Stephen Hawking war einer der größten theoretischen Physiker unserer Zeit, dessen Karriere sich über 50 Jahre erstreckte.
Hawking arbeitete für fortgeschrittene Intellektuelledie Grenzen der Physik, und seine Theorien schienen oft bizarr. Jedenfalls zu der Zeit, als er sie zum ersten Mal äußerte. Sie werden jedoch langsam aber sicher in der wissenschaftlichen Gemeinschaft akzeptiert. Von revolutionären Ansichten über Schwarze Löcher bis hin zur Erklärung, wie das Universum begann, hier sind einige seiner Theorien, die bereits bestätigt wurden und nicht.
Big Bang hat gewonnen
Hawking begann mit dem Schreiben seiner DoktorarbeitIn diesem Moment gab es in der wissenschaftlichen Gemeinschaft eine hitzige Debatte darüber, wie das Universum begann. Zwei konkurrierende Ideen erklärten den Anfang von allem auf ihre eigene Weise: die Urknalltheorie und die Stabilitätstheorie. Beide akzeptierten, dass sich das Universum ausdehnt, aber im ersten Fall expandiert es aus einem ultrakompakten, ultradichten Zustand, und im zweiten geht man davon aus, dass sich das Universum für immer ausdehnt, während ständig neue Materie erzeugt wird, um eine konstante Dichte aufrechtzuerhalten.
Hawking zeigte in seiner Dissertation, dass die TheorieDer stationäre Zustand ist sich selbst mathematisch widersprüchlich. Der Physiker argumentierte, dass das Universum als unendlich kleiner, unendlich dichter Punkt begann – mit einer Singularität. Heute wird Hawkings Beschreibung unter Gelehrten fast allgemein akzeptiert.
Schwarze Löcher sind echt
Hawkings Name wird am meisten mit Schwarzen in Verbindung gebracht.Löcher - eine andere Art von Singularität. Diese Objekte entstehen, wenn ein Stern unter seiner eigenen Schwerkraft kollabiert. Das Problem war, dass die Existenz von Schwarzen Löchern zwar in Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie passte, aber der Quantenphysik widersprach. Hawking machte Anfang der 1970er Jahre auf Schwarze Löcher aufmerksam.
First Event Horizon-Bild eines Schwarzen Lochs – veröffentlicht von der National Science Foundation im Jahr 2019
Laut einem Artikel in Nature kombinierte er die GleichungenEinstein mit den Gleichungen der Quantenmechanik zum Beweis der Möglichkeit von Schwarzen Löchern. So wurde aus einer vormals theoretischen Abstraktion eine tragfähige Theorie. Der letzte Beweis dafür, dass 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.
Schwarze Löcher haben ihren Namen von der Tatsachedass ihre Gravitation so stark ist, dass Photonen oder Lichtteilchen sie nicht verlassen können. Aber in seinen frühen Schriften zu diesem Thema argumentierte Hawking, dass die Situation nicht so einfach ist.
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 fühlte sich Hawking anders.
Die Anwendung der Quantentheorie, nämlich die Idee vondass Paare von "virtuellen Photonen" spontan aus dem Nichts entstehen konnten, erkannte er, dass einige dieser Teilchen 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 in Israel bestätigt. Anstelle eines echten Schwarzen Lochs verwendeten die Forscher ein akustisches Analogon – ein „sonic black hole“, aus dem Schallwellen nicht entweichen können. Sie fanden das Äquivalent der Hawking-Strahlung genau so, wie es die Physiker vorhergesagt hatten.
Informationsparadoxon
Die Existenz von Hawking-Strahlung verursacht eine ernsteProblem für Theoretiker. Nach Hawkings Berechnungen sollen Schwarze Löcher Elementarteilchen aussenden und mit der Zeit verdampfen. Dies scheint der einzige physikalische Prozess zu sein, der Informationen aus dem Universum "entfernt". Damit gehen die grundlegenden Eigenschaften des Materials, aus dem das Schwarze Loch entstand, für immer verloren; die ausgehende Strahlung sagt uns nichts über sie. Dies widerspricht jedoch den allgemeinen Prinzipien der Quantenmechanik. „Informationsparadox“ nennt man diesen Widerspruch, an dessen Auflösung der Wissenschaftler seit 40 Jahren arbeitet.
