eine anziehende Gravitationskraft und krümmt die Raumzeit, so dass sich die Strahlen aufeinander zuwenden, so wie der Ball auf der Gummiplatte in Kapitel 2 den kleinen Ball immer zu sich selbst und nie weg dreht.

Daraus folgt, dass die Fläche des Horizonts des Schwarzen Lochs mit der Zeit nur zunimmt und niemals abnimmt. Damit der Horizont eines Schwarzen Lochs schrumpft, muss die Energiedichte am Horizont negativ sein und die Raumzeit muss dazu führen, dass die Lichtstrahlen divergieren. Das wurde mir zum ersten Mal eines Abends bewusst, als ich zu Bett ging, kurz nach der Geburt meiner Tochter. Ich werde nicht genau sagen, wie lange es her ist, aber jetzt habe ich bereits einen Enkel.

Die Verdampfung von Schwarzen Löchern zeigt, dass die Energiedichte auf Quantenebene manchmal negativ sein und die Raumzeit in die Richtung biegen kann, die für den Bau einer Zeitmaschine erforderlich wäre. Man kann sich also eine Zivilisation in einem so hohen Entwicklungsstadium vorstellen, dass sie in der Lage ist, eine ausreichend große negative Energiedichte zu erreichen, um eine Zeitmaschine zu erhalten, die für makroskopische Objekte geeignet wäre Raumschiffe. Es gibt jedoch einen erheblichen Unterschied zwischen dem Horizont eines Schwarzen Lochs, der aus Lichtstrahlen besteht, die sich einfach weiterbewegen, und dem Horizont einer Zeitmaschine, der geschlossene Lichtstrahlen enthält, die sich einfach im Kreis bewegen. Ein virtuelles Teilchen, das sich immer wieder auf einem solchen geschlossenen Weg bewegt, würde seine Grundzustandsenergie auf denselben Punkt bringen. Deshalb müssen wir damit rechnen, dass am Horizont, also an der Grenze der Zeitmaschine – dem Bereich, in dem man in die Vergangenheit reisen kann – die Energiedichte unendlich sein wird. Dies wird durch exakte Berechnungen in einer Reihe von Spezialfällen bestätigt, die einfach genug sind, um eine exakte Lösung zu erhalten. Es stellt sich heraus, dass ein Mensch oder eine Raumsonde, die versucht, den Horizont zu überqueren und in die Zeitmaschine einzudringen, durch den Strahlungsvorhang vollständig zerstört wird (Abb. 5.12). Die Zukunft der Zeitreise sieht also ziemlich düster aus (oder sollten wir sagen blendend rosig?).

Die Energiedichte einer Substanz hängt von dem Zustand ab, in dem sie sich befindet. Daher kann eine hochentwickelte Zivilisation möglicherweise die Energiedichte am Rande der Zeitmaschine endlich machen, indem sie virtuelle Partikel, die sich um und herum bewegen, „einfriert“ oder entfernt in einer geschlossenen Schleife runden. Es gibt jedoch keine Gewissheit, dass eine solche Zeitmaschine stabil sein wird: Die geringste Störung, beispielsweise wenn jemand den Horizont überquert, um in die Zeitmaschine einzudringen, kann die Zirkulation virtueller Teilchen in Gang setzen und verbrennende Blitze verursachen. Physiker sollten dieses Thema frei diskutieren, ohne Angst vor verächtlichem Spott zu haben. Selbst wenn sich herausstellt, dass Zeitreisen unmöglich sind, werden wir verstehen, warum es unmöglich ist, und das ist wichtig.

Um die diskutierte Frage mit Sicherheit zu beantworten, müssen wir Quantenfluktuationen nicht nur materieller Felder, sondern auch der Raumzeit selbst berücksichtigen. Es ist zu erwarten, dass dies zu einer gewissen Unschärfe im Verlauf der Lichtstrahlen und im chronologischen Ordnungsprinzip im Allgemeinen führt. Tatsächlich können wir uns die Strahlung des Schwarzen Lochs als ein Leck vorstellen, das durch Quantenfluktuationen in der Raumzeit verursacht wird, was darauf hindeutet, dass der Horizont nicht genau definiert ist. Da wir noch keine fertige Theorie der Quantengravitation haben, ist es schwer zu sagen, welche Auswirkungen Raumzeitfluktuationen haben sollten. Dennoch können wir hoffen, aus Feynmans in Kapitel 3 beschriebener Zusammenfassung der Geschichte einige Hinweise zu gewinnen.

Jede Geschichte wird eine gekrümmte Raumzeit mit materiellen Feldern sein. Da wir alle möglichen Geschichten aufsummieren werden und nicht nur diejenigen, die bestimmte Gleichungen erfüllen, muss die Summe auch die Raumzeiten umfassen, die ausreichend verdreht sind, um eine Reise in die Vergangenheit zu ermöglichen (Abbildung 5.13). Dann stellt sich die Frage: Warum gibt es solche Reisen nicht überall? Die Antwort ist, dass Zeitreisen tatsächlich auf mikroskopischer Ebene stattfinden, wir sie jedoch nicht bemerken. Wenn wir Feynmans Idee der Summation über Geschichten auf ein einzelnes Teilchen anwenden, müssen wir Geschichten einbeziehen, in denen es sich schneller als Licht und sogar zeitlich rückwärts bewegt. Insbesondere wird es Geschichten geben, in denen sich das Teilchen in einer geschlossenen Schleife in Zeit und Raum immer wieder bewegt. Wie im Film „Tag des Murmeltiers“, wo der Reporter immer wieder dieselben Tage durchlebt (Abb. 5.14).

Teilchen mit einer solchen geschlossenen Kreislaufgeschichte können an Beschleunigern nicht beobachtet werden. Ihre Nebenwirkungen können jedoch durch die Beobachtung einer Reihe experimenteller Effekte gemessen werden. Eine davon ist eine leichte Verschiebung der von Wasserstoffatomen emittierten Strahlung, die durch die Bewegung von Elektronen in geschlossenen Schleifen verursacht wird. Die andere ist eine kleine Kraft, die zwischen parallelen Metallplatten wirkt und dadurch verursacht wird, dass zwischen ihnen etwas weniger geschlossene Schleifen angeordnet sind als in den äußeren Regionen – eine weitere äquivalente Interpretation des Casimir-Effekts. Somit wird die Existenz von in einer Schleife geschlossenen Geschichten durch Experimente bestätigt (Abb. 5.15).

