Ein Vortrag über

«Stephen Hawking und sein neustes Werk»

Inhaltsverzeichnis

1. Biographie2. Ziel des Buches3. Theorie (M)4. Vorgeschichte5. Lösung6. Zukunftsaussichten

Stephen William Hawkings – I/III

• wurde am 8.Januar 1942 in London geboren

• leidet an seltener Nervenkrankheit, die langsame Muskellähmung verursacht ist an seinen Rollstuhl gefesselt und kann nur durch einen Computer mit seiner Umwelt kommunizieren

Stephen William Hawkings – II/III

• wollte Mathematik studieren, sein Vater hingegen wollte ihn in Medizin sehen. So entschied er sich für Physik

• mit Roger Penrose zeigte er, dass Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie auf Zeit und Raum schliessen lasse, die in einem Big Bang beginne und

einem schwarzen Loch ende Ablgeichung Genereller Relativitätstheorie mit Quantentheorie

Stephen William Hawkings – III/III

• sein Hauptinteresse: einheitliche Beschreibung von Anfang, Entwicklung und Zukunft des Universums in einer Weltformel

• Seit 1979 «Lukasischer Professor der Mathematik» in Oxford

• 1988 veröffentlicht er seinen Bestseller «A short history of time»

• hat 12 Ehrengrade, ist Mitglied der US National Academy of Science, Mitglied der Royal Society,…

Meinungen über Stephen Hawking…

• Hawkings wissenschaftliche Leistung besteht darin, einem Durchschnittsbürger zu erklären, was nur 100 Wissenschaftler verstehen (Populärwissenschaft)

• Besticht durch logische Einfachheit und Eleganz

• Bewunderung wegen Kampf gegen Krankheit

• Alberne Ausgabe von Einstein

• Spricht von Dingen, die er nicht versteht

…und sein Werk

• In seinem Buch geht es her wie auf einem Bazar

• Wiederholung von «Eine kurze Geschichte der Zeit»

• Spannende Ausflüge in die Astrophysik und die Kosmologie

Inhalt des Buches – Der «Bazar»

Die Nussschale – Hamlet

«Ich könnte in eine Nussschale eingesperrt sein und mich für den König von unermesslichem Gebiet halten…»

Die Nussschale – Aussage

Unsere Welt ist nur ein winziger Ausschnitt aus einem unermesslichen Universum, in dem viele Welten parallel existieren, sich ineinander schieben und vielleicht sogar miteinander kommunizieren.

Erklärung? – Doppelgängertheorie

• Die «unsichtbaren» Universen sind mit unserem verbunden (kommunizieren)

• In ihnen existieren wir als Doppelgänger [Schattenmenschen]

Neben unserem sichtbaren Universum gibt es unsichtbare Universen

M-Theorie

Die M-Theorie

= magisch= mysteriös= Mutter aller Theorien= Membran (wie wir später sehen werden)M

Kosmos als mehrdimensionales Labyrinth von Universen, in denen Abbilder von uns agieren

Alltag

Beispiel aus dem Alltag• Wunderkind, das sein Talent

weder von Vater noch von Mutter geerbt hat

• Vorahnung eines Ereignisses (auch Hellseher)

• Liebe auf den ersten Blick• …

Wie kommt man auf eine solche Idee?

• Urknall (alle Masse in einem einzigen kleinen, immateriellen Punkt) Singularität

• Big Bang, aus dem Nichts entsteht ein Sein Kosmos

Universum in eine einzige Gleichung (Weltformel) packen

Weltformel muss für ganzes universelles Geschehen gelten

Funktioniert die Weltformel?

• Elektromagnetische Kraft (bindet Atome an den Atomkern)

• Starke Kraft (hält Atomkern zusammen)

• Schwache Kraft (radioaktiver Zerfall)

Der Haken: erst drei von vier Kräften konnten in eine schlüssige Formel gebracht werden:

Die vierte Kraft

• Schwerkraft setzt materielle Objekte voraus

• Im Urknall war die Masse aber in einem immateriellen Punkt versammelt!

Die vierte Kraft, die Gravitation, entzieht sich allen Versuchen, in eine Weltformel integriert zu werden.

Lösungsversuch

• Relativitätstheorie (Einstein; beschreibt Makrokosmos– Drei Raumdimensionen, eine

Zeitdimension, Schwerkraft

• Quantentheorie (Max Planck; beschreibt Mikrokosmos)– Keine Gravitation

Lösung: anstatt einer einheitlichen Weltformel zwei sich ergänzende Theorien!

