Lesen Sie Stephen Hawkings „Brief History of the Universe“. Stephen Hawking: Eine kurze Geschichte der Zeit

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Stephen Hawking

EINE KURZE GESCHICHTE DER ZEIT:

VOM URKNALL BIS ZUM SCHWARZEN LÖCHER

Vorwort

Ich habe das Vorwort zur ersten Ausgabe von A Brief History of Time nicht geschrieben. Carl Sagan hat es geschafft. Stattdessen habe ich einen kurzen Abschnitt mit dem Titel „Danksagungen“ hinzugefügt, in dem ich ermutigt wurde, allen meinen Dank auszudrücken. Stimmt, einige davon gemeinnützige Stiftungen, die mich unterstützt haben, waren nicht sehr erfreut darüber, dass ich sie erwähnt habe – sie hatten viel mehr Bewerbungen.

Ich denke, dass niemand – weder der Verleger, noch mein Agent, noch nicht einmal ich selbst – damit gerechnet hat, dass das Buch einen solchen Erfolg haben würde. Es schaffte es auf die Bestsellerliste der Londoner Zeitung. Sunday Times bis zu 237 Wochen – das ist mehr als jedes andere Buch (natürlich ohne die Bibel und die Werke Shakespeares). Es wurde in etwa vierzig Sprachen übersetzt und in großer Zahl verkauft – auf 750 Erdbewohner, Männer, Frauen und Kinder, kommt etwa ein Exemplar. Wie Nathan Myhrvold von der Firma feststellte Microsoft(das ist mein ehemaliger Doktorand), ich habe mehr Bücher über Physik verkauft als Madonna Bücher über Sex verkauft hat.

Der Erfolg von „Eine kurze Geschichte der Zeit“ bedeutet, dass sich die Menschen sehr für grundlegende Fragen darüber interessieren, woher wir kommen und warum das Universum so ist, wie wir es kennen.

Ich nutzte die sich mir bietende Gelegenheit, das Buch durch neuere Beobachtungsdaten und theoretische Ergebnisse zu ergänzen, die nach der Veröffentlichung der ersten Auflage (1. April 1988, am 1. April 1988) gewonnen wurden. Ich habe ein neues Kapitel über Wurmlöcher und Zeitreisen hinzugefügt. Es scheint, dass Einsteins allgemeine Relativitätstheorie die Möglichkeit zulässt, Wurmlöcher zu schaffen und aufrechtzuerhalten – kleine Tunnel, die verschiedene Regionen der Raumzeit verbinden. In diesem Fall könnten wir sie nutzen, um uns schnell durch die Galaxie zu bewegen oder in die Vergangenheit zu reisen. Natürlich haben wir noch keinen einzigen Außerirdischen aus der Zukunft getroffen (oder vielleicht doch?), aber ich werde versuchen zu erraten, was die Erklärung dafür sein könnte.

Ich werde auch darüber sprechen, was bisher erreicht wurde In letzter Zeit Fortschritte bei der Suche nach „Dualität“ oder Korrespondenz zwischen scheinbar unterschiedlichen physikalischen Theorien. Diese Entsprechungen sind ein ernstzunehmender Beweis für die Existenz einer einheitlichen physikalischen Theorie. Sie deuten aber auch darauf hin, dass die Theorie möglicherweise nicht konsistent und grundlegend formuliert ist. Stattdessen in verschiedene Situationen man muss sich mit verschiedenen „Reflexionen“ der Grundtheorie begnügen. Ebenso können wir nicht die gesamte Erdoberfläche detailliert auf einer Karte abbilden und sind gezwungen, für verschiedene Gebiete unterschiedliche Karten zu verwenden. Eine solche Theorie würde unsere Vorstellungen über die Möglichkeit einer Vereinheitlichung der Naturgesetze revolutionieren.

Allerdings würde es das Wichtigste in keiner Weise beeinflussen: Das Universum unterliegt einer Reihe rationaler Gesetze, die wir entdecken und verstehen können.

Was den Beobachtungsaspekt betrifft, so war die wichtigste Errungenschaft hier natürlich die Messung von Schwankungen der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung im Rahmen des Projekts COBE(Englisch) Kosmischer Hintergrundforscher –„Forscher der kosmischen Hintergrundstrahlung“) 1
Schwankungen oder Anisotropien der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung wurden erstmals vom sowjetischen Relict-Projekt entdeckt. – Notiz wissenschaftlich Hrsg.

Und andere. Diese Schwankungen sind im Wesentlichen das „Siegel“ der Schöpfung. Wir sprechen von sehr kleinen Inhomogenitäten im frühen Universum, das ansonsten recht homogen war. Anschließend verwandelten sie sich in Galaxien, Sterne und andere Strukturen, die wir durch ein Teleskop beobachten. Die Formen der Fluktuationen stimmen mit den Vorhersagen eines Modells des Universums überein, das in der imaginären Zeitrichtung keine Grenzen kennt. Um das vorgeschlagene Modell jedoch anderen möglichen Erklärungen für CMB-Fluktuationen vorzuziehen, sind neue Beobachtungen erforderlich. In einigen Jahren wird sich herausstellen, ob unser Universum als völlig geschlossen betrachtet werden kann, ohne Anfang und Ende.

Stephen Hawking

Kapitel zuerst. Unser Bild vom Universum

Einmal las ein berühmter Wissenschaftler (man sagt, es sei Bertrand Russell gewesen). öffentliche Vorlesung in der Astronomie. Er sprach darüber, wie sich die Erde auf einer Umlaufbahn um die Sonne bewegt und wie sich die Sonne wiederum auf einer Umlaufbahn um das Zentrum einer riesigen Ansammlung von Sternen namens unserer Galaxie bewegt. Als der Vortrag zu Ende war, stand eine kleine ältere Frau in der hinteren Reihe des Publikums auf und sagte: „Alles, was hier gesagt wurde, ist völliger Unsinn.“ Die Welt ist eine flache Platte auf dem Rücken einer Riesenschildkröte. Der Wissenschaftler lächelte herablassend und fragte: „Worauf steht diese Schildkröte?“ „Sie sind ein sehr kluger junger Mann, sehr klug“, antwortete die Dame. „Eine Schildkröte steht auf einer anderen Schildkröte, und diese Schildkröte steht auf der nächsten und so weiter bis ins Unendliche!“

Die meisten würden es für lächerlich halten, unser Universum als einen unendlich hohen Schildkrötenturm auszugeben. Aber warum sind wir uns so sicher, dass unsere Vorstellung von der Welt besser ist? Was wissen wir wirklich über das Universum und woher wissen wir das alles? Wie ist das Universum entstanden? Was hält die Zukunft für sie bereit? Hatte das Universum einen Anfang und wenn ja, was kam davor? Was ist das Wesen der Zeit? Wird es jemals enden? Ist eine Zeitreise in die Vergangenheit möglich? Einige dieser seit langem bestehenden Fragen werden durch jüngste Durchbrüche in der Physik beantwortet, teilweise dank des Aufkommens fantastischer neuer Technologien. Eines Tages werden wir neue Erkenntnisse finden, die so offensichtlich sind wie die Tatsache, dass sich die Erde um die Sonne dreht. Oder vielleicht so absurd wie die Idee eines Schildkrötenturms. Nur die Zeit (was auch immer das ist) wird es zeigen.

Vor langer Zeit, 340 Jahre v. Chr., schrieb der griechische Philosoph Aristoteles eine Abhandlung „Über den Himmel“. Darin legte er zwei überzeugende Beweise dafür vor, dass die Erde kugelförmig und keineswegs flach wie eine Platte ist. Zuerst erkannte er, dass der Grund darin lag Mondfinsternisse– der Durchgang der Erde zwischen Sonne und Mond. Der Schatten, den die Erde auf den Mond wirft, ist immer rund, und das ist nur möglich, wenn auch die Erde rund ist. Wenn die Erde die Form einer flachen Scheibe hätte, wäre der Schatten typischerweise elliptisch; Sie wäre nur dann rund, wenn sich die Sonne während einer Sonnenfinsternis genau unter der Mitte der Scheibe befände. Zweitens wussten die alten Griechen aus der Erfahrung ihrer Reisen, dass der Nordstern im Süden näher am Horizont liegt als in nördlich gelegenen Gebieten. (Da sich der Nordstern über dem Nordpol befindet, sieht ihn ein Beobachter am Nordpol direkt über ihm, und ein Beobachter in der Nähe des Äquators sieht ihn direkt über dem Horizont.) Darüber hinaus basiert Aristoteles auf dem Unterschied in der scheinbaren Position von Der Nordstern konnte bei Beobachtungen in Ägypten und Griechenland den Erdumfang auf 400.000 Stadien schätzen. Wir wissen nicht genau, was ein Stade entsprach, aber wenn wir davon ausgehen, dass es etwa 180 Meter waren, dann ist die Schätzung von Aristoteles etwa doppelt so hoch wie der derzeit akzeptierte Wert. Die Griechen hatten noch ein drittes Argument für die runde Form der Erde: Wie sonst wäre es zu erklären, warum bei der Annäherung eines Schiffes an die Küste zunächst nur seine Segel und dann erst der Rumpf zu sehen sind?

Aristoteles glaubte, dass die Erde bewegungslos sei, und glaubte auch, dass Sonne, Mond, Planeten und Sterne sich auf Kreisbahnen um die Erde drehten. Er ließ sich von mystischen Überlegungen leiten: Die Erde ist laut Aristoteles das Zentrum des Universums und die Kreisbewegung ist die vollkommenste. Im 2. Jahrhundert n. Chr. baute Ptolemaios auf dieser Idee ein umfassendes kosmologisches Modell auf. Im Zentrum des Universums befand sich die Erde, umgeben von acht ineinander verschachtelten rotierenden Kugeln, und auf diesen Kugeln befanden sich der Mond, die Sonne, die Sterne und die fünf damals bekannten Planeten – Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn (Abb. 1.1). Jeder Planet bewegte sich relativ zu seiner Kugel in einem kleinen Kreis – um die sehr komplexen Flugbahnen dieser Himmelskörper zu beschreiben. Die Sterne waren an der äußeren Kugel befestigt und daher blieben ihre relativen Positionen unverändert, und die Konfiguration drehte sich als Ganzes am Himmel. Die Vorstellungen darüber, was sich außerhalb der äußeren Sphäre befand, blieben sehr vage, aber es befand sich sicherlich außerhalb des Teils des Universums, der der Menschheit zur Beobachtung zugänglich war.