Es ist fraglich, ob solche Schleifengeschichten von Teilchen etwas mit der Krümmung der Raumzeit zu tun haben, da sie sogar vor einem so unveränderlichen Hintergrund wie dem flachen Raum erscheinen. Aber in letzten Jahren Wir haben herausgefunden, dass physikalische Phänomene oft gleichermaßen gültige Doppelbeschreibungen haben. Man kann auch sagen, dass sich Teilchen in geschlossenen Kreisen vor einem konstanten Hintergrund bewegen oder dass sie bewegungslos bleiben, während die Raumzeit um sie herum schwankt. Es kommt auf die Frage an: Wollen Sie zuerst die Flugbahnen der Teilchen und dann die gekrümmten Raumzeiten summieren oder umgekehrt?

Somit scheint die Quantentheorie Zeitreisen im mikroskopischen Maßstab zu ermöglichen. Aber für Science-Fiction-Zwecke wie eine Zeitreise in die Vergangenheit und das Töten des Großvaters ist das wenig nützlich. Daher bleibt die Frage: Kann die Wahrscheinlichkeit, wenn sie über die Geschichte summiert wird, in Raumzeiten mit makroskopischen Zeitschleifen ein Maximum erreichen?

Diese Frage kann untersucht werden, indem Summen über die Geschichte materieller Felder in einer Folge von Hintergrundraumzeiten betrachtet werden, die immer näher an die Möglichkeit von Zeitschleifen heranrücken. Es wäre natürlich, das in dem Moment zu erwarten, in dem es nur vorübergehend ist A Wenn die Schleife zum ersten Mal erscheint, passiert gleich etwas Bedeutendes. Das ist, was passiert ist einfaches Beispiel, das ich mit meinem Schüler Michael Cassidy studiert habe.

Die von uns untersuchten Hintergrundraumzeiten standen in engem Zusammenhang mit dem sogenannten Einstein-Universum, einer Raumzeit, die Einstein vorschlug, als er noch glaubte, dass das Universum statisch und zeitlich unveränderlich sei und sich weder ausdehne noch zusammenziehe (siehe Kapitel 1). In Einsteins Universum bewegt sich die Zeit von einer unendlichen Vergangenheit in eine unendliche Zukunft. Aber räumliche Dimensionen sind endlich und in sich geschlossen, wie die Erdoberfläche, aber nur mit einer weiteren Dimension. Eine solche Raumzeit kann als Zylinder dargestellt werden, dessen Längsachse die Zeit und dessen Querschnitt der Raum mit drei Dimensionen ist (Abb. 5.16).

Da sich Einsteins Universum nicht ausdehnt, entspricht es nicht dem Universum, in dem wir leben. Es ist jedoch ein nützlicher Rahmen für die Erörterung von Zeitreisen, da es so einfach ist, dass eine Summierung über Geschichten hinweg möglich ist. Vergessen wir für einen Moment die Zeitreise und betrachten wir die Materie in Einsteins Universum, die sich um eine bestimmte Achse dreht. Wenn Sie sich auf dieser Achse befinden, bleiben Sie am gleichen Punkt im Raum, als stünden Sie in der Mitte eines Kinderkarussells. Wenn Sie sich jedoch von der Achse entfernen, bewegen Sie sich im Raum um diese herum. Je weiter Sie von der Achse entfernt sind, desto schneller wird Ihre Bewegung (Abb. 5.17). Wenn das Universum also im Raum unendlich ist, rotieren Punkte, die weit genug von der Achse entfernt sind, mit Überlichtgeschwindigkeit. Da Einsteins Universum jedoch in seinen räumlichen Dimensionen endlich ist, gibt es eine kritische Rotationsgeschwindigkeit, bei der noch kein Teil davon schneller als Licht rotiert.

Betrachten Sie nun die Summe über die Geschichte eines Teilchens in Einsteins rotierendem Universum. Wenn die Rotation langsam ist, gibt es viele Wege, die ein Teilchen für eine bestimmte Energiemenge nehmen kann. Daher ergibt die Summierung aller Geschichten eines Teilchens vor einem solchen Hintergrund eine große Amplitude. Das bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit eines solchen Hintergrunds, wenn man alle Geschichten der gekrümmten Raumzeit summiert, hoch ist, das heißt, es handelt sich um eine der wahrscheinlicheren Geschichten. Wenn sich jedoch die Rotationsgeschwindigkeit von Einsteins Universum einem kritischen Punkt nähert und die Bewegungsgeschwindigkeit seiner äußeren Regionen sich der Lichtgeschwindigkeit annähert, bleibt etwas übrig der einzige Weg, was erlaubt ist Und m für klassische Teilchen am Rande des Universums, nämlich Bewegung mit Lichtgeschwindigkeit. Dies bedeutet, dass die Summe über die Geschichten des Teilchens klein sein wird, was bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeiten solcher räumlich-zeitlichen Ereignisse gering sind S x Hintergründe insgesamt für alle Geschichten der gekrümmten Raumzeit werden niedrig sein. Das heißt, sie werden am unwahrscheinlichsten sein.

Aber was haben Zeitreisen damit zu tun? S m Schleifen haben Einsteins sich drehende Universen? Die Antwort ist, dass sie mathematisch äquivalent zu anderen Hintergründen sind, in denen Zeitschleifen möglich sind. Bei diesen anderen Hintergründen handelt es sich um Universen, die sich in zwei Raumrichtungen ausdehnen. Solche Universen dehnen sich nicht in der dritten Raumrichtung aus, die periodisch ist. Das heißt, wenn Sie eine bestimmte Strecke in diese Richtung gehen, landen Sie wieder dort, wo Sie angefangen haben. Mit jedem Kreis in dieser Richtung erhöht sich jedoch Ihre Geschwindigkeit in der ersten und zweiten Richtung (Abb. 5.18).

Wenn die Beschleunigung gering ist, dann vorübergehend S x-Schleifen existieren nicht. Betrachten Sie jedoch eine Folge von Hintergründen mit allen b Ö größere Geschwindigkeitssteigerung. Ab einem bestimmten kritischen Beschleunigungswert treten Zeitschleifen auf. Es ist nicht überraschend, dass diese kritische Beschleunigung der kritischen Rotationsgeschwindigkeit von Einsteins Universen entspricht. Da die Berechnung der Summe über die Verläufe auf diesen beiden Hintergründen mathematisch äquivalent ist, können wir daraus schließen, dass die Wahrscheinlichkeit solcher Hintergründe gegen Null tendiert, wenn wir uns der Krümmung nähern, die zum Erhalten von Zeitschleifen erforderlich ist. Mit anderen Worten: Die Wahrscheinlichkeit einer ausreichenden Verzerrung für eine Zeitmaschine ist Null. Dies bestätigt, was ich die Chronologie-Verteidigungshypothese nenne: Die Gesetze der Physik sollen verhindern, dass sich makroskopische Objekte durch die Zeit bewegen.