Nun kommt Hawking ins Spiel

«Um den Ursprung des Universums zu verstehen, brauchen wir eine Quantentheorie der Gravitation.»

Vorraussetzung für eine Weltformel I/II

• Nicht punktförmige Teilchen als Bausteine der Materie, sondern Fäden [=strings]

• Grössenverhältnis:

1 String :

1 Atom

1 Atom : Sonnensystem

Vorraussetzung für eine Weltformel II/II

• Sind Quanten

• Haben Gravitation!

Quantentheorie der Gravitation zugänglich!

Rechnungen…

• Strings passen nicht in Weltformel, solange wir nur in drei Dimensionen, bzw. vier Dimensionen denken!

Stephen Hawkings rechnet hin und her und kommt auf das Ergebnis:

Lösung

• Höher dimensionales Quant (dehnt sich in mehr als einer Dimension

aus) Membran [=Bran]

Stephen Hawking trieb seine Rechnung so weit, bis sein Universum 11 Dimensionen hatte

Bran

Definition nach Hawkings:

Ausgedehnte Objekte, wie sie in der

Stringtheorie vorkommen. Eine 1-Bran ist ein

String, eine 2-Bran eine Membran, eine 3-Bran

hat drei ausgedehnte Dimensionen und so fort.

Allgemeiner: Eine p-Bran hat p Dimensionen.

Das All ist nicht allein

• Unser All hat Gesellschaft, denn es werden immer wieder neue Welten / Brane geboren Quantenfluktuation

• Wie Dampfblasen fallen manche Universen zusammen, dehnen sich aus oder expandieren

Verschiedene Formen von Universen

A: in sich zusammenstürzend

B: ewig ausdehnend

C: an kritischer Grenze liegend

D: unser Universum (Expansionsphase)

11 Dimensionen

• Seit dem Urknall haben sich nur Raum und Zeit entfallten können

• Die anderen Dimensionen verharren eingerollt im Urzustand

– Sind in jedem Punkt vorhanden

– Haben die Grösse eines Strings

Wieso merken wir nichts von diesen 11 Dimensionen?

11 Dimensionen an Hand eines Haares

• Dem blossen Auge erscheint das Haar als eindimensionale Linie

• Mit der Lupe erkennt man seine Dreidimensionalität

• Ähnlich mit unserer Welt: nicht drei- sondern elfdimensional!

1) Eingerolltes 1D-Bran,

2) Eingerolltes 2D-Bran

3) Nicht entfalltetes Bran

4) Entfalltetes Bran

3

Kosmos der M-Theorie

• Z.B. 2D-Brane

– Für sie wäre die dritte Dimension ein «Hyperraum», in denen sie wie Frisbee-Scheiben umherfliegen, ohne je aufeinander zu treffen

• Z.B. 5D-Brane

– Für sie wäre die sechste Dimension wie ein «Hyperraum»,…

• …

Somit wird der Kosmos der M-Theorie bevölkert durch:

Beispiel des Hologramms

• Veranschaulichung von Bran in höherer Dimension

• 3D-Objekt auf 2D-Ebene höhere Information kodiert auf niedrigerer Dimension

• In jedem Punkt des Hologramms alle Informationen vorhanden

Gedankenspielerei

Somit wäre auch vorstellbar, dass unser sichtbares All nur ein grosses 3D-Bran ist, das in einem 4D-Hyperraum schwebt!

«Ich könnte in eine Nussschale eingesperrt sein und mich für den König von unermesslichem Gebiet halten…»

Zurück zum Alltag

«Hologramme»

– Überall ist alle Information da

– Hellseher kann diese Informationen wahrnehmen

«Wechselwirkung»

– Beeinflussung durch Gravitation der Brane

Mit Hawkings Theorien können Telepathie, Hellseherei, usw. erklärt werden.

Zukunftsaussichten

Hawkings könnte sich auch vorstellen, in der Zukunft einmal in ein Parallel-Universum zu wechseln (um mit Isaac Newton und Albert Einstein Poker zu spielen).

Bibliographie

•«Universum in einer Nussschale», Hoffmann & Campe (2002), Stephen Hawking

•«Jeder lebt in vielen Welten gleichzeitig.», PM 2/2002, Joseph Scheppach

•Stephen Hawking: http://www.hawking.org.uk

•Perlentaucher: http://www.perlentaucher.de/buch/7560.html

•NZZ: http://nzz.ch/2001/31/fe/page-article7PGMB.html

Diese Präsentation wurde von Michael Schweizer (schweizi@student.ethz.ch) für die Jugendgruppe der AGW (Astronomische Gesellschaft Winterthur) erstellt. Stand: Oktober 2002