Das Modell von Ptolemäus ermöglichte es, die Position der Himmelskörper recht genau vorherzusagen. Um jedoch eine Übereinstimmung zwischen Vorhersagen und Beobachtungen zu erreichen, musste Ptolemaios davon ausgehen, dass die Entfernung vom Mond zur Erde gleich ist andere Zeit könnte sich in zweifacher Hinsicht unterscheiden. Das bedeutete, dass die scheinbare Größe des Mondes manchmal doppelt so groß sein musste wie gewöhnlich! Ptolemaios war sich dieser Unzulänglichkeit seines Systems bewusst, was jedoch die fast einhellige Anerkennung seines Weltbildes nicht verhinderte. Die christliche Kirche akzeptierte das ptolemäische System, weil es ihrer Meinung nach mit der Heiligen Schrift übereinstimmte: Es gab viel Platz für Himmel und Hölle jenseits der Fixsternsphäre.

Doch 1514 schlug der polnische Priester Nikolaus Kopernikus ein einfacheres Modell vor. (Aus Angst, von der Kirche der Ketzerei bezichtigt zu werden, verbreitete Kopernikus seine kosmologischen Ideen jedoch zunächst anonym.) Kopernikus vermutete, dass die Sonne bewegungslos sei und sich im Zentrum befinde und dass sich die Erde und die Planeten auf Kreisbahnen um sie herum bewegten. Es dauerte fast ein Jahrhundert, bis diese Idee ernst genommen wurde. Zwei Astronomen, der Deutsche Johannes Kepler und der Italiener Galileo Galilei, gehörten zu den ersten, die sich öffentlich für die kopernikanische Theorie aussprachen, obwohl die von dieser Theorie vorhergesagten Flugbahnen der Himmelskörper nicht genau mit den beobachteten übereinstimmten. Der letzte Schlag für das Weltsystem von Aristoteles und Ptolemäus wurde durch die Ereignisse von 1609 versetzt – damals begann Galilei, den Nachthimmel durch das neu erfundene Teleskop zu beobachten 2
Das Teleskop als Spektiv wurde erstmals 1608 vom niederländischen Brillenmacher Johann Lippershey erfunden, doch Galileo war 1609 der erste, der ein Teleskop in den Himmel richtete und es für astronomische Beobachtungen nutzte. – Notiz Übersetzung

Als Galileo den Planeten Jupiter betrachtete, entdeckte er mehrere kleine Monde, die ihn umkreisten. Daraus folgte, dass sich nicht alle Himmelskörper um die Erde drehen, wie Aristoteles und Ptolemaios glaubten. (Man könnte natürlich weiterhin davon ausgehen, dass die Erde stationär ist und sich im Zentrum des Universums befindet, und glauben, dass sich die Satelliten des Jupiter auf äußerst komplizierten Flugbahnen um die Erde bewegen, so dass es ihrem Umlauf um Jupiter ähnelt. Aber trotzdem: Die Theorie von Kopernikus war viel einfacher.) Ungefähr zur gleichen Zeit präzisierte Kepler die kopernikanische Theorie und schlug vor, dass sich die Planeten nicht auf Kreisbahnen, sondern auf elliptischen (d. h. verlängerten) Bahnen bewegten, wodurch eine Einigung erzielt werden konnte zwischen den Vorhersagen der Theorie und den Beobachtungen.

Zwar betrachtete Kepler Ellipsen nur als einen mathematischen Trick, und zwar als einen sehr abscheulichen, weil Ellipsen weniger perfekte Figuren sind als Kreise. Kepler entdeckte fast zufällig, dass elliptische Bahnen Beobachtungen gut beschreiben, aber er konnte die Annahme elliptischer Bahnen nicht mit seiner Vorstellung davon in Einklang bringen magnetische Kräfte als Grund für die Bewegung der Planeten um die Sonne. Der Grund für die Bewegung der Planeten um die Sonne wurde viel später, im Jahr 1687, von Sir Isaac Newton in seiner Abhandlung „Mathematische Prinzipien der Naturphilosophie“ enthüllt – vielleicht dem wichtigsten Werk über Physik, das jemals veröffentlicht wurde. In dieser Arbeit stellte Newton nicht nur eine Theorie zur Beschreibung der Bewegung von Körpern in Raum und Zeit vor, sondern entwickelte auch einen komplexen mathematischen Apparat, der zur Beschreibung dieser Bewegung erforderlich ist. Darüber hinaus formulierte Newton das Gesetz universelle Schwerkraft, wonach jeder Körper im Universum von jedem anderen Körper mit einer Kraft angezogen wird, die umso größer ist, je größer die Masse der Körper und je kleiner der Abstand zwischen den interagierenden Körpern ist. Dies ist die gleiche Kraft, die dazu führt, dass Gegenstände zu Boden fallen. (Die Geschichte, dass Newtons Idee des Gesetzes der universellen Gravitation durch einen auf seinen Kopf fallenden Apfel inspiriert wurde, ist höchstwahrscheinlich nur eine Fiktion. Newton sagte nur, dass ihm die Idee gekommen sei, als er „in einer nachdenklichen Stimmung“ war und war „unter dem Eindruck des fallenden Apfels.“ Newton zeigte, dass sich der Mond nach dem von ihm formulierten Gesetz unter dem Einfluss der Schwerkraft auf einer elliptischen Umlaufbahn um die Erde bewegen sollte und dass sich die Erde und die Planeten bewegen sollten in elliptischen Bahnen um die Sonne.

Das kopernikanische Modell machte ptolemäische Sphären überflüssig und damit auch die Annahme, dass das Universum eine Art natürliche äußere Grenze habe. Da die „Fixsterne“ keine andere Bewegung zeigten als die allgemeine tägliche Bewegung des Himmels, die durch die Rotation der Erde um ihre Achse verursacht wird, war es naheliegend anzunehmen, dass es sich um dieselben Körper wie unsere Sonne handelte, nur dass sie viel weiter entfernt waren weg.

Newton erkannte, dass Sterne sich nach seiner Gravitationstheorie gegenseitig anziehen müssen und daher offenbar nicht bewegungslos bleiben können. Warum kamen sie nicht näher zusammen und sammelten sich an einem Ort? In einem Brief an einen anderen prominenten Denker seiner Zeit, Richard Bentley, aus dem Jahr 1691 argumentierte Newton, dass sie nur dann zusammenlaufen und sich zusammenballen würden, wenn die Anzahl der Sterne, die in einem begrenzten Raumbereich konzentriert seien, endlich sei. Aber wenn die Anzahl der Sterne unendlich ist und sie mehr oder weniger gleichmäßig im unendlichen Raum verteilt sind, dann wird dies mangels offensichtlicher Sterne nicht passieren Mittelpunkt, in den die Sterne „durchfallen“ könnten.

Dies ist eine dieser Fallstricke, die auftreten, wenn man an die Unendlichkeit denkt. In einem unendlichen Universum kann jeder Punkt als sein Zentrum betrachtet werden, da sich auf jeder Seite davon unendlich viele Sterne befinden. Der richtige Ansatz (der viel später kam) besteht darin, das Problem im endlichen Fall zu lösen, in dem Sterne aufeinander fallen, und zu untersuchen, wie sich das Ergebnis ändert, wenn der Konfiguration Sterne hinzugefügt werden, die sich außerhalb der betrachteten Region befinden und mehr oder weniger verteilt sind weniger gleichmäßig. Nach dem Newtonschen Gesetz sollten die zusätzlichen Sterne im Aggregat im Durchschnitt keinen Einfluss auf die ursprünglichen Sterne haben und daher sollten diese Sterne der ursprünglichen Konfiguration immer noch schnell ineinander fallen. Egal wie viele Sterne Sie hinzufügen, sie fallen immer noch übereinander. Jetzt wissen wir, dass es unmöglich ist, ein Unendliches zu erhalten stationäres Modell Ein Universum, in dem die Schwerkraft ausschließlich „anziehende“ Natur hat.

Es sagt viel über die intellektuelle Atmosphäre vor Beginn des 20. Jahrhunderts aus, dass damals niemand an ein Szenario dachte, nach dem sich das Universum zusammenziehen oder ausdehnen könnte. Das allgemein akzeptierte Konzept des Universums war entweder, dass es immer in unveränderter Form existierte oder dass es irgendwann in der Vergangenheit erschaffen wurde – in der Form, in der wir es jetzt beobachten. Dies könnte zum Teil eine Folge der Tatsache sein, dass Menschen dazu neigen, an ewige Wahrheiten zu glauben. Es lohnt sich, sich zumindest daran zu erinnern, dass der größte Trost der Gedanke ist, dass das Universum ewig und unveränderlich ist, obwohl wir alle alt werden und sterben.

Selbst Wissenschaftler, die verstanden hatten, dass das Universum gemäß Newtons Gravitationstheorie nicht statisch sein konnte, wagten nicht anzunehmen, dass es sich ausdehnen könnte. Stattdessen versuchten sie, die Theorie so anzupassen, dass die Gravitationskraft über sehr große Entfernungen abstoßend wird. Diese Annahme änderte die vorhergesagten Bewegungen der Planeten nicht wesentlich, ermöglichte jedoch, dass eine unendliche Anzahl von Sternen im Gleichgewichtszustand blieb: Die Anziehungskräfte naher Sterne wurden durch die Abstoßungskräfte weiter entfernter Sterne ausgeglichen. Nun geht man davon aus, dass ein solcher Gleichgewichtszustand instabil sein muss: Sobald die Sterne in irgendeiner Region einander etwas näher kommen, wird ihre gegenseitige Anziehungskraft stärker und übersteigt die Abstoßungskräfte, wodurch die Sterne weiter aneinander rücken fallen aufeinander. Sind die Sterne hingegen nur geringfügig weiter voneinander entfernt, überwiegen die abstoßenden Kräfte die anziehenden Kräfte und die Sterne fliegen auseinander.

Ein weiterer Einwand gegen das Konzept eines unendlichen statischen Universums wird üblicherweise mit dem Namen des deutschen Philosophen Heinrich Olbers in Verbindung gebracht, der seine Überlegungen zu diesem Thema im Jahr 1823 veröffentlichte. Tatsächlich machten viele von Newtons Zeitgenossen auf dieses Problem aufmerksam, und Olbers‘ Aufsatz war keineswegs der erste, der starke Argumente gegen ein solches Konzept vorbrachte. Es war jedoch das erste, das breite Anerkennung fand. Tatsache ist, dass in einem unendlichen statischen Universum fast jeder Sehstrahl auf der Oberfläche eines Sterns ruhen sollte und daher der gesamte Himmel auch nachts so hell leuchten sollte wie die Sonne. Olbers‘ Gegenargument war, dass das Licht entfernter Sterne durch Absorption durch Materie zwischen uns und diesen Sternen gedämpft werden muss. Doch dann würde sich diese Substanz erhitzen und so hell leuchten wie die Sterne selbst. Die einzige Möglichkeit, den Schluss zu vermeiden, dass die Helligkeit des gesamten Himmels mit der Helligkeit der Sonne vergleichbar sei, besteht darin, anzunehmen, dass die Sterne nicht ewig geleuchtet haben, sondern vor einer bestimmten Zeit „aufgeleuchtet“ sind. In diesem Fall hätte die absorbierende Substanz keine Zeit, sich zu erwärmen, oder das Licht entfernter Sterne hätte keine Zeit, uns zu erreichen. Damit kommen wir zu der Frage nach dem Grund, warum die Sterne aufleuchteten.