Obwohl vorübergehend S Da Schleifen zulässig sind, wenn sie über Historien summiert werden, sind ihre Wahrscheinlichkeiten äußerst gering. Basierend auf den oben erwähnten Dualitätsbeziehungen habe ich die Wahrscheinlichkeit geschätzt, dass Kip Thorne in der Zeit zurückreisen und seinen Großvater töten könnte: Sie lag bei weniger als eins zu zehn hoch Billionen Billionen Billionen Billionen Billionen.

Es ist nur eine überraschend geringe Wahrscheinlichkeit, aber wenn Sie sich Kips Foto genau ansehen, werden Sie eine leichte Trübung an den Rändern bemerken. Es entspricht der verschwindend geringen Wahrscheinlichkeit, dass irgendein Schurke aus der Zukunft in die Vergangenheit reist und seinen Großvater tötet, und deshalb ist Kip nicht wirklich hier.

Da wir so ein Glücksspieltyp sind, würden Kip und ich gerne auf eine Anomalie wie diese wetten. Das Problem ist jedoch, dass wir dies nicht tun können, weil wir derzeit derselben Meinung sind. Und ich werde mit niemand anderem wetten. Was wäre, wenn sich herausstellt, dass er ein Außerirdischer aus der Zukunft ist, der weiß, dass Zeitreisen möglich sind?

Hatten Sie das Gefühl, dass dieses Kapitel auf Geheiß der Regierung geschrieben wurde, um die Realität von Zeitreisen zu verbergen? Vielleicht hast du Recht.

Eine Weltlinie ist ein Weg in der vierdimensionalen Raumzeit. Zeitähnliche Weltlinien kombinieren Bewegung im Raum mit natürlicher Vorwärtsbewegung in der Zeit. Nur entlang solcher Linien können materielle Objekte folgen.

Endlich – endliche Dimensionen haben.

Als einer der brillantesten Wissenschaftler unserer Zeit, der nicht nur für die Kühnheit seiner Ideen, sondern auch für die Klarheit und den Witz seines Ausdrucks bekannt ist, führt uns Hawking an die Spitze der Forschung, wo die Wahrheit seltsamer erscheint als Fiktion, um sie zu erklären einfache Begriffe die Prinzipien, die das Universum regieren.

Wunderschöne Farbillustrationen begleiten uns auf dieser Reise durch ein Wunderland, in dem sich Teilchen, Membranen und Fäden in elf Dimensionen bewegen, in dem schwarze Löcher verdampfen und in dem der kosmische Samen, aus dem unser Universum erwuchs, eine winzige Nuss war.

Stephen Hawking
Die Welt auf den Punkt gebracht

Vorwort

Ich hätte nicht erwartet, dass mein Sachbuch „Eine kurze Geschichte der Zeit“ so erfolgreich sein würde. Es blieb mehr als vier Jahre lang auf der Bestsellerliste der London Sunday Times – länger als jedes andere Buch, was für eine Publikation über Wissenschaft besonders überraschend ist, da sie normalerweise nicht so schnell ausverkauft sind. Dann begannen die Leute zu fragen, wann mit einer Fortsetzung zu rechnen sei. Ich habe mich gewehrt, ich wollte nicht so etwas wie „Fortsetzung einer Kurzgeschichte“ oder „Ein bisschen mehr“ schreiben lange Geschichte Zeit.“ Und ich war auch mit Recherche beschäftigt. Doch nach und nach wurde klar, dass ich ein weiteres Buch schreiben könnte, das die Chance hatte, leichter verständlich zu sein. „Eine kurze Geschichte der Zeit“ war nach einem linearen Schema aufgebaut: in den meisten Fällen In einigen Fällen ist jedes nachfolgende Kapitel logisch mit den vorherigen verbunden. Einigen Lesern hat es gefallen, aber andere, die in den ersten Kapiteln steckengeblieben sind, kamen nie zu interessanteren Themen. Dieses Buch ist anders aufgebaut – es ähnelt eher einem Baum: Kapitel 1 und 2 bilden einen Stamm, von dem aus die Zweige der übrigen Kapitel ausgehen.

Diese „Zweige“ sind weitgehend unabhängig voneinander und der Leser kann sich, nachdem er sich ein Bild vom „Stamm“ gemacht hat, in beliebiger Reihenfolge mit ihnen vertraut machen. Sie beziehen sich auf Bereiche, in denen ich seit der Veröffentlichung von A Brief History of Time gearbeitet oder über die ich nachgedacht habe. Das heißt, sie spiegeln die sich am aktivsten entwickelnden Bereiche wider moderne Forschung. Innerhalb jedes Kapitels habe ich auch versucht, davon wegzukommen lineare Struktur. Abbildungen und Bildunterschriften weisen den Leser auf einen alternativen Weg, wie in An Illustrated Brief History of Time aus dem Jahr 1996. Seitenleisten und Randnotizen ermöglichen es, einige Themen ausführlicher zu behandeln, als dies im Haupttext möglich ist.

Als „Eine kurze Geschichte der Zeit“ 1988 zum ersten Mal veröffentlicht wurde, war der Eindruck so letzte Theorie Er zeichnete sich gerade noch am Horizont ab. Wie hat sich die Situation seitdem verändert? Sind wir unserem Ziel schon näher gekommen? Wie Sie in diesem Buch erfahren werden, waren die Fortschritte dramatisch. Doch die Reise geht noch weiter und ein Ende ist nicht in Sicht. Wie man so schön sagt: Es ist besser, die Reise hoffnungsvoll fortzusetzen, als am Ziel anzukommen. Unsere Suchen und Entdeckungen fördern die Kreativität in allen Bereichen, nicht nur in der Wissenschaft. Wenn wir das Ende des Weges erreichen, wird der menschliche Geist verkümmern und sterben. Aber ich glaube nicht, dass wir jemals aufhören werden: Wir werden uns, wenn nicht in die Tiefe, dann in Richtung Komplexität bewegen und dabei immer im Zentrum des sich erweiternden Horizonts der Möglichkeiten bleiben.

