Lesestoff: Kurze Antworten auf große Fragen ist das neueste Buch von Stephen Hawking

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 03:51

Ein Auszug aus der Arbeit des großen Wissenschaftlers darüber, ob Zeitreisen möglich sind.

Eng verwandt mit Zeitreisen ist die Fähigkeit, sich schnell von einem Punkt im Raum zu einem anderen zu bewegen. Wie ich bereits sagte, zeigte Einstein, dass ein unendlich starker Düsenschub erforderlich wäre, um ein Raumfahrzeug auf nahezu Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. Die einzige Möglichkeit, sich in einem vernünftigen Zeitraum von einem Teil der Galaxie in einen anderen zu bewegen, besteht darin, die Raumzeit so zu falten, dass eine kleine Röhre oder ein "Wurmloch" entsteht. Es kann zwei Teile der Galaxis verbinden und als kürzester Weg zwischen ihnen fungieren; Sie können hin und her fliegen und trotzdem alle Ihre Freunde lebend fangen. Solche "Wurmlöcher" wurden ernsthaft als Chance für die Zivilisation der Zukunft angesehen. Wenn Sie es schaffen, sich in ein paar Wochen von einem Teil der Galaxie in einen anderen zu bewegen, können Sie durch ein anderes "Loch" zurückkehren - zur gleichen Zeit, bevor Sie sich auf den Weg machen. Außerdem hindert dich nichts daran, vorwärts zu reisen und durch ein "Wurmloch" in die Vergangenheit zurückzukehren, wenn sich beide Enden relativ zueinander bewegen.

Wir können sagen, dass es notwendig ist, die Raumzeit in die entgegengesetzte Richtung zu der Richtung zu biegen, in die gewöhnliche Materie sie biegt, um ein "Wurmloch" zu schaffen. Gewöhnliche Materie biegt die Raumzeit zu sich selbst hin, wie die Erdoberfläche. Aber um ein "Wurmloch" zu erzeugen, braucht es Materie, die die Raumzeit in die entgegengesetzte Richtung biegt, wie die Oberfläche eines Sattels. Das gleiche gilt für jede andere Krümmung der Raumzeit, um in die Vergangenheit zu reisen, es sei denn, das Universum ist so gekrümmt, dass es bereits Zeitreisefähigkeiten besitzt. Nur in diesem Fall benötigen Sie Materie mit negativer Masse und negativer Energiedichte.

Energie ist wie Geld. Wenn Sie ein positives Guthaben auf der Bank haben, können Sie das Geld nach Belieben verwenden. Nach den klassischen Gesetzen, die bis vor kurzem als unveränderlich galten, ist eine Überziehung beim Energieverbrauch jedoch nicht erlaubt.

Klassische Gesetze machen es uns unmöglich, das Universum so zu biegen, dass Zeitreisen möglich werden. Aber die klassischen Gesetze werden durch die Quantentheorie widerlegt – die zweite nach der Allgemeinen Relativitätstheorie, die große intellektuelle Revolution in unserem Verständnis des Universums. Die Quantentheorie ist flexibler und erlaubt in einigen Fällen Überziehungen. Aber die Bank sollte uns gegenüber freundlich sein. Mit anderen Worten, die Quantentheorie lässt an einigen Stellen eine negative Energiedichte zu, wenn Sie an anderen eine positive Dichte angeben.