Natürlich wurde schon lange vorher über den Ursprung des Universums diskutiert. In vielen frühen kosmologischen Vorstellungen sowie in jüdischen, christlichen und muslimischen Weltbildern entstand das Universum zu einem bestimmten und nicht allzu fernen Zeitpunkt in der Vergangenheit. Eines der Argumente für einen solchen Anfang war das Gefühl der Notwendigkeit einer ersten Ursache, die die Existenz des Universums erklären würde. (Im Universum selbst wird jedes darin auftretende Ereignis als Folge eines anderen, früheren Ereignisses erklärt; die Existenz des Universums selbst kann auf diese Weise nur durch die Annahme erklärt werden, dass es irgendeinen Anfang hatte.) Ein weiteres Argument war ausgedrückt von Aurelius Augustinus oder St. Augustinus in dem Werk „Über die Stadt Gottes“. Er stellte fest, dass sich die Zivilisation entwickelt und dass wir uns daran erinnern, wer diese oder jene Tat begangen oder diesen oder jenen Mechanismus erfunden hat. Folglich könnten der Mensch und vielleicht das Universum nicht existieren lange Zeit. Der heilige Augustinus glaubte gemäß dem Buch Genesis, dass das Universum etwa 5000 Jahre vor der Geburt Christi geschaffen wurde. (Interessanterweise liegt dies kurz vor dem Ende der letzten Eiszeit – etwa 10.000 v. Chr. –, die Archäologen als Beginn der Zivilisation betrachten.)

Im Gegensatz dazu mochten Aristoteles und die meisten antiken griechischen Philosophen die Idee der Erschaffung der Welt nicht, weil sie auf göttliches Eingreifen zurückzuführen war. Sie glaubten, dass die Menschheit und die Welt schon immer existiert haben und für immer existieren werden. Auch die Denker der Antike verstanden das oben erwähnte Argument über den Fortschritt der Zivilisation und konterten: Sie stellten fest, dass die Menschheit unter dem Einfluss von Überschwemmungen und anderen Naturkatastrophen periodisch in das Stadium des Beginns der Zivilisation zurückgekehrt sei.

Die Frage, ob das Universum einen zeitlichen Anfang hat und ob es räumlich begrenzt ist, wurde auch vom Philosophen Immanuel Kant in seinem monumentalen (wenn auch sehr schwer verständlichen) Werk „Kritik der reinen Vernunft“ aus dem Jahr 1781 aufgeworfen. Kant nannte diese Fragen die Antinomien (das heißt Widersprüche) der reinen Vernunft, weil er der Meinung war, dass es gleichermaßen überzeugende Argumente sowohl für die These – das heißt, dass das Universum einen Anfang hatte – als auch für die Antithese, das heißt, dass das Universum einen Anfang hat, gab gab es schon immer. Um seine These zu beweisen, führt Kant die folgende Argumentation an: Wenn das Universum keinen Anfang hätte, dann hätte jedem Ereignis eine unendliche Zeit vorausgehen müssen, was nach Ansicht des Philosophen absurd ist. Zugunsten der Antithese wurde die Überlegung vorgebracht, dass, wenn das Universum einen Anfang hätte, unendlich viel Zeit davor vergangen sein muss und es nicht klar ist, warum das Universum zu einem bestimmten Zeitpunkt entstanden ist. Im Wesentlichen sind Kants Begründungen für These und Antithese nahezu identisch. In beiden Fällen basiert die Argumentation auf der impliziten Annahme des Philosophen, dass die Zeit auf unbestimmte Zeit in der Vergangenheit andauert, unabhängig davon, ob das Universum schon immer existiert hat. Wie wir sehen werden, hat das Konzept der Zeit bis zur Geburt des Universums keine Bedeutung. St. Augustinus war der erste, der dies bemerkte. Er wurde gefragt: „Was hat Gott getan, bevor er die Welt erschuf?“ und Augustinus argumentierte nicht, dass Gott denen, die solche Fragen stellten, die Hölle bereitete. Stattdessen postulierte er, dass Zeit eine Eigenschaft der von Gott geschaffenen Welt sei und dass es vor dem Beginn des Universums keine Zeit gegeben habe.

Während die meisten Menschen das Universum als Ganzes als statisch und unveränderlich betrachteten, war die Frage, ob es einen Anfang hatte, eher eine Frage der Metaphysik oder der Theologie. Das beobachtete Weltbild ließe sich sowohl im Rahmen der Theorie erklären, dass das Universum schon immer existiert hat, als auch auf der Grundlage der Annahme, dass es zu einem bestimmten Zeitpunkt in Bewegung gesetzt wurde, allerdings so, dass das Der Schein bleibt bestehen, dass er für immer existiert. Doch 1929 machte Edwin Hubble eine grundlegende Entdeckung: Er bemerkte, dass sich entfernte Galaxien, egal wo sie sich am Himmel befinden, immer mit hoher Geschwindigkeit von uns entfernen [proportional zu ihrer Entfernung] 3
Hier und im Folgenden stehen in eckigen Klammern die Kommentare des Übersetzers, die den Text des Autors verdeutlichen. – Notiz Hrsg.

Mit anderen Worten: Das Universum dehnt sich aus. Das bedeutet, dass in der Vergangenheit Objekte im Universum näher beieinander lagen als heute. Und es scheint, dass irgendwann – vor etwa 10 bis 20 Milliarden Jahren – alles, was sich im Universum befindet, an einem Ort konzentriert war und daher die Dichte des Universums unendlich war. Diese Entdeckung brachte die Frage nach dem Beginn des Universums in den Bereich der Wissenschaft.

Ich habe Stephen Hawkings Buch „Die kurze Geschichte der Zeit“ gemeistert. Der Autor selbst wurde vielen bekannt – es handelt sich um denselben brillanten Physiker, der an den Rollstuhl gefesselt ist.

Das Buch ist interessant, gut geschrieben und zugänglich. Was mich besonders beeindruckt hat Zusammenfassung:
1) Wenn du auflegst geografische Karte Wenn Sie mit einem Lineal eine gerade Linie zwischen zwei Punkten zeichnen, ist diese gerade Linie nicht die kürzeste Entfernung zwischen zwei Punkten. Die kürzeste Kurve hat die Form eines Bogens, dessen Radius dem Radius der Erde entspricht.
2) In Gegenwart von Materie wird die vierdimensionale Raumzeit verzerrt, was zu einer Krümmung der Flugbahnen von Körpern im dreidimensionalen Raum führt. Auch wenn es schwer vorstellbar ist, krümmt die Masse der Sonne die Raumzeit auf eine Weise, dass es uns so vorkommt, als würde sich die Erde auf dem kürzesten Weg in der vierdimensionalen Raumzeit auf einer nahezu kreisförmigen Umlaufbahn in drei Dimensionen bewegen. Dimensionsraum.
3) Die Allgemeine Relativitätstheorie besagt, dass der Zeitablauf für Beobachter, die sich in verschiedenen Gravitationsfeldern befinden, unterschiedlich ist. Wenn einer der Zwillinge auf einem Berggipfel und der andere am Meer lebt, altert der erste schneller als der zweite.
4) Wenn wir den Zustand des Systems zu einem bestimmten Zeitpunkt kennen würden und die Entwicklungsgesetze des Systems kennen würden, könnten wir die Position des Systems jederzeit vorhersagen. Die Heisenberg-Unschärferelation besagt also im Allgemeinen, dass wir den Zustand des Universums im gegenwärtigen Moment absolut nicht bestimmen können, egal wie sehr wir uns aufblähen. Und das hat nichts mit dem Entwicklungsstand der Wissenschaft zu tun. Dies kommt einem philosophischen Prinzip näher: Grundsätzlich können wir die Position eines Systems zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht kennen. Wir kennen zu jedem Zeitpunkt entweder die Geschwindigkeit des Teilchens oder seinen Standort. Genau einer der beiden, aber nicht beide Werte gleichzeitig.
Akzeptieren Sie es daher – jede Vorhersage in unserem Universum ist grundsätzlich unmöglich. Aus rein philosophischer Sicht. Beliebig.
5) Wenn wir ein Elektron in die Wand schicken und zwei Schlitze anbringen, durch die es hindurchtreten kann, dann wird es, verdammt noch mal, beide Schlitze gleichzeitig passieren. Pause zum Nachdenken. Im Allgemeinen kann sich ein Elektron gleichzeitig an allen möglichen Positionen befinden. Weil das Wesen so klein ist, ist es nicht nur ein Teilchen, sondern, wenn es will, auch eine Welle. Die Bindung eines Elektrons an bestimmte Bahnen eines Atoms beruht gerade auf der Tatsache, dass das Elektron in diesen Bahnen nicht mit sich selbst interferiert, d.h. erlischt nicht von selbst. Wieder einmal fliegt ein Elektron, das von einem Punkt zum anderen fliegt, auf allen möglichen Flugbahnen gleichzeitig. Er ist grundsätzlich in der Lage, an allen Punkten des Raumes gleichzeitig zu sein, und nur dort ist er nicht, wo er sich selbst stört.
6) Rein theoretisch sind Zeitreisen in die Vergangenheit möglich. Die Lösung der Gleichungen der Relativitätstheorie zeigt: Ja, das ist so. Eines ist wahr: Um in die Vergangenheit zu reisen, muss man sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Und umgekehrt – eine Bewegung schneller als die Lichtgeschwindigkeit ist ohne gleichzeitige Bewegung in die Vergangenheit nicht möglich.
Wer weiß, dass man sich nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen kann, atmet auf. Aber es gibt noch ein weiteres Problem: Rein hypothetisch ist es auch möglich, schneller als mit Lichtgeschwindigkeit zu reisen. Möglich im Falle der Existenz von Wurmlöchern in der Raumzeit. Und die verdammten Gleichungen zeigen, dass solche Löcher ja existieren können. Und wenn sie es können, dann existieren sie irgendwo.
7) Die neueste Theorie, die die neuesten Erkenntnisse der Wissenschaft einfach erstaunlich beschreibt und vorwegnimmt, ist die Stringtheorie. Nichts Besonderes, nur alles, was diese Theorie vorhersagt, wird später durch Eins-zu-eins-Experimente bestätigt. Und das ist wirklich ärgerlich. Es ist ärgerlich, denn die Stringtheorie geht von einer kleinen Aussage aus: Wir leben nicht in einer vierdimensionalen Welt, sondern in einer 26-dimensionalen. Darüber hinaus werden 4 Dimensionen erweitert, und wir können uns entlang dieser Dimensionen bewegen, und weitere 22 werden zu einem Punkt reduziert. Physiker würden diese Theorie gerne aufgeben, aber sie haben noch nichts Mathematisch Verständlicheres gefunden, und die Experimente stimmen weiterhin perfekt mit den Vorhersagen überein, die auf der Grundlage dieser Theorie gemacht wurden.