Bei der Arbeit an diesem Buch hatte ich viele Helfer. Ich möchte besonders Thomas Hertog und Neil Shearer für ihre Hilfe bei Abbildungen, Bildunterschriften und Seitenleisten danken, Anne Harris und Kitty Fergusson, die das Manuskript (oder genauer gesagt die Computerdateien, da alles, was ich schreibe, in elektronischer Form vorliegt) bearbeitet haben, Philip Dunn von Book Laboratory und Moonrunner Design, die die Illustrationen erstellt haben. Aber ich möchte auch allen danken, die mir die Möglichkeit gegeben haben, ein normales Leben zu führen und mich zu engagieren wissenschaftliche Forschung. Ohne sie wäre dieses Buch nicht geschrieben worden.

Kapitel 1
Eine kurze Geschichte der Relativitätstheorie

Wie Einstein den Grundstein legte
zwei grundlegende Theorien des 20. Jahrhunderts:
Allgemeine Relativitätstheorie und Quantenmechanik

Albert Einstein, der Schöpfer der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie, wurde 1879 in der deutschen Stadt Ulm geboren; die Familie zog später nach München, wo der Vater des zukünftigen Wissenschaftlers Hermann und sein Onkel Jacob ein Kind hatten kleines und nicht sehr erfolgreiches Elektrotechnikunternehmen. Albert war kein Wunderkind, aber die Behauptung, er habe in der Schule versagt, scheint übertrieben zu sein. 1894 scheiterte das Geschäft seines Vaters und die Familie zog nach Mailand. Seine Eltern beschlossen, Albert bis zu seinem Schulabschluss in Deutschland zu lassen, aber er konnte den deutschen Autoritarismus nicht ertragen und verließ nach ein paar Monaten die Schule und ging nach Italien, um sich seiner Familie anzuschließen. Später schloss er seine Ausbildung in Zürich ab und erhielt 1900 ein Diplom vom renommierten Polytechnikum ( E idgenössische T echnische H ochschule – Höhere technische Schule). Einsteins Hang zum Streit und seine Abneigung gegen seine Vorgesetzten hinderten ihn daran, Beziehungen zu ETH-Professoren aufzubauen, weshalb ihm keiner von ihnen die Stelle eines Assistenten anbot, mit der er normalerweise seine akademische Laufbahn begann. Nur zwei Jahre später gelang es dem jungen Mann schließlich, eine Anstellung als Hilfsbeamter beim Schweizerischen Patentamt in Bern zu bekommen. In dieser Zeit, im Jahr 1905, verfasste er drei Aufsätze, die Einstein nicht nur zu einem der weltweit führenden Wissenschaftler machten, sondern auch den Beginn zweier wissenschaftlicher Revolutionen markierten – Revolutionen, die unsere Vorstellungen von Zeit, Raum und Realität selbst veränderten.

ZU Ende des 19. Jahrhunderts Jahrhunderte lang glaubten Wissenschaftler, einer umfassenden Beschreibung des Universums nahe gekommen zu sein. Ihren Vorstellungen zufolge war der Raum mit einem kontinuierlichen Medium gefüllt – dem „Äther“. Lichtstrahlen und Radiosignale wurden als Wellen des Äthers betrachtet, ebenso wie Schall Wellen der Luftdichte sind. Zur Vervollständigung der Theorie war lediglich eine sorgfältige Messung der elastischen Eigenschaften des Äthers erforderlich. Mit diesem Ziel vor Augen wurde das Jefferson Laboratory an der Harvard University ohne einen einzigen Eisennagel gebaut, um mögliche Störungen bei feinsten magnetischen Messungen zu vermeiden. Allerdings vergaßen die Planer, dass der rotbraune Ziegelstein, der für den Bau des Labors und der meisten anderen Gebäude in Harvard verwendet wurde, erhebliche Mengen Eisen enthält. Das Gebäude wird noch heute genutzt, aber Harvard weiß noch nicht, wie viel Gewicht die Böden der Bibliothek, die keine Eisennägel enthalten, aushalten können.

Gegen Ende des Jahrhunderts begann das Konzept eines alles durchdringenden Äthers auf Schwierigkeiten zu stoßen. Von Licht wurde erwartet, dass es sich mit einer festen Geschwindigkeit durch den Äther bewegt. Wenn Sie sich jedoch selbst in der gleichen Richtung wie das Licht durch den Äther bewegen, sollte die Lichtgeschwindigkeit langsamer erscheinen, und wenn Sie sich in die entgegengesetzte Richtung bewegen, sollte die Geschwindigkeit geringer erscheinen Licht scheint schneller zu sein (Abbildung 1.1). ).

Stephen Hawking

Die Welt auf den Punkt gebracht

Vorwort

Ich hätte nicht erwartet, dass mein Sachbuch „Eine kurze Geschichte der Zeit“ so erfolgreich sein würde. Es blieb mehr als vier Jahre lang auf der Bestsellerliste der Londoner Sunday Times – länger als jedes andere Buch, was für eine Publikation über Wissenschaft besonders überraschend ist, da sie normalerweise nicht so schnell ausverkauft sind. Dann begannen die Leute zu fragen, wann mit einer Fortsetzung zu rechnen sei. Ich zögerte, ich wollte nicht so etwas wie „Fortsetzung einer Kurzgeschichte“ oder „Eine etwas längere Zeitgeschichte“ schreiben. Ich war auch mit der Recherche beschäftigt. Aber nach und nach wurde klar, dass ein anderes Buch geschrieben werden könnte, das die Chance hätte, leichter verständlich zu sein. „Eine kurze Geschichte der Zeit“ war nach einem linearen Muster aufgebaut: In den meisten Fällen ist jedes nachfolgende Kapitel logisch mit den vorherigen verbunden. Einigen Lesern gefiel es, andere blieben jedoch in den ersten Kapiteln stecken und kamen nie zu den interessanteren Themen. Dieses Buch ist anders aufgebaut – es ähnelt eher einem Baum: Kapitel 1 und 2 bilden einen Stamm, von dem aus die Zweige der restlichen Kapitel ausgehen.

Diese „Zweige“ sind weitgehend unabhängig voneinander und nachdem der Leser eine Vorstellung vom „Stamm“ gewonnen hat, kann er sie in beliebiger Reihenfolge kennenlernen. Sie beziehen sich auf Bereiche, in denen ich seit der Veröffentlichung von A Brief History of Time gearbeitet oder über die ich nachgedacht habe. Das heißt, sie spiegeln die sich am aktivsten entwickelnden Bereiche der modernen Forschung wider. In jedem Kapitel habe ich auch versucht, von einer linearen Struktur wegzukommen. Abbildungen und Bildunterschriften weisen den Leser auf einen alternativen Weg, wie in An Illustrated Brief History of Time aus dem Jahr 1996. Seitenleisten und Randnotizen ermöglichen es, einige Themen ausführlicher zu behandeln, als dies im Haupttext möglich ist.