Die Quantentheorie erlaubt negative Energiedichte, weil sie auf dem Prinzip der Unsicherheit beruht. Und er argumentiert, dass einige Eigenschaften wie Position und Geschwindigkeit eines Teilchens nicht gleichzeitig exakt gemessene Werte haben können. Je genauer die Position des Teilchens bestimmt wird, desto größer ist die Unsicherheit über seine Geschwindigkeit und umgekehrt. Das Unsicherheitsprinzip gilt auch für Felder – zum Beispiel für ein elektromagnetisches oder Gravitationsfeld. Er argumentiert, dass diese Felder keinen Nullwert haben können, selbst wenn wir denken, dass es leeren Raum gibt. Tatsache ist, dass, wenn ihre Werte gleich Null sind, dies bedeutet, dass sie eine genau definierte Position gleich Null und eine genau definierte Geschwindigkeit gleich Null haben müssen. Und dies widerspricht dem Prinzip der Unsicherheit. Dies bedeutet, dass die Felder eine minimale Schwankung aufweisen müssen. Man kann sich die sogenannten Vakuumfluktuationen in Form von Teilchen- und Antiteilchenpaaren vorstellen, die plötzlich entstehen, sich trennen, dann wieder verschmelzen und sich vernichten, sich gegenseitig vernichten.

Solche Teilchenpaare - Antiteilchen gelten als virtuell, weil sie mit einem Teilchendetektor nicht direkt nachgewiesen werden können. Aber ein indirekter Effekt ist zu beobachten. Dafür wird der sogenannte Casimir-Effekt genutzt. Stellen Sie sich zwei parallele Metallplatten in geringem Abstand vor. Die Platten wirken als Spiegel für virtuelle Teilchen und Antiteilchen. Dies bedeutet, dass der Raum zwischen den Platten wie eine Orgelpfeife aussieht, nur dass er Lichtwellen einer bestimmten Resonanzfrequenz durchlässt. Als Ergebnis stellt sich heraus, dass zwischen den Platten eine gewisse Menge an Quantenfluktuationen auftritt, anders als hinter ihnen, wo diese Fluktuationen jede Wellenlänge haben können. Der Unterschied in der Anzahl der virtuellen Partikel zwischen den Platten und der Außenseite bedeutet, dass die Platten auf einer Seite stärker unter Druck stehen als auf der anderen. Es entsteht eine kleine Kraft, die die Platten einander näher bringt. Diese Kraft kann experimentell gemessen werden. Virtuelle Partikel existieren also in der Realität und haben eine reale Wirkung.

Da sich zwischen den Platten weniger virtuelle Teilchen oder Quantenfluktuationen im Vakuum befinden, ist auch hier die Energiedichte geringer als im umgebenden Raum. Die Energiedichte des leeren Raums in großer Entfernung von den Platten sollte jedoch gleich Null sein. Andernfalls wird die Raumzeit gekrümmt und das Universum wird nicht vollständig flach sein. Das bedeutet, dass die Energiedichte im Bereich zwischen den Platten negativ sein muss.

Experimentell nachgewiesene Lichtablenkung weist darauf hin, dass die Raumzeit gekrümmt ist, und der Casimir-Effekt bestätigt, dass die Krümmung negativ sein kann. Und es mag den Anschein haben, dass wir mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie in der Lage sein werden, "Wurmlöcher" zu schaffen oder Raum und Zeit auf andere Weise zu verbiegen, um in die Vergangenheit reisen zu können. Aber in diesem Fall stellen sich unweigerlich eine Reihe von Fragen und Problemen.

Zum Beispiel: Wenn in Zukunft Zeitreisen möglich werden, warum ist dann niemand aus der Zukunft zu uns zurückgekehrt und hat uns gesagt, wie es geht.

Auch wenn es gute Gründe gibt, uns im Dunkeln zu lassen, ist es für Menschen von Natur aus schwer zu glauben, dass niemand auftauchen und uns armen rückständigen Bauern das Geheimnis der Zeitreisen verraten möchte. Natürlich argumentieren einige, dass uns bereits Gäste aus der Zukunft besuchen - sie fliegen auf UFOs, und Regierungen sind in eine riesige Verschwörung verwickelt, um diese Fakten zu vertuschen, um das wissenschaftliche Wissen zu nutzen, das die Gäste mit sich tragen. Ich kann nur eines sagen: Wenn Regierungen etwas verbergen, können sie die nützlichen Informationen, die sie von Außerirdischen erhalten, immer noch nicht verwenden. Ich stehe der "Verschwörungstheorie" sehr skeptisch gegenüber und finde die "Durcheinander-Theorie" plausibler. UFO-Berichte können sich nicht ausschließlich auf Außerirdische beziehen, da sie sich gegenseitig widersprechen. Aber wenn wir zugeben, dass einige dieser Beobachtungen nur Fehler oder Halluzinationen sind, ist es dann nicht logischer, dies zuzugeben, als zu glauben, dass wir von Gästen aus der Zukunft oder aus einem anderen Teil der Galaxis besucht werden? Wenn diese Gäste wirklich die Erde besiedeln oder uns vor einer Gefahr warnen wollen, dann sind sie äußerst wirkungslos.