Im Allgemeinen scheint es mir, dass unser Universum wie dieses Elektron in der Lage ist, gleichzeitig in allen Zuständen zu sein, mit Ausnahme der Zustände, in denen es mit sich selbst interferiert. Und jetzt bin ich gleichzeitig in Krasnodar und Moskau und auf Alpha Centauri. Und gleichzeitig gibt es überhaupt kein Ich. Aber die Idee des Ent ist es eindeutig wert, in einem separaten, abstrusen philosophischen Buch weitergedacht zu werden.

Schriftart: Weniger Ahh Mehr Ahh

Leonard Mlodinow

Eine kurze Geschichte der Zeit

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Vorwort

Der Titel dieses Buches unterscheidet sich nur durch ein Wort vom Titel des ersten Buches aus dem Jahr 1988. „Eine kurze Geschichte der Zeit“ blieb auf der Bestsellerliste der Londoner Zeitung Die Sunday Times Im Laufe von 237 Wochen wurde etwa ein Exemplar pro 750 Erdenbewohner, Männer, Frauen und Kinder, verkauft. Das ist eine unglaubliche Leistung für ein Buch, das sich mit einem der schwierigsten Aspekte der modernen Physik befasst. Aber das Schwierigste ist immer das Interessanteste, denn wir reden überüber wichtige, grundlegende Fragen: Was wissen wir eigentlich über das Universum? Woher wissen wir das? Wie ist das Universum entstanden und welches Schicksal erwartet es? Diese Fragen stehen im Mittelpunkt von „Eine kurze Geschichte der Zeit“ und bleiben der Schwerpunkt dieses Buches. In den Jahren, seit „Eine kurze Geschichte“ in den Regalen erschien, habe ich viele Briefe aus der ganzen Welt von Lesern jeden Alters und jeder Herkunft erhalten. Eine der häufigsten Anfragen besteht darin, eine neue „Kurzgeschichte“ zu schreiben, die das Wesentliche der vorherigen beibehält, die Hauptgedanken jedoch klarer und langsamer darstellt. Natürlich könnte man dieses Buch „Eine etwas weniger kurze Geschichte der Zeit“ nennen, aber so wie ich es verstehe, möchte kaum jemand einen beeindruckenden Band bekommen, der einem Universitätskurs über Kosmologie ähnelt.

Also ein paar Worte zum Wesen dieses Buches. Beim Schreiben von „Eine kurze Geschichte der Zeit“ folgten wir der Logik der ersten Ausgabe, erweiterten sie jedoch unter Berücksichtigung dessen Ein neues Buch Der Text sollte gut lesbar und nicht zu lang sein. Die Geschichte wurde zwar gekürzt, da ich einige zu komplexe, technische Aspekte weggelassen habe, aber dies wurde durch eine tiefgehende Auseinandersetzung mit dem dem Buch zugrunde liegenden Material mehr als ausgeglichen.

Wir nutzten auch die Gelegenheit, die Veröffentlichung durch die Aufnahme neuer Beobachtungs- und theoretischer Daten zu erweitern. „Eine kurze Geschichte der Zeit“ beschreibt die jüngsten Errungenschaften theoretischer Physiker, die mit einer einheitlichen Theorie aller physikalischen Kräfte kämpfen. Wir sprechen insbesondere über den Fortschritt der Stringtheorie sowie über Dualismus oder gegenseitige Korrespondenzen zwischen scheinbar völlig unterschiedlichen physikalischen Theorien, die als Beweis für die Existenz einer einzigen Theorie – der Grundlage aller physikalischen Wissenschaften – angesehen werden können. Das Buch präsentiert auch wichtige neue Beobachtungen des Satelliten. COBE(Englisch) Kosmischer Hintergrund-Explorer– „CMB Explorer“) und das Hubble-Weltraumteleskop.

Vor etwa vierzig Jahren sagte Richard Feynman: „Wir haben großes Glück, in einer Zeit zu leben, in der wir immer noch Entdeckungen machen. Es ist, als würde man Amerika entdecken – man macht es nur einmal. Die Zeit, in der wir leben, ist die Ära der Entdeckungen der grundlegenden Naturgesetze.“ Heute sind wir dem Verständnis der Natur des Universums näher als je zuvor, und auf diesen Seiten möchten wir mit dem Leser die Freude teilen, mit diesen Entdeckungen vertraut zu werden Neues Bild die Welt, die sie vor unseren Augen formen.

Kapitel 1. Überlegungen zum Universum

Wir leben in einem seltsamen und wunderbaren Universum. Es erfordert eine bemerkenswerte Vorstellungskraft, um ihr Alter, ihre Größe, ihr gewalttätiges Temperament und ihre Schönheit zu verstehen und zu schätzen. Und es scheint, dass wir in diesem riesigen Kosmos einen sehr unbedeutenden Platz einnehmen, und wir wollen ihn verstehen und unsere Rolle im Universum erkennen. Vor einigen Jahrzehnten erklärte ein berühmter Wissenschaftler (angeblich Bertrand Russell) in einem öffentlichen Vortrag über Astronomie, wie sich die Erde auf einer Umlaufbahn um die Sonne bewegt und wie sich die Sonne wiederum auf einer Umlaufbahn um das Zentrum einer riesigen Ansammlung von Sternen bewegt die Galaxie genannt. Als der Vortrag zu Ende war, sagte eine kleine ältere Frau ganz am Ende des Raumes: „Alles, was sie hier gesagt haben, ist völliger Unsinn.“ Die Welt ist eine flache Platte auf dem Rücken einer Riesenschildkröte. Der Wissenschaftler lächelte herablassend und fragte: „Worauf steht die Schildkröte?“ „Nun, Sie sind ein sehr kluger junger Mann“, sagte die ältere Frau, „eine Schildkröte steht auf einer anderen Schildkröte, und diese Schildkröte steht auf der nächsten und so weiter bis zum Ende!“

Heutzutage würden die meisten das Bild des Universums in Form eines endlosen Schildkrötenturms für lächerlich halten. Woher wissen wir, dass unsere Sicht auf die Welt besser ist? Vergessen wir für einen Moment alles, was wir über den Weltraum wissen oder zu wissen glauben, und schauen wir einfach in den Nachthimmel. Nun, was können wir über diese leuchtenden Punkte sagen? Vielleicht sind das kleine Lichter? Es fällt uns tatsächlich schwer, uns ihr wahres Wesen vorzustellen, da es weit über unsere alltägliche Erfahrung hinausgeht. Wenn Sie gerne die Sterne betrachten, ist Ihnen vielleicht in der Dämmerung ein verschwommener Lichtpunkt am Horizont aufgefallen. Dies ist der Planet Merkur, aber er ähnelt überhaupt nicht unserer Erde. Ein Tag dort dauert zwei Drittel des örtlichen Jahres. Die Temperatur des von der Sonne beleuchteten Teils der Planetenoberfläche erreicht 400 °C und mehr und sinkt auf der unbeleuchteten Nachtseite auf –200 °C. Aber trotz aller Unterschiede zu unserem eigenen Planeten hat Merkur noch weniger mit einem typischen Stern gemeinsam, bei dem es sich um einen gigantischen Ofen handelt, in dem jede Sekunde Milliarden Kilogramm Materie verbrannt werden und in dem die Temperatur im Kern mehrere zehn Millionen Grad erreicht .

Es ist auch sehr schwer vorstellbar, wie weit Planeten und Sterne von uns entfernt sind. IN Antikes China Sie bauten Steintürme in der Hoffnung, einen genaueren Blick auf die Sterne zu werfen. Es ist ganz natürlich, sich Sterne und Planeten vorzustellen, die viel näher liegen, als sie tatsächlich sind – schließlich in gewöhnliches Leben Wir müssen uns nicht mit kolossalen kosmischen Entfernungen auseinandersetzen. Sie sind so groß, dass es keinen Sinn macht, sie in Metern und Zentimetern messen zu wollen, wie es bei den meisten Entfernungen und Längen in unserem Alltag der Fall ist. Kosmische Entfernungen werden normalerweise in Lichtjahren gemessen. Ein Lichtjahr ist die Strecke, die das Licht in einem Jahr zurücklegt. In einer Sekunde legt ein Lichtstrahl etwa 300.000 Kilometer zurück. Ein Lichtjahr ist also eine sehr große Entfernung. Der uns nach der Sonne am nächsten gelegene Stern ist Proxima Centauri (auch bekannt als Alpha Centauri C) – er befindet sich in einer Entfernung von etwa 4 Lichtjahren. Dies ist bisher der schnellste, der tatsächlich entwickelt wurde Raumschiffe Es wird mindestens 10.000 Jahre dauern, den Raum zu überwinden, der uns trennt.

Die Menschen in der Antike versuchten sehr, die Struktur des Universums zu verstehen, aber sie verfügten noch nicht über die moderne Mathematik und im Allgemeinen moderne Wissenschaft. Wir verfügen jetzt über sehr leistungsfähige Denkwerkzeuge wie Mathematik und wissenschaftliche Methode, und auch technische Mittel wie Computer und Teleskope. Dadurch konnten wir viel über den Weltraum lernen. Aber was wissen wir wirklich über das Universum und woher wissen wir alles? Wie ist das Universum entstanden? Was hält die Zukunft für sie bereit? Hatte das Universum einen Anfang und wenn ja, was kam davor? Was ist das Wesen der Zeit? Wird es jemals enden? Ist eine Zeitreise in die Vergangenheit möglich? Einige dieser seit langem bestehenden Fragen werden dank jüngster Durchbrüche in der Physik beantwortet, die wir zum Teil dem Aufkommen neuer Technologien verdanken. Eines Tages werden wir diese Antworten so offensichtlich finden wie die Tatsache, dass sich die Erde um die Sonne dreht. Oder vielleicht so lächerlich wie die Idee eines Schildkrötenturms. Nur die Zeit (was auch immer das ist) wird es zeigen.

Kapitel 2. Unser Bild vom Universum gestern und heute

Obwohl bereits zur Zeit von Christoph Kolumbus viele glaubten, die Erde sei flach (und solche Menschen gibt es auch heute noch), wurden die Grundlagen der modernen Astronomie neu gelegt Antikes Griechenland. Um 340 v. Chr. verfasste der griechische Philosoph Aristoteles seine Abhandlung „Über den Himmel“. Darin legte er viele Beweise dafür dar, dass die Erde kugelförmig und nicht flach wie eine Platte ist.