Als „Eine kurze Geschichte der Zeit“ 1988 zum ersten Mal veröffentlicht wurde, hatte man den Eindruck, dass die endgültige Theorie von Allem gerade erst am Horizont auftauchte. Wie hat sich die Situation seitdem verändert? Sind wir unserem Ziel schon näher gekommen? Wie Sie in diesem Buch erfahren werden, waren die Fortschritte dramatisch. Doch die Reise geht noch weiter und ein Ende ist nicht in Sicht. Wie man so schön sagt: Es ist besser, die Reise hoffnungsvoll fortzusetzen, als am Ziel anzukommen. Unsere Suchen und Entdeckungen fördern die Kreativität in allen Bereichen, nicht nur in der Wissenschaft. Wenn wir das Ende des Weges erreichen, wird der menschliche Geist verkümmern und sterben. Aber ich glaube nicht, dass wir jemals aufhören werden: Wir werden uns, wenn nicht in die Tiefe, dann in Richtung Komplexität bewegen und dabei immer im Zentrum des sich erweiternden Horizonts der Möglichkeiten bleiben.

Bei der Arbeit an diesem Buch hatte ich viele Helfer. Ich möchte besonders Thomas Hertog und Neil Shearer für ihre Hilfe bei Abbildungen, Bildunterschriften und Seitenleisten danken, Anne Harris und Kitty Fergusson, die das Manuskript (oder genauer gesagt die Computerdateien, da alles, was ich schreibe, in elektronischer Form vorliegt) bearbeitet haben, Philip Dunn von Book Laboratory und Moonrunner Design, die die Illustrationen erstellt haben. Ich möchte aber auch allen danken, die mir die Möglichkeit gegeben haben, ein normales Leben zu führen und mich an der wissenschaftlichen Forschung zu beteiligen. Ohne sie wäre dieses Buch nicht geschrieben worden.

Eine kurze Geschichte der Relativitätstheorie

Wie Einstein den Grundstein legte

zwei grundlegende Theorien des 20. Jahrhunderts:

Allgemeine Relativitätstheorie und Quantenmechanik

Ende des 19. Jahrhunderts glaubten Wissenschaftler, einer umfassenden Beschreibung des Universums nahe gekommen zu sein. Ihren Vorstellungen zufolge war der Raum mit einem kontinuierlichen Medium gefüllt – dem „Äther“. Lichtstrahlen und Radiosignale wurden als Wellen des Äthers betrachtet, ebenso wie Schall Wellen der Luftdichte sind. Zur Vervollständigung der Theorie war lediglich eine sorgfältige Messung der elastischen Eigenschaften des Äthers erforderlich. Mit diesem Ziel vor Augen wurde das Jefferson Laboratory an der Harvard University ohne einen einzigen Eisennagel gebaut, um mögliche Störungen bei feinsten magnetischen Messungen zu vermeiden. Allerdings vergaßen die Planer, dass der rotbraune Ziegelstein, der für den Bau des Labors und der meisten anderen Gebäude in Harvard verwendet wurde, erhebliche Mengen Eisen enthält. Das Gebäude wird noch heute genutzt, aber Harvard weiß noch nicht, wie viel Gewicht die Böden der Bibliothek, die keine Eisennägel enthalten, aushalten können.

Reis. 1.1 Die Theorie des stationären Äthers

Wenn Licht eine Welle in einer elastischen Substanz namens Äther wäre, würde seine Geschwindigkeit für jemanden, der sich in einem Raumschiff darauf zubewegt, schneller erscheinen (a) und für jemanden, der sich in die gleiche Richtung wie das Licht bewegt, langsamer (b).

In einer Reihe von Experimenten konnten diese Vorstellungen jedoch nicht bestätigt werden. Die genaueste und korrekteste davon wurde 1887 von Albert Michelson und Edward Morley an der Case School of Applied Sciences in Cleveland, Ohio, durchgeführt. Sie verglichen die Lichtgeschwindigkeit zweier Strahlen, die im rechten Winkel zueinander liefen. Während sich die Erde um ihre Achse dreht und um die Sonne dreht, ändern sich Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung der Ausrüstung durch den Äther (Abb. 1.2). Michelson und Morley fanden jedoch keine täglichen oder jährlichen Unterschiede in der Lichtgeschwindigkeit in den beiden Strahlen. Es stellte sich heraus, dass sich Licht immer mit der gleichen Geschwindigkeit relativ zu Ihnen bewegte, egal wie schnell und in welche Richtung Sie sich bewegten (Abb. 1.3).

Reis. 1.2

Es wurden keine Unterschiede zwischen der Lichtgeschwindigkeit in Richtung der Erdumlaufbahn und der Lichtgeschwindigkeit in senkrechter Richtung festgestellt.

Basierend auf dem Michelson-Morley-Experiment schlugen der irische Physiker George Fitzgerald und der niederländische Physiker Hendrik Lorentz vor, dass sich Körper, die sich durch den Äther bewegen, zusammenziehen und die Uhren langsamer gehen sollten. Diese Kompression und Verlangsamung ist so groß, dass Menschen immer die gleiche Lichtgeschwindigkeit messen, unabhängig davon, wie sie sich relativ zum Äther bewegen. (Fitzgerald und Lorentz betrachteten den Äther immer noch als eine reale Substanz.) In einem Artikel vom Juni 1905 stellte Einstein jedoch fest, dass, wenn niemand feststellen kann, ob er sich durch den Äther bewegt oder nicht, das eigentliche Konzept eines Äthers wird überflüssig. Stattdessen ging er von dem Postulat aus, dass die Gesetze der Physik für alle sich frei bewegenden Beobachter gleich sein müssen. Insbesondere sollten alle, die die Lichtgeschwindigkeit messen, den gleichen Wert erhalten, egal wie schnell sie sich selbst bewegen. Die Lichtgeschwindigkeit ist unabhängig von ihren Bewegungen und in alle Richtungen gleich.

Im Jahr 1988 stellte Stephen Hawkings rekordverdächtiges Buch „A Brief History of Time“ Lesern auf der ganzen Welt die Ideen dieses bemerkenswerten theoretischen Physikers vor. Und hier ist ein neues wichtiges Ereignis: Hawking ist zurück! Die wunderschön illustrierte Fortsetzung „The World in a Nutshell“ enthüllt die Essenz von wissenschaftliche Entdeckungen, die nach der Veröffentlichung seines ersten, weithin anerkannten Buches entstanden.

