Einige der Theorien von Stephen Hawking haben die Art und Weise, wie wir das Universum betrachten, revolutioniert, aber andere verwirren Wissenschaftler noch immer.
Stephen Hawking war einer der größten theoretischen Physiker unserer Zeit. Er ist vor allem für seine Auftritte in populären Medien und seinen ständigen Kampf mit schwächenden Krankheiten bekannt, aber sein wahrer Einfluss kommt von seiner brillanten fünfzigjährigen Karriere in der Wissenschaft.
Beginnend mit seiner Dissertation im Jahr 1966 setzte sich seine Pionierarbeit bis zu seiner letzten Arbeit im Jahr 2018 ununterbrochen fort, die nur wenige Tage vor seinem Tod im Alter von 76 Jahren abgeschlossen wurde.
Stephen Hawking arbeitete an der Spitze der intellektuellen Grenzen der Physik, und seine Theorien schienen zu der Zeit, als er sie formulierte, oft bizarr von der Realität entfernt. Sie werden jedoch nach und nach in den wissenschaftlichen Mainstream aufgenommen, und es tauchen ständig neue Belege auf.
Von seinen bahnbrechenden Ansichten über Schwarze Löcher bis hin zur Erklärung des Beginns des Universums sind hier einige seiner Theorien, die bestätigt wurden ... und einige sind noch in der Luft.
1Urknall gewinnt:
Stephen Hawking schrieb seine Doktorarbeit an einem kritischen Punkt in einer hitzigen Debatte zwischen zwei rivalisierenden kosmologischen Theorien: dem Urknall und dem stationären Zustand.
Beide Theorien erkannten, dass sich das Universum ausdehnt, aber in der ersten expandierte es von einem ultrakompakten, superdichten Zustand zu einer endlichen Zeit in der Vergangenheit, und die zweite ging davon aus, dass sich das Universum für immer ausdehnt und ständig neue Materie geschaffen wird, um sie zu erhalten eine konstante Dichte.
Stephen Hawking hat in seiner Dissertation gezeigt, dass die Steady-State-Theorie mathematisch in sich widersprüchlich ist. Stattdessen argumentierte er, dass das Universum als ein unendlich kleiner, unendlich dichter Punkt begann, der als Singularität bezeichnet wird. Heute wird Hawkings Beschreibung unter Gelehrten fast allgemein akzeptiert.
Schwarze Löcher sind real:
Stephen Hawkings Name wird am meisten mit Schwarzen Löchern in Verbindung gebracht, einer anderen Art von Singularität, die sich bildet, wenn ein Stern unter dem Einfluss seiner eigenen Schwerkraft vollständig kollabiert.
Diese mathematischen Kuriositäten sind aus Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie entstanden und wurden jahrzehntelang diskutiert, als Hawking Anfang der 1970er Jahre seine Aufmerksamkeit auf sie richtete.
Laut einem Artikel in Nature bestand sein genialer Schachzug darin, Einsteins Gleichungen mit den Gleichungen der Quantenmechanik zu kombinieren und so aus einer zuvor theoretischen Abstraktion etwas zu machen, das so aussah, als könnte es tatsächlich im Universum existieren.
Der endgültige Beweis dafür, dass Stephen Hawking Recht hatte, kam 2019, als das Event Horizon-Teleskop ein Live-Bild eines supermassiven Schwarzen Lochs aufnahm, das im Zentrum der riesigen Galaxie Messier 87 lauert.
Hawking-Strahlung:
Schwarze Löcher haben ihren Namen von der Tatsache, dass ihre Gravitation so stark ist, dass Photonen oder Lichtteilchen sie nicht verlassen können. Aber in seinen frühen Schriften zu diesem Thema argumentierte Stephen Hawking, dass die Realität komplexer ist als dieses monochrome Gemälde.
Indem er die Quantentheorie anwendete, nämlich die Idee, dass Paare von "virtuellen Photonen" spontan aus dem Nichts entstehen können, stellte er fest, dass einige dieser Photonen anscheinend vom Schwarzen Loch emittiert wurden.
Diese Theorie, die jetzt Hawking-Strahlung genannt wird, wurde kürzlich in einem Laborexperiment am Technion Israel Institute of Technology bestätigt. Anstelle eines echten Schwarzen Lochs verwendeten die Forscher sein akustisches Gegenstück – ein „sonic black hole“, aus dem Schallwellen nicht entweichen können. Sie fanden das Äquivalent der Hawking-Strahlung genau so, wie es der Physiker vorhergesagt hatte.
Flächensatz des Schwarzen Lochs:
In der klassischen Physik nimmt die Entropie oder Unordnung eines Systems, die nur mit der Zeit zunehmen kann, niemals ab. Zusammen mit Jacob Bekenstein schlug Hawking vor, dass die Entropie eines Schwarzen Lochs durch die Oberfläche des es umgebenden Ereignishorizonts gemessen wird.
Die jüngste Entdeckung von Gravitationswellen, die von verschmelzenden Paaren schwarzer Löcher emittiert werden, zeigt, dass Stephen Hawking wieder Recht hatte. Wie Hawking der BBC nach dem ersten solchen Ereignis im Jahr 2016 mitteilte: „Die beobachteten Eigenschaften des Systems stimmen mit den Schwarzen-Loch-Vorhersagen überein, die ich 1970 gemacht habe … Bereiche der ursprünglichen Schwarzen Löcher." Spätere Beobachtungen lieferten eine weitere Bestätigung von Hawkings "Flächensatz".
Die Welt akzeptiert nach und nach die erstaunlichen Vorhersagen von Stephen Hawking. Aber es gibt noch einiges, das auf die eine oder andere Weise noch bewiesen werden muss.