Eine solche Überlegung basiert auf der Beobachtung von Mondfinsternissen. Aristoteles erkannte, dass die Ursache dieser Finsternisse der Durchgang der Erde zwischen Sonne und Mond war. Gleichzeitig wirft die Erde einen Schatten auf den Mond, den wir als Sonnenfinsternis wahrnehmen. Aristoteles bemerkte, dass der Schatten der Erde immer eine runde Form hat, was natürlich ist, wenn die Erde kugelförmig ist. Aber das wäre natürlich nicht der Fall, wenn die Erde die Form einer flachen Scheibe hätte. In diesem Fall wäre der Schatten nur dann rund, wenn sich die Sonne während der Sonnenfinsternis genau unter der Mitte der Scheibe befindet. Bei jeder anderen Anordnung wäre der Schatten länglich und hätte die Form einer Ellipse (eines länglichen Kreises).

Die alten Griechen hatten andere Argumente für die Sphärizität der Erde. Wenn die Erde flach wäre, müsste ein Schiff, das sich der Küste nähert, zunächst wie ein kleiner, kaum wahrnehmbarer Punkt aussehen. Wenn sich das Schiff dann nähert, wäre es möglich, einzelne Teile darauf zu unterscheiden – die Segel und den Rumpf. Doch in Wirklichkeit ist alles völlig anders. Wenn am Horizont ein Schiff auftaucht, sehen wir zunächst nur seine Segel. Und erst dann erscheint der Körper. Die Tatsache, dass die Spitzen der Schiffsmasten, die sich hoch über dem Rumpf befinden, als erste über dem Horizont erscheinen, weist auf die Kugelform der Erde hin.

Erscheint über dem Horizont. Die Erde hat die Form einer Kugel. Wenn sich uns also ein Schiff nähert, sehen wir zuerst seine Masten und Segel über dem Horizont und erst dann erscheint sein Rumpf

Auch die Griechen achteten auf den Sternenhimmel. Zur Zeit von Aristoteles hatten sie bereits viele hundert Jahre lang die Bewegungen von Lichtern am Nachthimmel untersucht. Sie stellten fest, dass sich, obwohl sich Tausende von Lichtern gemeinsam über den Himmel bewegen, fünf Himmelskörper, den Mond nicht mitgerechnet, anders bewegen als die anderen. Manchmal verlassen sie den ausgetretenen Pfad von Ost nach West und bewegen sich manchmal sogar rückwärts. Diese Leuchten wurden Planeten genannt, abgeleitet vom griechischen Wort für „Wanderer“. Die Griechen sahen nur fünf Planeten, weil sie die einzigen waren, die mit bloßem Auge sichtbar waren: Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn. Jetzt wissen wir, warum sich die Planeten auf so ungewöhnliche Weise über den Himmel bewegen: die Bewegung der Sterne relativ zu unseren Sonnensystem fast unmerklich, aber die Planeten kreisen um die Sonne und zeichnen daher vor dem Hintergrund entfernter Sterne viel komplexere Flugbahnen.

Aristoteles glaubte, dass die Erde bewegungslos sei, und glaubte auch, dass Sonne, Mond, Planeten und Sterne sich auf Kreisbahnen um die Erde drehten. Er dachte so, basierend auf mystischen Überlegungen und glaubte, dass die Erde der Mittelpunkt des Universums sei und die Bewegung im Kreis am vollkommensten sei. Im 2. Jahrhundert n. Chr. Griechisch Wissenschaftler Ptolemaios baute auf Grundlage dieser Idee ein vollständiges Modell des Himmels. Ptolemaios war ein leidenschaftlicher Entdecker, nicht umsonst schrieb er die Worte: „Dass ich sterblich bin, weiß ich, und dass meine Tage gezählt sind, aber wenn ich in meinen Gedanken unermüdlich und gierig den Umlaufbahnen der Sternbilder nachspüre, dann berühre ich die Erde nicht mehr mit meinen Füßen: Am Tisch des Zeus genieße ich Ambrosia, die Speise der Götter.

Im Weltmodell des Ptolemäus sind wir wie eine Nistpuppe von acht ineinander verschachtelten rotierenden Kugeln umgeben, und im Zentrum all dieser Kugeln befindet sich die Erde. Die Vorstellungen darüber, was sich außerhalb der größten Kugel befand, waren am unklarsten, aber auf jeden Fall lag es außerhalb des vom Menschen beobachtbaren Universums. Somit stellte die äußerste Kugel eine Art Grenze des Universums dar. Die Sterne waren auf dieser Kugel fixiert, und daher blieben die relativen Positionen der Sterne bei ihrer Drehung unverändert – genau so, wie wir sie in der Realität beobachten. Die Planeten befanden sich auf den inneren Sphären. Im Gegensatz zu Sternen waren sie nicht an ihre Kugel gebunden, und jeder Planet bewegte sich relativ zu seiner Kugel in einem kleinen Kreis, der Epizykel genannt wurde. Sehr komplexe nicht kreisförmige sichtbare Flugbahnen von Planeten am Himmel könnten durch eine Kombination aus Bewegung entlang des Epizykels und Rotation der Kugel erklärt werden.

Modell des Ptolemäus. Im Modell des Ptolemäus befand sich die Erde im Zentrum des Universums, umgeben von acht Kugeln, die alle damals bekannten Himmelskörper enthielten

Das Modell von Ptolemäus ermöglichte es, die Position der Himmelskörper recht genau vorherzusagen. Doch um eine Übereinstimmung zwischen Vorhersagen und Beobachtungen zu erreichen, musste Ptolemaios davon ausgehen, dass sich die Entfernung von der Erde zum Mond um die Hälfte ändern könnte! Das bedeutete, dass die scheinbare Größe des Mondes manchmal doppelt so groß sein sollte wie zu anderen Zeiten! Ptolemaios war sich dieser Unzulänglichkeit seines Systems bewusst, was jedoch die (fast) allgemeine Anerkennung seines Weltbildes nicht verhinderte. Die christliche Kirche akzeptierte das ptolemäische System, weil es ihrer Meinung nach mit der Heiligen Schrift übereinstimmte: Es gab viel Platz für Himmel und Hölle jenseits der Fixsternsphäre.

Doch 1514 schlug der polnische Priester Nikolaus Kopernikus ein anderes Modell vor. (Zuerst stimmte es, denn aus Angst, von der Kirche der Ketzerei bezichtigt zu werden, verbreitete Kopernikus seine Ideen anonym.) Der revolutionäre Charakter von Kopernikus‘ Idee lag in der Annahme, dass sich alle Himmelskörper um die Erde drehen. Kopernikus glaubte, dass die Sonne bewegungslos ist und sich im Zentrum des Sonnensystems befindet und dass sich die Erde und die Planeten auf Kreisbahnen um sie bewegen. Das kopernikanische Modell erwies sich zwar als nicht schlechter als das ptolemäische Modell, konnte die Beobachtungen jedoch immer noch nicht genau vorhersagen. Es war viel einfacher als das ptolemäische Modell, daher war zu erwarten, dass die Menschen es akzeptieren würden. Es dauerte jedoch fast ein Jahrhundert, bis diese Idee ernst genommen wurde. Zwei Wissenschaftler gehörten zu den ersten, die sich öffentlich für die kopernikanische Theorie aussprachen: der deutsche Astronom Johannes Kepler und der italienische Astronom Galileo Galilei.

Im Jahr 1609 begann Galilei mit einem gerade erfundenen Teleskop den Nachthimmel zu beobachten. Als Galileo den Planeten Jupiter betrachtete, entdeckte er mehrere kleine Monde, die ihn umkreisten. Daraus folgte, dass sich nicht alle Himmelskörper um die Erde drehen, wie Aristoteles und Ptolemaios glaubten. Etwa zur gleichen Zeit verfeinerte Kepler die kopernikanische Theorie, indem er vorschlug, dass sich die Planeten nicht auf Kreisbahnen, sondern auf Ellipsen bewegen, wodurch eine Übereinstimmung zwischen der Vorhersage der Theorie und den Beobachtungen erzielt werden konnte. All dies beendete schließlich das ptolemäische Weltsystem.

Obwohl die Annahme elliptischer Bahnen das Modell von Kopernikus genauer machte, hielt Kepler dies nur für einen mathematischen Trick, da seine Vorstellungen über die Struktur der Natur nicht auf Beobachtungen beruhten. Wie Aristoteles betrachtete Kepler Ellipsen als weniger perfekte Figuren als Kreise. Die bloße Vorstellung, dass sich Planeten auf solch unvollkommenen Bahnen bewegen könnten, schien zu hässlich, um wahr zu sein. Darüber hinaus gefiel Kepler nicht, dass die Annahme elliptischer Umlaufbahnen nicht mit seiner Vorstellung von magnetischen Kräften als Ursache der Bewegung der Planeten um die Sonne übereinstimmte. Natürlich hat er sich in Bezug auf den Magnetismus geirrt, aber wir müssen ihm die Idee zuschreiben, dass die Bewegung der Planeten durch eine Kraft verursacht werden muss. Die korrekte Erklärung für die Bewegung der Planeten um die Sonne wurde viel später, im Jahr 1687, von Sir Isaac Newton in seiner Abhandlung „The Mathematical Principles of Natural Philosophy“ gegeben, dem vielleicht wichtigsten Werk über Physik, das jemals veröffentlicht wurde.

In dieser Arbeit formulierte Newton das Gesetz, nach dem ein ruhender Körper in Ruhe bleibt, sofern keine Kraft auf ihn einwirkt, und beschrieb außerdem, wie sich die Bewegung eines Körpers unter dem Einfluss einer Kraft ändert. Warum bewegen sich Planeten also auf elliptischen Bahnen um die Sonne? Dafür ist laut Newton eine ganz bestimmte Kraft verantwortlich – dieselbe, die dafür sorgt, dass der losgelassene (abgeworfene) Körper zu Boden fällt und nicht in Ruhe bleibt. Er nannte diese Kraft Schwerkraft und entwickelte ein mathematisches Gerät, mit dem er berechnen konnte, wie Körper auf eine auf sie ausgeübte Kraft, beispielsweise die Schwerkraft, reagieren, und löste auch die entsprechenden Gleichungen. So konnte Newton zeigen, dass sich die Erde und andere Planeten unter dem Einfluss der Schwerkraft der Sonne genau so auf elliptischen Bahnen bewegen sollten, wie Kepler es vorhergesagt hatte! Newton ging davon aus, dass seine Gesetze für alles im Universum gelten, vom fallenden Apfel bis hin zu Sternen und Planeten. Zum ersten Mal in der Geschichte konnten die Bewegungen der Planeten und die Bewegungen der Körper auf der Erde als Folge derselben Gesetze erklärt werden, und dies war die Geburtsstunde der modernen Physik und der modernen Astronomie.