Es gibt eine Möglichkeit, die Idee der Zeitreise mit der Tatsache in Einklang zu bringen, dass wir noch nie Gäste aus der Zukunft getroffen haben. Wir können sagen, dass solche Reisen erst in Zukunft möglich sein werden. Die Raumzeit unserer Vergangenheit ist fixiert, weil wir sie beobachtet und gesehen haben, dass sie nicht gekrümmt genug war, um in der Zeit zurückreisen zu können. Und die Zukunft ist offen, also werden wir eines Tages lernen, die Raumzeit zu beugen und die Möglichkeit zu bekommen, durch die Zeit zu reisen. Da wir die Raumzeit aber erst in Zukunft biegen können, werden wir von ihr nicht in unsere Gegenwart oder noch früher zurückkehren können.

Ein solches Bild mag erklären, warum wir keinen Zustrom von Touristen aus der Zukunft erleben. Aber es lässt noch Raum für viele Paradoxe. Angenommen, es besteht die Möglichkeit, in einem Raumschiff zu fliegen und vor Beginn des Fluges zurückzukehren. Was hindert Sie daran, am Startplatz eine Rakete zur Detonation zu bringen und damit die Möglichkeit eines solchen Fluges für sich selbst auszuschließen? Es gibt andere, nicht weniger paradoxe Versionen: zum Beispiel in der Zeit zurückzugehen und deine Eltern zu töten, bevor du geboren wurdest. Hierfür gibt es zwei mögliche Lösungen.

Eine Sache würde ich einen konsequenten historischen Ansatz nennen. In diesem Fall kann man eine konsistente Lösung der physikalischen Gleichungen finden - obwohl die Raumzeit so stark gekrümmt ist, dass man in die Vergangenheit reisen kann. Aus dieser Sicht können Sie eine Rakete nicht für die Reise in die Vergangenheit vorbereiten, wenn Sie nicht zu ihr zurückgekehrt sind und die Startrampe nicht in die Luft gesprengt haben. Dies ist ein sequentielles Bild, aber es sagt aus, dass wir völlig entschlossen sind: Wir sind nicht in der Lage, unsere Gedanken zu ändern. Das ist zu viel für den freien Willen.

Eine andere Lösung nenne ich den alternativen Geschichtsansatz. Es wurde vom Physiker David Deutsch verfochten und war wahrscheinlich von den Machern von Zurück in die Zukunft gemeint. Mit diesem Ansatz wird es in einer alternativen Geschichte vor dem Start der Rakete keine Rückkehr aus der Zukunft geben und dementsprechend keine Gelegenheit geben, sie zur Detonation zu bringen. Aber als der Reisende aus der Zukunft zurückkehrt, findet er sich in einer anderen alternativen Geschichte wieder. Darin unternimmt die Menschheit unglaubliche Anstrengungen, um ein Raumschiff zu bauen, aber bevor sie von einem anderen Teil der Galaxis aus starten, taucht ein ähnliches Schiff auf und zerstört das gebaute.

David Deutsch bevorzugt einen alternativen historischen Zugang zum Konzept der Pluralität von Geschichten, das von dem Physiker Richard Feynman vertreten wurde. Seine Idee ist, dass das Universum nach der Quantentheorie keine einzigartige und einzigartige Geschichte hat.

Es gibt alle möglichen Geschichten im Universum, jede mit ihrem eigenen Wahrscheinlichkeitsgrad.