Als einer der brillantesten Wissenschaftler unserer Zeit, der nicht nur für die Kühnheit seiner Ideen, sondern auch für die Klarheit und den Witz seines Ausdrucks bekannt ist, führt uns Hawking an die Spitze der Forschung, wo die Wahrheit seltsamer erscheint als Fiktion, um sie zu erklären einfache Begriffe die Prinzipien, die das Universum regieren.

Wie viele theoretische Physiker sehnt sich Hawking danach, den Heiligen Gral der Wissenschaft zu finden – die Theorie von allem, die die Grundlage des Kosmos bildet. Es ermöglicht uns, die Geheimnisse des Universums zu berühren: von der Supergravitation bis zur Supersymmetrie, von der Quantentheorie bis zur M-Theorie, von der Holographie bis zu Dualitäten. Gemeinsam begeben wir uns auf ein faszinierendes Abenteuer, während er über seine Versuche spricht, auf der Grundlage von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie und Richard Feynmans Idee mehrerer Geschichten eine vollständig einheitliche Theorie zu schaffen, die alles beschreibt, was im Universum geschieht.

Wir begleiten ihn auf einer außergewöhnlichen Reise durch die Raumzeit, und prächtige Farbillustrationen dienen als Orientierungspunkte auf dieser Reise durch ein surreales Wunderland, in dem sich Teilchen, Membranen und Fäden in elf Dimensionen bewegen, in dem schwarze Löcher verdampfen und ihre Geheimnisse mit sich nehmen, und wo der kosmische Samen, aus dem unser Universum erwuchs, eine winzige Nuss war.

STEPHEN HAWKING
Das Universum auf den Punkt gebracht
Aus dem Englischen übersetzt von A. G. Sergeev
Die Veröffentlichung wurde mit Unterstützung der Dynasty Foundation von Dmitry Zimin erstellt
SPb: Amphore. TID Amphora, 2007. - 218 S.

Kapitel 5. Die Vergangenheit schützen

Darüber, ob Zeitreisen möglich sind und ob eine hochentwickelte Zivilisation, die in die Vergangenheit zurückkehrt, in der Lage ist, diese zu verändern

Weil Stephen Hawking (der eine frühere Wette zu diesem Thema verlor, weil er seine Forderungen zu allgemein formulierte) weiterhin fest davon überzeugt ist, dass nackte Singularitäten verflucht sind und durch die Gesetze der klassischen Physik verboten werden sollten, und weil John Preskill und Kip Thorne (die die vorherige gewonnen haben). (Wette) – glauben immer noch, dass nackte Singularitäten als Quantengravitationsobjekte im beobachtbaren Universum existieren können, ohne vom Horizont verdeckt zu werden, schlug Hawking vor, und Preskill/Thorne akzeptierten die folgende Wette:

Da jede Form klassischer Materie oder Feldes, die in der flachen Raumzeit nicht singulär werden kann, den klassischen Gleichungen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie gehorcht, kann die dynamische Entwicklung aus beliebigen Anfangsbedingungen (d. h. aus jedem offenen Satz von Anfangsdaten) niemals ein erzeugen nackte Singularität (unvollständige Null-Geodäte von I + mit Endpunkt in der Vergangenheit).

Der Verlierer belohnt den Gewinner mit Kleidung, damit dieser seine Nacktheit bedecken kann. Auf der Kleidung muss eine entsprechende Botschaft eingestickt sein.

Die Grundlage aller modernen Diskussionen über Zeitreisen ist Einsteins allgemeine Relativitätstheorie. Wie in den vorherigen Kapiteln zu sehen war, verleihen Einsteins Gleichungen Raum und Zeit Dynamik, indem sie beschreiben, wie sie durch Materie und Energie im Universum gebogen und verzerrt werden. In der Allgemeinen Relativitätstheorie nimmt die persönliche Zeit eines jeden, gemessen mit einer Armbanduhr, immer zu, genau wie in Newtons Theorie oder in der flachen Raumzeit der Speziellen Relativitätstheorie. Aber vielleicht wird die Raumzeit so verdreht sein, dass Sie mit einem Raumschiff wegfliegen und vor Ihrer Abreise zurückkehren können (Abb. 5.1).

Dies kann beispielsweise passieren, wenn es Wurmlöcher gibt – die in Kapitel 4 erwähnten Raum-Zeit-Röhren, die verschiedene Regionen davon verbinden. Die Idee besteht darin, ein Raumschiff in einen Mund eines Wurmlochs zu schicken und an einem völlig anderen Ort und zu einer völlig anderen Zeit aus einem anderen wieder herauszukommen (Abb. 5.2).

Es lohnt sich also, darüber nachzudenken, was passiert, wenn es Ihnen beispielsweise gelingt, Ihre Rakete auf der Startrampe in die Luft zu jagen, um Ihren eigenen Flug zu verhindern. Dies ist eine Variation des berühmten Paradoxons: Was würde passieren, wenn Sie in die Vergangenheit reisen und Ihren eigenen Großvater töten würden, bevor er Ihren Vater empfangen könnte (Abbildung 5.3)?

Das Paradox entsteht hier natürlich nur, wenn wir davon ausgehen, dass man in der Vergangenheit tun und lassen kann, was man will. Dieses Buch ist nicht der Ort für philosophische Diskussionen über den freien Willen. Stattdessen konzentrieren wir uns darauf, ob die Gesetze der Physik eine Verdrehung der Raumzeit ermöglichen, sodass ein makroskopischer Körper wie ein Raumschiff in seine Vergangenheit zurückkehren kann. Nach Einsteins Theorie bewegt sich ein Raumschiff immer mit einer Geschwindigkeit, die geringer ist als die lokale Lichtgeschwindigkeit in der Raumzeit, und folgt der sogenannten zeitähnlichen Weltlinie. Damit lässt sich die Frage technisch umformulieren: Kann es geschlossene zeitartige Kurven in der Raumzeit geben, also solche, die immer wieder zu ihrem Ausgangspunkt zurückkehren? Ich werde solche Flugbahnen „zeitlich“ nennen S mi Schleifen.“

Sie können auf drei Ebenen nach einer Antwort auf die gestellte Frage suchen. Die erste ist die Ebene von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie, die impliziert, dass das Universum eine klar definierte Geschichte ohne jegliche Unsicherheit hat. Für diese klassische Theorie haben wir ein vollständiges Bild. Allerdings kann eine solche Theorie, wie wir gesehen haben, nicht absolut genau sein, da Materie laut Beobachtungen Unsicherheiten und Quantenfluktuationen unterliegt.