Ohne die ptolemäischen Sphären war es nicht mehr nötig, anzunehmen, dass das Universum irgendeine äußere Grenze hatte. Da die Sterne außerdem keine andere Bewegung zeigten als die allgemeine tägliche Bewegung des Himmels, die durch die Erdrotation verursacht wird, war es naheliegend anzunehmen, dass es sich um dieselben Körper wie unsere Sonne handelte, nur dass sie viel weiter entfernt waren. Damit haben Wissenschaftler nicht nur die Idee der zentralen Position der Erde im Universum aufgegeben, sondern auch die Idee der Einzigartigkeit unserer Sonne und des gesamten Sonnensystems. Die neue Sicht auf die Welt markierte einen grundlegenden Wandel im menschlichen Denken und den Beginn eines neuen modernen wissenschaftlichen Verständnisses unseres Universums.

Kapitel 3. Das Wesen der wissenschaftlichen Theorie

Bevor wir über die Natur des Universums diskutieren und die Frage beantworten, ob es einen Anfang und ein Ende hat, sollten wir uns eine klare Vorstellung davon machen, was wissenschaftliche Theorien sind. Wir bleiben dabei einfacher Blick zu einer Theorie - als Modell des Universums oder eines Teils davon, zusammen mit einer Reihe von Regeln, die die Parameter dieses Modells mit unseren Beobachtungen verbinden. Es existiert nur in unserem Bewusstsein und existiert nicht wirklich auf andere Weise (was auch immer das bedeutet). Eine Theorie gilt als gut, wenn sie zwei Anforderungen erfüllt. Erstens muss es eine große Klasse von Beobachtungen auf der Grundlage eines Modells mit einer kleinen Anzahl willkürlicher Elemente korrekt beschreiben und zweitens muss es in der Lage sein, die Ergebnisse zukünftiger Beobachtungen mit hinreichender Sicherheit vorherzusagen. Aristoteles glaubte beispielsweise an die Theorie des Empedokles, nach der alles auf der Welt aus vier Elementen besteht: Erde, Luft, Feuer und Wasser. Es war eine recht einfache Theorie, die jedoch keine genauen Vorhersagen zuließ. Andererseits basierte Newtons Gravitationstheorie auf einem noch einfacheren Modell, bei dem Körper einander mit einer Kraft anziehen, die proportional zu einer Größe ist, die er Masse nennt, und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen den Körpern. Und gleichzeitig erlaubt Newtons Theorie sehr viel hohe Genauigkeit Vorhersagen der Bewegungen von Sonne, Mond und Planeten.

Jede physikalische Theorie ist von Natur aus vorläufig in dem Sinne, dass es sich nur um eine Hypothese handelt, die nicht bewiesen werden kann. Egal wie viele Experimente diese Theorie bestätigen, man kann nie sicher sein, dass das nächste Ergebnis ihr nicht widerspricht. Um eine Theorie zu widerlegen, genügt hingegen eine einzige Beobachtung, deren Ergebnisse ihren Vorhersagen widersprechen. Wie der Wissenschaftsphilosoph Karl Popper feststellte, ist eine gute Theorie eine, die viele Vorhersagen macht, die im Prinzip oder, wie Popper es nennt, durch Beobachtung verfälscht werden können. Mit jedem neuen Experiment, dessen Ergebnisse mit den Vorhersagen der Theorie übereinstimmen, steigt der Grad unseres Vertrauens in sie und die Theorie selbst wird stärker. Die allererste Beobachtung, die der Theorie widerspricht, ist jedoch ein Grund, sie abzulehnen oder erheblich zu ändern.

Auf jeden Fall sollte dies im Idealfall der Fall sein, wobei man natürlich immer die Qualifikation des Beobachters oder Experimentators in Frage stellen kann.

In der Praxis ist eine neue Theorie oft eine Erweiterung einer früheren. Beispielsweise haben sehr genaue Beobachtungen des Planeten Merkur kleine Abweichungen zwischen der beobachteten Bewegung und den Vorhersagen der Newtonschen Gravitationstheorie ergeben. Die durch Einsteins allgemeine Relativitätstheorie berechnete Bewegung des Planeten unterschied sich geringfügig von den Vorhersagen von Newtons Theorie. Die Übereinstimmung der von Einsteins Theorie vorhergesagten Bewegung des Merkur mit den Beobachtungen, in Ermangelung einer solchen Übereinstimmung für Newtons Theorie, wurde zu einer der wichtigsten Bestätigungen der neuen Theorie. Dennoch verwenden wir für die meisten weiterhin Newtons Theorie praktische Probleme, denn in den Situationen, denen wir normalerweise begegnen, unterscheiden sich ihre Vorhersagen kaum von denen der Allgemeinen Relativitätstheorie. (Außerdem ist Newtons Theorie viel einfacher als Einsteins Theorie!)

Das ultimative Ziel der Wissenschaft ist die Schaffung einer einheitlichen Theorie zur Beschreibung des gesamten Universums. Doch in Wirklichkeit läuft der Ansatz der meisten Wissenschaftler darauf hinaus, das Problem in zwei Teile zu unterteilen. Erstens gibt es Gesetze, die bestimmen, wie sich das Universum im Laufe der Zeit verändert. (Wenn wir den Zustand des Universums zu einem bestimmten Zeitpunkt kennen, können wir anhand dieser physikalischen Gesetze bestimmen, wie es zu jedem anderen Zeitpunkt aussehen wird.) Die zweite Frage ist der Anfangszustand des Universums. Manche glauben, dass sich die Wissenschaft nur mit dem ersten Problem befassen sollte und dass die Frage nach dem Ausgangszustand eher in den Bereich der Metaphysik oder der Religion fällt. Sie glauben, dass Gott, da er allmächtig ist, das Universum auf jede von ihm gewünschte Weise erschaffen könnte. Das mag zwar stimmen, aber dann hätte Gott auch eine völlig willkürliche Entwicklung des Universums herbeiführen können. Es scheint jedoch, dass Gott wollte, dass sich das Universum nach klar definierten Gesetzen entwickelt. Und daher liegt die Annahme durchaus nahe, dass auch der Anfangszustand des Universums klar definierten Gesetzen gehorchte.

Es erwies sich als sehr schwierig, eine Theorie zu entwickeln, die das gesamte Universum auf einmal beschreibt. Stattdessen haben Wissenschaftler das Problem in viele Teile zerlegt und viele Teiltheorien aufgestellt. Jede dieser Teiltheorien beschreibt und prognostiziert eine bestimmte begrenzte Klasse von Beobachtungen, vernachlässigt dabei den Einfluss anderer Faktoren oder stellt sie als einfache Zahlenmengen dar. Es ist durchaus möglich, dass dieser Ansatz grundsätzlich falsch ist. Wenn alles im Universum grundsätzlich voneinander abhängig ist, ist es natürlich unmöglich, eine vollständige Lösung zu erhalten, indem man das Problem in Teilen isoliert vom Ganzen untersucht. Dennoch sicherte dieser Ansatz bisher den Fortschritt der Wissenschaft. Wieder klassisches Beispiel Hierzu kann Newtons Gravitationstheorie dienen, wonach die Kraft der gegenseitigen Anziehung von Körpern nur von der inhärenten numerischen Eigenschaft jedes einzelnen Körpers – seiner Masse – abhängt und überhaupt nicht davon abhängt, woraus diese Körper bestehen. Somit können die Umlaufbahnen von Planeten berechnet werden, ohne auf Details ihrer Struktur und inneren Struktur einzugehen.

Zur Beschreibung des Universums werden derzeit zwei grundlegende Teiltheorien verwendet: die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenmechanik. Dies sind zwei große geistige Errungenschaften der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts. Die Allgemeine Relativitätstheorie beschreibt die Schwerkraft und die großräumige Struktur des Universums, das heißt seine Struktur auf Skalen von einigen Kilometern bis zu einer Million Millionen Millionen Millionen (eins gefolgt von vierundzwanzig Nullen) Kilometern – der Größe des beobachtbaren Universums. Andererseits befasst sich die Quantenmechanik mit Phänomenen auf extrem kleinen Skalen, beispielsweise einem Millionstel eines Millionstel Zentimeters. Aber leider ist bekannt, dass diese beiden Theorien miteinander unvereinbar sind und daher nicht beide richtig sein können. Eine der Hauptrichtungen der Forschung in der Physik heute und Hauptthema In diesem Buch soll eine neue Theorie entwickelt werden, die beide Spezialfälle vereint – die Quantentheorie der Schwerkraft. Es gibt noch keine solche Theorie, und vielleicht sind wir noch weit davon entfernt, sie zu entwickeln, aber wir kennen bereits viele der Eigenschaften, die sie haben sollte. Und wie wir in den folgenden Kapiteln sehen werden, kennen wir bereits einige unvermeidliche Vorhersagen der Quantentheorie der Schwerkraft.

Von Atomen zu Galaxien. In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts versuchten Physiker, Annahmen über die Struktur der Welt zu treffen, nicht nur die vertraute Welt von Isaac Newton abzudecken: Es erschienen Theorien, die extrem große und extrem kleine Objekte beschrieben

Wenn wir also davon ausgehen, dass das Universum nicht willkürlich strukturiert ist, sondern bestimmten Gesetzen unterliegt, wird es notwendig sein, bestimmte Theorien irgendwann zu einer umfassenden Theorie zusammenzufassen, die alles im Universum beschreiben kann. Doch die Suche nach einer solchen vollständig einheitlichen Theorie ist mit einem grundlegenden Paradoxon verbunden. Die oben beschriebene Sichtweise wissenschaftlicher Theorien geht davon aus, dass wir intelligente Wesen sind, denen es freisteht, das Universum auf die von uns gewünschte Weise zu beobachten und aus dem, was wir sehen, logische Schlussfolgerungen zu ziehen. In einem solchen Plan gibt es Grund zu der Annahme, dass wir den Gesetzen, die unser Universum regieren, immer näher kommen können. Aber wenn es wirklich eine vollständig einheitliche Theorie gäbe, dann würde sie höchstwahrscheinlich auch unser Handeln selbst, also einschließlich des Ergebnisses unserer Suche, bestimmen! Und warum sollte daraus folgen, dass wir auf der Grundlage der gewonnenen Daten zu den richtigen Schlussfolgerungen kommen? Aber würde aus der Theorie nicht folgen, dass wir zu falschen Schlussfolgerungen kommen würden? Oder werden wir überhaupt keine Schlussfolgerungen ziehen?