Hawking glaubte, dass tatsächlich Informationen überZusammensetzung von Schwarzen Löchern geht nicht verloren. Im Jahr 2016 erklärte der Professor, dass es in einer Wolke aus Null-Energie-Partikeln gespeichert ist, die ein Schwarzes Loch umgibt - der Wissenschaftler nannte es in seinem Artikel Black Hole Entropy and Soft Hair "light fluff".
Der Titel des Artikels ist auf den ersten Blick so seltsamist ein Verweis auf das physikalische "kein Haar-Theorem" für ein Schwarzes Loch, wobei "Haar" eine Metapher für Informationen über Materie ist, die das Schwarze Loch absorbiert und nicht wieder abgibt. Es widmet sich dem Informationsparadoxon: Der Wissenschaftler versucht seit mehreren Jahrzehnten zu verstehen, was mit Informationen in Schwarzen Löchern passiert. Aber Hawkings „haariges“ Theorem des Schwarzen Lochs ist nur eine von mehreren Hypothesen, und heute ist das Informationsparadoxon ungelöst.
Multiversum
Eines der Themen, mit denen Hawking am Ende gearbeitet hatLeben gab es die Multiversum-Theorie - die Idee, dass unser Universum, das als Folge des Urknalls entstanden ist, nur eines von unendlich vielen koexistierenden "Blasenuniversen" ist.
Hawking war jedoch mit der Annahme nicht zufriedeneinige Wissenschaftler, dass jede lächerliche Situation, die Sie sich vorstellen können, gerade jetzt irgendwo in dieser unendlichen Anzahl von Paralleluniversen passiert. In seinem letzten Artikel von 2018 versuchte Hawking nach seinen eigenen Worten, "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 richtig sind. Und es ist unwahrscheinlich, dass Wissenschaftler seine Idee in naher Zukunft testen können.
Hypothese überSicherheitChronologie
So überraschend es klingt, die Gesetze der Physik sind inin dem Sinne, wie wir sie heute verstehen - Zeitreisen nicht verbieten. Lösungen für Einsteins Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie beinhalten "geschlossene Zeitkurven", die es einer Person ermöglichen, in ihre Vergangenheit zurückzukehren. Aber Hawking war damit nicht zufrieden - er war sich sicher, dass Zeitreisen rückwärts logische Paradoxien erzeugen, die einfach unmöglich sind.
Daher nahm er an, dass einigeein derzeit unbekanntes physikalisches Gesetz verhindert, dass geschlossene Zeitkurven auftreten. Er drückte seine Vermutung in der "Hypothese des Chronologieschutzes" aus. Dies ist jedoch nur eine Vermutung, und es ist noch nicht bekannt, ob Zeitreisen möglich sind oder nicht.
Dunkle Prophezeiungen
In den letzten Jahren seines Lebens machte Hawking eine Reihe dunkler Prophezeiungen über die Zukunft der Menschheit.
Sie reichen von der Annahme, dassDas schwer fassbare Higgs-Boson oder "Teilchen Gottes" könnte eine Vakuumblase auslösen, die das Universum verschlingt, bevor feindliche außerirdische Invasionen und künstliche Intelligenz die Macht auf der Erde ergreifen. Während Stephen Hawking in vielen Dingen Recht hatte, können wir nur hoffen, dass er damit falsch lag.
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Kosmologische Singularität – impliziertder Zustand des Universums im ersten Moment des Urknalls. Es ist eines der Beispiele für Gravitationssingularitäten, die von der Allgemeinen Relativitätstheorie (GR) und einigen anderen Gravitationstheorien vorhergesagt wurden.