Kosmische Strings sollten nicht mit den Elementarobjekten der Stringtheorie verwechselt werden, mit denen sie überhaupt nichts zu tun haben. Solche Objekte haben eine Ausdehnung, aber gleichzeitig einen winzigen Querschnitt. Ihre Existenz wird in einigen Elementarteilchentheorien vorhergesagt. Die Raumzeit außerhalb einer einzelnen kosmischen Saite ist flach. Allerdings hat diese flache Raumzeit einen keilförmigen Ausschnitt, dessen Spitze knapp auf der Saite liegt. Es ist ähnlich wie bei einem Kegel: Nehmen Sie einen großen Kreis aus Papier und schneiden Sie daraus einen Sektor aus, ähnlich einem Kuchenstück, dessen Spitze sich in der Mitte des Kreises befindet. Nachdem Sie das ausgeschnittene Stück entfernt haben, kleben Sie die Schnittkanten auf den verbleibenden Teil – Sie erhalten einen Kegel. Es stellt die Raumzeit dar, in der die kosmische Saite existiert (Abb. 5.5).

Kosmische Strings enthalten Materie mit einer positiven Energiedichte, was mit der heute bekannten Physik übereinstimmt. Allerdings ist die Verdrehung des Raumes, die zu Vorübergehendem führt S Es schlängelt sich, erstreckt sich bis ins Unendliche im Raum und bis in die endlose Vergangenheit in der Zeit. Solche Raum-Zeit-Strukturen ermöglichen also zunächst konstruktionsbedingt die Möglichkeit von Zeitreisen. Es gibt keinen Grund zu der Annahme, dass unser eigenes Universum nach solch einem perversen Stil gestaltet ist; wir haben keine verlässlichen Beweise für das Erscheinen von Gästen aus der Zukunft. (Ich zähle nicht die Verschwörungstheorien mit, dass UFOs aus der Zukunft kommen und die Regierung davon weiß, aber die Wahrheit verheimlicht. Normalerweise verbergen sie Dinge, die nicht so toll sind.) Ich gehe also davon aus, dass das nur vorübergehend ist S x-Schleifen existierten in der fernen Vergangenheit nicht, oder genauer gesagt, in der Vergangenheit relativ zu einer Oberfläche in der Raumzeit, die ich bezeichnen werde S. Frage: Kann eine hochentwickelte Zivilisation eine Zeitmaschine bauen? Das heißt, kann es die Raumzeit in der Zukunft relativ dazu verändern? S(über der Oberfläche S im Diagramm), so dass Schleifen nur im Bereich endlicher Größe erscheinen? Ich sage ein begrenztes Gebiet, weil eine Zivilisation, egal wie fortgeschritten sie ist, scheinbar nur einen begrenzten Teil des Universums kontrollieren kann. In der Wissenschaft bedeutet die richtige Formulierung eines Problems oft, den Schlüssel zu seiner Lösung zu finden, und der Fall, den wir betrachten, ist es gut dafür Illustration. Zur Definition einer endlichen Zeitmaschine greife ich auf eines meiner alten Werke zurück. Zeitreisen sind in einigen Regionen der Raumzeit möglich, in denen es vorübergehende gibt S e-Schleifen, also Flugbahnen mit Unterlichtgeschwindigkeit, denen es aufgrund der Krümmung der Raumzeit dennoch gelingt, zum ursprünglichen Ort und zur ursprünglichen Zeit zurückzukehren. Da ich davon ausging, dass es in der fernen Vergangenheit vorübergehend war S x gab es keine Schleifen, es muss, wie ich es nenne, einen „Zeitreisehorizont“ geben – eine Grenze, die den Bereich trennt, der die Zeit enthält S e-Schleifen aus dem Bereich, in dem sie nicht vorhanden sind (Abb. 5.8).

Mit der Übernahme dieses Zeitmaschinenkriteriums bietet sich eine wunderbare Gelegenheit, die von Roger Penrose und mir entwickelten Methoden zur Untersuchung von Singularitäten und Schwarzen Löchern zu nutzen. Auch ohne Einsteins Gleichungen kann ich das zeigen Allgemeiner Fall Ein endlich erzeugter Horizont enthält Lichtstrahlen, die sich treffen und immer wieder zum selben Punkt zurückkehren. Während es kreist, erfährt das Licht jedes Mal eine immer stärkere Blauverschiebung und die Bilder werden immer blauer. Die Wellenbuckel im Strahl rücken immer näher zueinander und die Intervalle, durch die das Licht zurückkehrt, werden immer kürzer. Tatsächlich hat ein Lichtteilchen, wenn man es zu seiner Zeit betrachtet, eine endliche Geschichte, auch wenn es in einem endlichen Bereich Kreise zieht und nicht den singulären Krümmungspunkt trifft.

In der klassischen Theorie ist die Energiedichte immer positiv, sodass die Existenz einer endlichen Zeitmaschine auf dieser Ebene ausgeschlossen ist. Aber die Situation ändert sich in der semiklassischen Theorie, wo das Verhalten der Materie im Einklang mit der Quantentheorie betrachtet wird und die Raumzeit als wohldefiniert, klassisch betrachtet wird. Wie wir gesehen haben, bedeutet das Unschärfeprinzip in der Quantentheorie, dass Felder auch im scheinbar leeren Raum immer auf und ab schwanken und eine unendliche Energiedichte haben. Denn nur durch Subtraktion eines unendlichen Wertes erhalten wir die endliche Energiedichte, die wir im Universum beobachten. Diese Subtraktion kann zumindest lokal auch eine negative Energiedichte erzeugen. Selbst im flachen Raum kann man Quantenzustände finden, in denen die Energiedichte lokal negativ ist, obwohl die Gesamtenergie positiv ist. Ich frage mich, ob diese negativen Werte tatsächlich dazu führen, dass sich die Raumzeit verbiegt, sodass eine endliche Zeitmaschine entsteht? Es sieht so aus, als ob sie dazu führen sollten. Wie aus Kapitel 4 deutlich wird, führen Quantenfluktuationen dazu, dass selbst scheinbar leerer Raum mit Paaren virtueller Teilchen gefüllt ist, die zusammen erscheinen, auseinanderfliegen und dann wieder zusammenlaufen und sich gegenseitig vernichten (Abb. 5.10). Eines der Elemente des virtuellen Paares wird positive Energie haben und das andere wird negative Energie haben. Wenn es ein Schwarzes Loch gibt, kann ein Teilchen mit negativer Energie hineinfallen, und ein Teilchen mit positiver Energie kann in die Unendlichkeit fliegen, wo es als Strahlung erscheint, die positive Energie vom Schwarzen Loch wegträgt. Und Partikel mit negativer Energie, die in ein Schwarzes Loch fallen, führen zu einer Verringerung seiner Masse und einer langsamen Verdunstung, begleitet von einer Verringerung der Größe des Horizonts (Abb. 5.11).