Es sollte die Möglichkeit einer Geschichte geben, in der es einen stabilen Frieden im Nahen Osten gibt, aber die Wahrscheinlichkeit einer solchen Geschichte ist höchstwahrscheinlich gering.

In einigen Geschichten wird die Raumzeit verzerrt, damit Objekte wie Raketen in ihre Vergangenheit zurückkehren können. Aber jede Geschichte ist integral und autark und beschreibt nicht nur die gekrümmte Raumzeit, sondern auch alle darin enthaltenen Objekte. Daher kann die zurückkehrende Rakete nicht in eine andere alternative Geschichte gelangen. Es bleibt bei der gleichen Geschichte, die in sich stimmig sein muss. Und ich glaube im Gegensatz zu Deutsch, dass die Idee einer Pluralität von Geschichten eher für einen konsequenten historischen als für einen alternativen historischen Ansatz funktioniert.

Anscheinend sind wir nicht in der Lage, das konsistente historische Bild aufzugeben. Dies kann jedoch die Probleme des Determinismus und des freien Willens nicht ansprechen, wenn eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit von Geschichten besteht, in denen die Raumzeit gekrümmt ist, so dass Zeitreisen über den makroskopischen Maßstab hinaus möglich sind. Ich nenne das die Chronologie-Sicherheitshypothese: Die Gesetze der Physik sollen Zeitreisen auf makroskopischer Ebene verhindern.

Es sieht so aus, als ob die Raumzeit fast genug gekrümmt ist, um eine Reise in die Vergangenheit zu ermöglichen, dann können virtuelle Teilchen zu fast echten Teilchen werden, die sich entlang geschlossener Bahnen bewegen. Die Dichte virtueller Teilchen und deren Energie nehmen deutlich zu, wodurch die Wahrscheinlichkeit solcher Geschichten sehr gering ist. Obwohl dies den Aktivitäten einer chronologischen Schutzbehörde ähnelt, die versucht, die Welt für Historiker zu erhalten. Doch das Thema der Krümmung von Raum und Zeit steckt noch in den Kinderschuhen. Nach einer vereinheitlichenden Form der Stringtheorie, die als M-Theorie bekannt ist und von der wir große Hoffnungen haben, die Allgemeine Relativitätstheorie und die Quantentheorie zu vereinen, sollte die Raumzeit elf Dimensionen haben, nicht die vier, die wir erleben.

Unterm Strich sind sieben dieser elf Dimensionen auf so kleinem Raum zusammengerollt, dass wir es nicht bemerken. Andererseits sind die verbleibenden vier Dimensionen praktisch flach und repräsentieren das, was wir Raumzeit nennen. Wenn dieses Bild stimmt, dann sollte es möglich sein, die vier flachen Dimensionen irgendwie mit den verbleibenden sieben stark gekrümmten oder verzerrten Dimensionen zu verbinden. Was daraus wird, wissen wir noch nicht. Aber die Möglichkeiten sind spannend.

Abschließend sage ich folgendes.

Unsere modernen Konzepte schließen die Möglichkeit der schnellen Raumfahrt und der Rückkehr in die Vergangenheit nicht aus. Dies kann zu großen logischen Problemen führen, also hoffen wir, dass es eine Art Chronologie-Sicherheitsgesetz gibt, das Menschen daran hindert, in der Zeit zurückzugehen und ihre Eltern zu töten.

Aber Science-Fiction-Fans sollten sich nicht aufregen. M-Theorie macht Hoffnung.

Das letzte Werk des weltberühmten Physikers Stephen Hawking, ein Buchtestament, in dem er die wichtigsten Themen, die jeden betreffen, zusammenfasst und ausspricht.

Wird die Menschheit überleben? Sollten wir im Weltraum so aktiv sein? Gibt es einen Gott? Dies sind nur einige der Fragen, die in seinem letzten Buch von einem der größten Köpfe der Geschichte beantwortet wurden.