Die einzige Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, basiert auf Darwins Prinzip der natürlichen Selektion. Die Idee ist, dass sich Individuen in jeder Population selbstreplizierender Organismen zwangsläufig in ihrem genetischen Material und ihrer Erziehung unterscheiden. Das bedeutet, dass einige Menschen besser als andere darin sind, korrekte Rückschlüsse auf die Welt um sie herum zu ziehen und entsprechend zu handeln. Ihre Überlebens- und Fortpflanzungschancen sind größer, sodass ihr Verhalten und ihre Gedanken dominant werden. Natürlich waren in der Vergangenheit Intelligenz und wissenschaftliche Entdeckungen mehr als einmal wurden sie zum Überlebensvorteil. Es ist nicht ganz klar, dass dies immer noch der Fall ist: Schließlich können unsere wissenschaftlichen Entdeckungen uns alle völlig zerstören, und selbst wenn dies nicht geschieht, ist eine umfassende einheitliche Theorie möglicherweise nicht besonders wichtig für unsere Überlebenschancen. Wenn sich das Universum jedoch regelmäßig entwickelt, können wir davon ausgehen, dass die uns gegebenen Daten natürliche Auslese Rationale Fähigkeiten werden sich auch in unserer Suche nach einer umfassenden einheitlichen Theorie manifestieren und uns daher nicht zu falschen Schlussfolgerungen führen.

Da bestehende Teiltheorien ausreichen, um in allen außer den extremsten Situationen genaue Vorhersagen zu treffen, ist die Suche nach einer endgültigen Theorie des Universums aus rein praktischen Gründen schwer zu rechtfertigen. (Beachten Sie jedoch, dass ähnliche Argumente für die Relativitätstheorie und die Quantenmechanik vorgebracht werden könnten, und dank dieser Theorien haben wir die Kernenergie gemeistert und die Mikroelektronik revolutioniert.) Daher ist die Konstruktion einer vollständig einheitlichen Theorie von besonderem Nutzen für das Überleben von uns als Spezies Das ist möglicherweise nicht der Fall und es hat möglicherweise keine Auswirkungen auf unsere Lebensweise. Doch schon zu Beginn der Zivilisation wollten sich die Menschen nicht damit zufrieden geben, die Welt als eine Ansammlung unabhängiger und unerklärlicher Ereignisse und Phänomene wahrzunehmen. Wir versuchten, die zugrunde liegende Ordnung des Universums zu verstehen. Und heute wollen wir verstehen, warum wir hier sind und woher wir kommen. Der tiefe Wunsch der Menschheit nach Wissen ist eine ausreichende Rechtfertigung für unsere fortgesetzte Suche, und unser Ziel ist nicht mehr und nicht weniger als Gesamte Beschreibung Das Universum, in dem wir leben.

Das Teleskop als Spektiv wurde erstmals 1608 vom niederländischen Brillenmacher Johann Lippershey erfunden, doch Galileo war 1609 der erste, der ein Teleskop in den Himmel richtete und es für astronomische Beobachtungen nutzte.

Das ist nicht ganz richtig. Interne Struktur Gravitierende Körper können nur dann vernachlässigt werden, wenn die Dichteverteilung in ihnen kugelsymmetrisch ist (also nur vom Abstand zum Körpermittelpunkt abhängt). Bei den Planeten und der Sonne ist dies streng genommen nicht der Fall – diese Körper sind an den Polen zumindest leicht abgeflacht. Beispielsweise ist die Abflachung der Sonne einer der Gründe für die Präzession des Merkursperihels. Auch terrestrische Planeten weisen andere Inhomogenitäten in ihrer Dichteverteilung auf. Untersuchungen des Gravitationsfeldes der Erde und anderer Himmelskörper sind Gegenstand eines eigenen Wissenschaftsgebiets – der Gravimetrie.

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10. Eine kurze Geschichte der Zeit

Die Idee, ein populärwissenschaftliches Buch über das Universum zu schreiben, kam mir erstmals 1982. Ein Teil meines Ziels war es, Geld zu verdienen, um das Schulgeld für meine Tochter zu bezahlen. (Tatsächlich war sie zum Zeitpunkt der Veröffentlichung des Buches bereits in ihrem Abschlussjahr.) Aber Hauptgrund Der Grund für das Schreiben des Buches war, dass ich erklären wollte, wie weit wir meiner Meinung nach beim Verständnis des Universums gekommen sind: wie nah wir möglicherweise bereits an der Erstellung einer vollständigen Theorie sind, die das Universum und alles, was darin ist, beschreibt.

Da ich die Zeit und Mühe investieren wollte, ein Buch wie dieses zu schreiben, wollte ich, dass möglichst viele Leute es lesen. Zuvor wurden meine rein wissenschaftlichen Bücher bei Cambridge University Press veröffentlicht. Der Verlag hat gute Arbeit geleistet, aber ich hatte das Gefühl, dass er nicht so ein breites Publikum erreichen würde, wie ich es gerne hätte. Also kontaktierte ich den Literaturagenten Al Zuckerman, der mir als Schwiegersohn eines meiner Kollegen vorgestellt wurde. Ich gab ihm einen Entwurf des ersten Kapitels und erklärte ihm meinen Wunsch, ein Buch zu machen, wie es an Flughafenkiosken verkauft wird. Er sagte mir, dass es dafür keine Chance gäbe. Wissenschaftler und Studenten werden es natürlich kaufen, aber ein solches Buch wird nicht in das Gebiet von Jeffrey Archer eindringen.

Ich gab Zuckerman 1984 die erste Version des Buches. Er schickte es an mehrere Verlage und empfahl ihnen, das Angebot von Norton, einem amerikanischen Elite-Buchunternehmen, anzunehmen. Doch entgegen seinen Empfehlungen nahm ich das Angebot von Bantam Books an, einem Verlag, der sich an den allgemeinen Leser richtet. Obwohl sich Bantam nicht auf die Veröffentlichung von Sachbüchern spezialisierte, waren seine Bücher in Flughafenbuchhandlungen weit verbreitet.

Vielleicht interessierte sich Bantam für dieses Buch aufgrund eines seiner Herausgeber, Peter Guzzardi. Er nahm seine Arbeit sehr ernst und zwang mich, das Buch so umzuschreiben, dass es auch für Laien wie ihn verständlich war. Jedes Mal, wenn ich ihm ein überarbeitetes Kapitel schickte, antwortete er mit einer langen Liste von Mängeln und Problemen, die seiner Meinung nach einer Klärung bedurften. Manchmal dachte ich, dieser Prozess würde niemals enden. Aber er hatte recht: Das Buch ist dadurch viel besser geworden.

Meine Arbeit an dem Buch wurde durch eine Lungenentzündung unterbrochen, die ich mir am CERN zugezogen hatte. Es wäre völlig unmöglich, das Buch fertigzustellen, wenn es nicht so wäre Computer Programm. Es war ziemlich langsam, aber ich dachte damals gemächlich, also war es durchaus geeignet. Mit ihrer Hilfe, angeregt durch Guzzardi, habe ich den Originaltext fast vollständig neu geschrieben. Einer meiner Studenten, Brian Witt, hat mir bei dieser Überarbeitung geholfen.

Cover der ersten Ausgabe von A Brief History of Time

Ich war sehr beeindruckt von Jacob Bronowskis Fernsehserie The Ascent of Man. (Ein solcher sexistischer Name dürfte heute nicht mehr verwendet werden.) Er vermittelte einen Eindruck von den Errungenschaften der Menschheit und ihrer Entwicklung von den primitiven Wilden vor nur fünfzehntausend Jahren bis zu unserem modernen Staat. Ich wollte ähnliche Gefühle hinsichtlich unserer Entwicklung hin zu einem vollständigen Verständnis der Gesetze, die das Universum regieren, hervorrufen. Ich war mir sicher, dass fast jeder daran interessiert ist, wie das Universum funktioniert, aber die meisten Menschen können mathematische Gleichungen nicht verstehen. Ich selbst mag sie nicht wirklich. Teilweise, weil es mir schwer fällt, sie zu schreiben, aber vor allem, weil ich kein intuitives Gespür für Formeln habe. Stattdessen denke ich in visuellen Bildern, und in meinem Buch habe ich versucht, diese Bilder in Worten auszudrücken, indem ich bekannte Analogien und eine kleine Anzahl von Diagrammen verwendet habe. Durch die Wahl dieses Weges hoffte ich, dass die meisten Menschen mit mir die Bewunderung für die Erfolge teilen könnten, die die Physik aufgrund ihrer erstaunlichen Fortschritte in den letzten fünfzig Jahren erzielt hat.

Und doch sind manche Dinge schwer zu verstehen, selbst wenn man mathematische Berechnungen vermeidet. Das Problem, mit dem ich konfrontiert war, war: Sollte ich versuchen, sie zu erklären, auf die Gefahr hin, die Leute in die Irre zu führen, oder sollte ich den Müll sozusagen einfach unter den Teppich kehren? Einige ungewöhnliche Konzepte, wie etwa die Tatsache, dass Beobachter, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, unterschiedliche Zeiträume für dasselbe Ereignispaar messen, waren für das Bild, das ich zeichnen wollte, irrelevant. Deshalb hatte ich das Gefühl, ich könnte sie einfach erwähnen, ohne ins Detail zu gehen. Aber es gab auch komplexe Ideen, die für das, was ich vermitteln wollte, von wesentlicher Bedeutung waren.

Es gab zwei Konzepte, deren Aufnahme in das Buch meiner Meinung nach besonders wichtig war. Eine davon ist die sogenannte Summierung durch die Geschichte. Dies ist die Idee, dass das Universum mehr als eine Geschichte hat. Stattdessen gibt es die Gesamtheit aller möglichen Geschichten des Universums, und alle diese Geschichten sind gleichermaßen real (was auch immer das bedeutet). Eine weitere Idee, die erforderlich ist, um der Summierung über Geschichten einen mathematischen Sinn zu verleihen, ist die imaginäre Zeit. Mir ist jetzt klar, dass ich mir mehr Mühe hätte geben sollen, diese beiden Konzepte zu erklären, weil es die Teile des Buches waren, mit denen die Leute die größten Schwierigkeiten hatten. Es ist jedoch keineswegs notwendig, genau zu verstehen, was imaginäre Zeit ist; es reicht völlig aus zu wissen, dass sie sich von dem unterscheidet, was wir Echtzeit nennen.