Die Verdampfung von Schwarzen Löchern zeigt, dass die Energiedichte auf Quantenebene manchmal negativ sein und die Raumzeit in die Richtung biegen kann, die für den Bau einer Zeitmaschine erforderlich wäre. Man kann sich also eine Zivilisation vorstellen, die sich in einem so hohen Entwicklungsstadium befindet, dass sie in der Lage ist, eine ausreichend große negative Energiedichte zu erreichen, um eine Zeitmaschine zu erhalten, die für makroskopische Objekte wie Raumschiffe geeignet wäre. Es gibt jedoch einen erheblichen Unterschied zwischen dem Horizont eines Schwarzen Lochs, der aus Lichtstrahlen besteht, die sich einfach weiterbewegen, und dem Horizont einer Zeitmaschine, der geschlossene Lichtstrahlen enthält, die sich einfach im Kreis bewegen. Ein virtuelles Teilchen, das sich immer wieder auf einem solchen geschlossenen Weg bewegt, würde seine Grundzustandsenergie auf denselben Punkt bringen. Deshalb müssen wir damit rechnen, dass am Horizont, also an der Grenze der Zeitmaschine – dem Bereich, in dem man in die Vergangenheit reisen kann – die Energiedichte unendlich sein wird. Dies wird durch exakte Berechnungen in einer Reihe von Spezialfällen bestätigt, die einfach genug sind, um eine exakte Lösung zu erhalten. Es stellt sich heraus, dass ein Mensch oder eine Raumsonde, die versucht, den Horizont zu überqueren und in die Zeitmaschine einzudringen, durch den Strahlungsvorhang vollständig zerstört wird (Abb. 5.12). Die Zukunft der Zeitreise sieht also ziemlich düster aus (oder sollten wir sagen blendend rosig?).

Teilchen mit einer solchen geschlossenen Kreislaufgeschichte können an Beschleunigern nicht beobachtet werden. Ihre Nebenwirkungen können jedoch durch die Beobachtung einer Reihe experimenteller Effekte gemessen werden. Eine davon ist eine leichte Verschiebung der von Wasserstoffatomen emittierten Strahlung, die durch die Bewegung von Elektronen in geschlossenen Schleifen verursacht wird. Die andere ist eine kleine Kraft, die zwischen parallelen Metallplatten wirkt und dadurch verursacht wird, dass zwischen ihnen etwas weniger geschlossene Schleifen angeordnet sind als in den äußeren Bereichen – dies ist eine weitere äquivalente Behandlung des Casimir-Effekts. Somit wird die Existenz von in einer Schleife geschlossenen Geschichten durch Experimente bestätigt (Abb. 5.15).

Es ist fraglich, ob solche Schleifengeschichten von Teilchen etwas mit der Krümmung der Raumzeit zu tun haben, da sie sogar vor einem so unveränderlichen Hintergrund wie dem flachen Raum erscheinen. Aber in den letzten Jahren haben wir entdeckt, dass physikalische Phänomene oft gleichermaßen gültige Doppelbeschreibungen haben. Man kann auch sagen, dass sich Teilchen in geschlossenen Kreisen vor einem konstanten Hintergrund bewegen oder dass sie bewegungslos bleiben, während die Raumzeit um sie herum schwankt. Es kommt auf die Frage an: Wollen Sie zuerst die Flugbahnen der Teilchen und dann die gekrümmten Raumzeiten summieren oder umgekehrt?

Diese Frage kann untersucht werden, indem Summen über die Geschichte materieller Felder in einer Folge von Hintergrundraumzeiten betrachtet werden, die immer näher an die Möglichkeit von Zeitschleifen heranrücken. Es wäre natürlich, das in dem Moment zu erwarten, in dem es nur vorübergehend ist A Wenn die Schleife zum ersten Mal erscheint, passiert gleich etwas Bedeutendes. Genau das geschah in einem einfachen Beispiel, das ich mit meinem Schüler Michael Cassidy studiert habe.

Betrachten Sie nun die Summe über die Geschichte eines Teilchens in Einsteins rotierendem Universum. Wenn die Rotation langsam ist, gibt es viele Wege, die ein Teilchen für eine bestimmte Energiemenge nehmen kann. Daher ergibt die Summierung aller Geschichten eines Teilchens vor einem solchen Hintergrund eine große Amplitude. Das bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit eines solchen Hintergrunds, wenn man alle Geschichten der gekrümmten Raumzeit summiert, hoch ist, das heißt, es handelt sich um eine der wahrscheinlicheren Geschichten. Wenn sich jedoch die Rotationsgeschwindigkeit von Einsteins Universum einem kritischen Punkt nähert und die Bewegungsgeschwindigkeit seiner äußeren Regionen sich der Lichtgeschwindigkeit annähert, gibt es nur noch einen Pfad, der erlaubt ist Und m für klassische Teilchen am Rande des Universums, nämlich Bewegung mit Lichtgeschwindigkeit. Dies bedeutet, dass die Summe über die Geschichten des Teilchens klein sein wird, was bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeiten solcher räumlich-zeitlichen Ereignisse gering sind S x Hintergründe insgesamt für alle Geschichten der gekrümmten Raumzeit werden niedrig sein. Das heißt, sie werden am unwahrscheinlichsten sein.

Hatten Sie das Gefühl, dass dieses Kapitel auf Geheiß der Regierung geschrieben wurde, um die Realität von Zeitreisen zu verbergen? Vielleicht hast du Recht.

Endlich – endliche Dimensionen haben.

Stephen Hawking – die Welt auf den Punkt gebracht. Stephen Hawking „Die Welt auf den Punkt gebracht“

Kapitel 5

Die Vergangenheit schützen

Stephen Hawking Die Welt auf den Punkt gebracht

Vorwort

Kapitel 1 Eine kurze Geschichte der Relativitätstheorie

Kapitel 5. Die Vergangenheit schützen

Stephen Hawking
Die Welt auf den Punkt gebracht

Kapitel 1
Eine kurze Geschichte der Relativitätstheorie