Informationsparadoxon:
Die Existenz der Hawking-Strahlung stellt Theoretiker vor ein ernstes Problem. Dies scheint der einzige physikalische Prozess zu sein, der Informationen aus dem Universum entfernt.
Die grundlegenden Eigenschaften des Materials, aus dem das Schwarze Loch entstand, scheinen für immer verloren zu sein; die ausgehende Strahlung sagt uns nichts über sie. Dies ist das sogenannte Informationsparadoxon, das Wissenschaftler seit Jahrzehnten zu lösen versuchen.
Stephen Hawkings eigene Auffassung des Mysteriums, die 2016 veröffentlicht wurde, ist, dass die Informationen nicht wirklich verloren sind. Es ist in einer Wolke aus Null-Energie-Partikeln gespeichert, die ein Schwarzes Loch umgibt, das er "weiches Haar" nennt. Aber Hawkings haariges Schwarzes-Loch-Theorem ist nur eine von mehreren Hypothesen, und heute kennt niemand die wahre Antwort.
Ursprüngliche Schwarze Löcher:
Schwarze Löcher entstehen durch den gravitativen Kollaps von bereits existierender Materie wie Sternen. Es ist aber auch möglich, dass einige von ihnen im sehr frühen Universum, kurz nach dem Urknall, spontan entstanden sind.
Stephen Hawking war der erste Mensch, der sich eingehend mit der Theorie solcher urzeitlichen Schwarzen Löcher beschäftigte. Es stellt sich heraus, dass sie fast jede Masse haben können, von ganz klein bis ganz groß - obwohl die ganz Kleinen schon durch Hawking-Strahlung "verdampft" sind.
Eine faszinierende Möglichkeit, die von Hawking in Betracht gezogen wurde, ist, dass urzeitliche Schwarze Löcher die mysteriöse dunkle Materie darstellen könnten, von der Astronomen glauben, dass sie das Universum durchdringt. Aktuelle Beobachtungsdaten zeigen jedoch, dass dies unwahrscheinlich ist. Auf jeden Fall haben wir derzeit keine Beobachtungsinstrumente, um primordiale Schwarze Löcher zu erkennen oder zu sagen, ob es sich um dunkle Materie handelt oder nicht.
Multiversum:
Eines der Themen, an denen Stephen Hawking am Ende seines Lebens arbeitete, war die Theorie des Multiversums – die Idee, dass unser Universum, das als Ergebnis des Urknalls entstand, nur eines von unendlich vielen koexistierenden Blasenuniversen ist.
Hawking gefiel die Annahme einiger Wissenschaftler nicht, dass jede Situation, die Sie sich vorstellen können, irgendwo in dieser unendlichen Menge gerade jetzt passieren muss.
In seinem neuesten Artikel von 2018 versuchte Hawking nach seinen eigenen Worten, "zu versuchen, das Multiversum zu zähmen". Er schlug einen neuen mathematischen Rahmen vor, der, ohne das Multiversum als Ganzes aufzugeben, es endlich und nicht unendlich machte. Aber wie bei jeder Spekulation über Paralleluniversen haben wir keine Ahnung, ob seine Ideen wahr sind. Und es ist unwahrscheinlich, dass Wissenschaftler seine Idee in naher Zukunft testen können.
Chronologie-Schutzhypothese:
So überraschend es klingt, die Gesetze der Physik – wie wir sie heute verstehen – verbieten Zeitreisen nicht. Einsteins Lösungen für die Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie beinhalten "geschlossene Zeitkurven", die es Ihnen ermöglichen, in Ihre Vergangenheit zurückzukehren.
Stephen Hawking machte sich darüber Sorgen, weil er der Meinung war, dass Zeitreisen rückwärts logische Paradoxien erzeugen, die einfach nicht möglich sind.
Daher schlug er vor, dass ein derzeit unbekanntes Gesetz der Physik die Entstehung geschlossener Zeitkurven verhindert - seine sogenannte "Chronologie-Verteidigungshypothese". Aber „raten“ ist im wissenschaftlichen Sprachgebrauch nur „raten“, und wir wissen wirklich nicht, ob Zeitreisen möglich sind oder nicht.
Kein Ersteller:
Eine der am häufigsten gestellten Fragen an Kosmologen lautet: "Was geschah vor dem Urknall?"
Laut Stephen Hawking ist diese Frage bedeutungslos. Tatsächlich begann die Zeit selbst sowie das Universum und alles darin mit dem Urknall.
"Für mich bedeutet das, dass der Schöpfer keine Möglichkeit hat zu existieren", sagte er, "weil der Schöpfer keine Zeit hat zu existieren." Viele Leute werden dieser Meinung nicht zustimmen, aber Stephen Hawking hat sie im Laufe seines Lebens oft geäußert.
Diese Aussage fällt mit ziemlicher Sicherheit in die Kategorie "wird nie auf die eine oder andere Weise gelöst".
Prophezeiungen des Weltuntergangs:
In den letzten Jahren seines Lebens machte Stephen Hawking eine Reihe dunkler Prophezeiungen über die Zukunft der Menschheit, die er anscheinend sehr ernst nahm.
Sie reichen von der Vermutung, dass das schwer fassbare Higgs-Boson oder "Teilchen Gottes" eine Vakuumblase auslösen könnte, die das Universum verschlingt, bis hin zu feindlichen außerirdischen Invasionen und der Übernahme durch die KI. Während Stephen Hawking in vielen Dingen Recht hatte, können wir nur hoffen, dass er in diesen Punkten falsch lag.
2021-07-23 04:45:04
Autor: Vitalii Babkin