Als das Buch kurz vor der Veröffentlichung stand, schickte der Wissenschaftler, dem man ein Vorabexemplar geschickt hatte, um eine Rezension für das Magazin vorzubereiten Natur Er war entsetzt, als er darin eine Vielzahl von Fehlern entdeckte – falsch platzierte Fotos und Diagramme mit falschen Signaturen. Er rief Bantam an, auch sie waren entsetzt und riefen noch am selben Tag die gesamte Auflage zurück und vernichteten sie. (Überlebende Exemplare dieser tatsächlichen Erstausgabe dürften jetzt hoch geschätzt werden.) Der Verlag verbrachte drei Wochen harter Arbeit mit der Überarbeitung und Korrektur des gesamten Buches, und es war rechtzeitig zum angekündigten Veröffentlichungstermin für den Aprilscherz fertig, um in die Läden zu kommen . Erster April. Dann das Magazin Zeit veröffentlichte auf dem Cover eine biografische Notiz über mich.

Trotz alledem war Bantam von der Nachfrage nach meinem Buch überrascht. Es blieb auf der Bestsellerliste Die New York Times 147 Wochen lang und auf der Londoner Bestsellerliste Zeiten - wurde in einer Rekordzeit von 237 Wochen in 40 Sprachen übersetzt und weltweit über 10 Millionen Mal verkauft.

Ich habe das Buch ursprünglich „From the Big Bang to Black Holes: A Short History of Time“ genannt, aber Guzzardi hat den Titel und den Untertitel vertauscht und durch „kurz“ durch „kurz“ ersetzt. Das war brillant und muss wesentlich zum Erfolg des Buches beigetragen haben. Seitdem sind viele „kurze Geschichten“ von diesem oder jenem und sogar „Eine kurze Geschichte von Thymian“ erschienen. Nachahmung ist die aufrichtigste Form der Schmeichelei.

Warum haben die Leute dieses Buch so oft gekauft? Es fällt mir schwer, auf meine Objektivität zu vertrauen, und ich zitiere lieber, was andere gesagt haben. Es stellte sich heraus, dass die Mehrzahl der Bewertungen, auch wenn sie zustimmend waren, nicht viel Klarheit brachten. Im Grunde sind sie nach dem gleichen Schema aufgebaut: Stephen Hawking leidet an der Lou-Gehrig-Krankheit(Begriff, der in amerikanischen Rezensionen verwendet wird), oder Motoneuronerkrankung(Britische Rezensionen). Er sitzt im Rollstuhl, kann nicht sprechen und bewegt nur N Finger(Wo N lag zwischen eins und drei, je nachdem, wie ungenau der Artikel über mich war, den der Rezensent gelesen hatte. Und doch hat er dieses Buch über die größte Frage von allen geschrieben: Wo kommen wir her und wohin gehen wir? Die Antwort, die Hawking vorschlägt, ist, dass das Universum nicht erschaffen wurde und niemals zerstört werden wird – es ist einfach so. Um diese Idee auszudrücken, führt Hawking das Konzept der imaginären Zeit ein, das ich(d. h. Rezensent) Ich finde es etwas schwierig zu verstehen. Wenn Hawking jedoch Recht hat und wir eine vollständig einheitliche Theorie finden, werden wir Gottes Plan wirklich verstehen.(Während des Korrekturlesens hätte ich fast den letzten Satz aus dem Buch entfernt, in dem es darum ging, dass wir Gottes Plan verstehen. Wenn ich das getan hätte, wären die Verkäufe um die Hälfte zurückgegangen.)

Ich denke, der Artikel in der Londoner Zeitung ist viel aufschlussreicher Der Unabhängige, wo es heißt, dass selbst ein so seriöses wissenschaftliches Buch wie „Eine kurze Geschichte der Zeit“ zum Kult werden kann. Der Vergleich mit dem Buch „Zen and the Art of Motorcycle Maintenance“ hat mich sehr geschmeichelt. Ich hoffe, dass mein Buch so den Menschen das Gefühl vermittelt, dass sie große intellektuelle und philosophische Fragen nicht abtun sollten.

Zweifellos spielte auch das menschliche Interesse an der Geschichte, wie ich es trotz meiner Behinderung geschafft habe, theoretischer Physiker zu werden, eine Rolle. Aber diejenigen, die das Buch nur deshalb gekauft haben, waren enttäuscht, da mein Zustand nur ein paar Mal erwähnt wurde. Das Buch sollte eine Geschichte des Universums sein und keineswegs meine Geschichte. Dies schützte den Bantam-Verleger nicht vor dem Vorwurf, er würde meine Krankheit schamlos ausnutzen und ich würde ihnen Nachsicht geben, indem ich die Platzierung meines Fotos auf dem Cover zuließ. Tatsächlich hatte ich laut Vertrag kein Recht, Einfluss auf die Gestaltung des Covers zu nehmen. Es gelang mir jedoch, den Verlag davon zu überzeugen, für die britische Ausgabe ein besseres Foto zu verwenden als das schlechte, veraltete Foto in der amerikanischen Ausgabe. Auf dem amerikanischen Cover blieb das Foto jedoch dasselbe, da, wie mir gesagt wurde, die amerikanische Öffentlichkeit dieses Foto mit dem Buch selbst identifizierte.

Es wurde auch vorgeschlagen, dass viele Leute dieses Buch kauften, um es in ihrem Bücherregal auszustellen oder Couchtisch ohne tatsächlich zu lesen. Ich bin mir sicher, dass dies der Fall war, auch wenn ich glaube, dass dies nicht stärker der Fall war als bei zahlreichen anderen seriösen Büchern. Und doch weiß ich, dass zumindest einige Leser es geschafft haben müssen, denn jeden Tag erhalte ich einen Stapel Briefe zu diesem Buch, viele davon mit Fragen oder ausführlichen Kommentaren, was darauf hindeutet, dass die Leute dieses Buch lesen. Lesen Sie es sogar wenn sie es nicht vollständig verstanden haben. Die Leute halten mich auch auf der Straße an und sagen mir, wie gut es ihnen gefallen hat. Die Häufigkeit, mit der ich solche öffentlichen Anerkennungsbekundungen erhalte (auch wenn ich natürlich ein ganz anderer, wenn nicht sogar der herausragendste Autor bin), scheint mir die Gewissheit zu geben, dass ein gewisser Teil der Leute, die das Buch gekauft haben, es tatsächlich gelesen haben Es.

Nach „Eine kurze Geschichte der Zeit“ schrieb ich mehrere weitere Bücher, um wissenschaftliche Erkenntnisse einem breiteren Publikum zugänglich zu machen. Dies sind „Schwarze Löcher und junge Universen“, „Welt in Nussschale" und "Höheres Design". Ich halte es für sehr wichtig, dass die Menschen über grundlegende wissenschaftliche Kenntnisse verfügen, die es ihnen ermöglichen, in einer Welt, in der Wissenschaft und Technologie eine immer wichtigere Rolle spielen, fundierte Entscheidungen zu treffen. Darüber hinaus haben meine Tochter Lucy und ich eine Reihe von Büchern für Kinder geschrieben – die Erwachsenen von morgen. Dabei handelt es sich um Abenteuergeschichten, die auf wissenschaftlichen Konzepten basieren.

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KURZE BIBLIOGRAPHIE, LITERATUR ÜBER V. I. BAZHENOV UND SEINE ZEIT Borisov S. Bazhenov. M., 1937. Shishko A. Steinhandwerker. M., 1941. Snegirev V. V. I. Bazhenov. M., 1950. Petrov P., Klyushnikov V. Eine Familie von Freidenkern. St. Petersburg, 1872. Chernov E, G., Shishko A. V. Bazhenov. M., Verlag der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, 1949. Yanchuk N. A.

Aus dem Buch Spott von Waugh Evelyn

Kapitel 6 EINE KURZE GESCHICHTE MEINER RELIGIÖSEN ANSICHTEN Am 18. Juni 1921 schrieb ich in mein Tagebuch: „In den letzten Wochen habe ich aufgehört, Christ zu sein. Mir wurde klar, dass ich zumindest in den letzten beiden Quartalen in allem Atheist war, außer dem Mut, es mir selbst einzugestehen.“

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Teil 3 Eine kurze Geschichte der Finanzpyramiden In dem vorgestellten Kapitel werden wir tatsächlich nicht über die Geschichte der bekannten ägyptischen Pyramiden sprechen, sondern über Pyramiden einer etwas anderen Art – Finanzpyramiden. Heutzutage ist es auf der ganzen Welt vielleicht schwierig, jemanden zu finden, der es noch nie getan hat

Aus dem Buch Von Diogenes zu Jobs, Gates und Zuckerberg [„Nerds“, die die Welt veränderten] von Zittlau Jörg

Kapitel 1 Von Höhlenmalereien bis zur Atombombe. Eine kurze Geschichte des Botanikers Im Allgemeinen lassen sich Botaniker in zwei Kategorien einteilen: diejenigen, die angeblich erst in den 1950er Jahren auftraten, und diejenigen, die vor langer Zeit lebten. „Botaniker gab es in der Menschheitsgeschichte schon immer“, erklärt er

Aus dem Buch von Francois Marie Voltaire Autor Kusnezow Witali Nikolajewitsch

Aus dem Buch Byzantinische Reise von Ash John

Eine kurze Geschichte der Wintergärten Obwohl Afyon in Reiseführern wenig Beachtung findet, ist es eine der schönsten Städte auf der anatolischen Hochebene. Sein moderne Architektur vorhersehbar ausdruckslos, aber im Vergleich zu Eskisehir (tief im Inneren hatte ich das befürchtet).

Aus dem Buch Biographie von Belgrad von Pavic Milorad

Eine kurze Geschichte des Lesens Ich wollte schon lange auf einer Buchmesse ein Buch mit dem Titel „Eine kurze Geschichte des Lesens“ sehen. Ich versuche euch zu sagen, wie ich es mir vorstelle. Als ich in Tel Aviv ankam, wurde mir folgende Frage gestellt: „In Ihrem Buch treffen wir drei Teufel –

Aus dem Buch Held der Sowjetzeit: Die Geschichte eines Arbeiters Autor Kalinyak Georgi Alexandrowitsch

Held der Sowjetzeit: Die Geschichte eines Arbeiters Georgy Aleksandrovich Kalinyak (1910-14.09.1989) Geboren 1910 in Grodno. 1927 schloss er die 7. Klasse des Witebsker Gymnasiums ab. Seit 1928 lebte er in Leningrad. Im Jahr 1928 begann er als Druckmaschinenbediener im Artel Kozhmetalloshtamp zu arbeiten, dann von 1929 bis

Aus dem Buch von Vladimir Vysotsky. Leben nach dem Tod Autor Bakin Victor V.

P. Soldatenkov – „Liebesgeschichte, Krankheitsgeschichte“ Es gibt nichts Langweiligeres, als über die Krankheiten anderer Menschen und die Unzucht anderer Menschen zu sprechen. Anna Achmatowa Ich mag es nicht, wenn ich respektabel bin kreative Leute Sie reden darüber, wie er getrunken hat. Ich verstehe, dass er getrunken hat, aber sie bringen es gerne in den Vordergrund

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

Aus offenen Quellen

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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