Referat
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Parkasse |
Sommer 1997 |
Stephen W. Hawking, geboren 1942,
Physiker und Mathematiker der Universität Cambridge, an
ALS, einer Erkrankung des motorischen Nervensystems,
leidend, begann schon früh, sich mit der allgemeinen
Relativitätstheorie Albert Einsteins
auseinanderzusetzen und bekam dafür und für seine
Überlegungen und Versuche zur Vereinigung der
Relativitätstheorie mit der Quantenphysik den
Titel Lucasian Professorship" , ein
angesehenes Lehramt, das vor ihm auch Newton und Paul
Dirac bekleideten, verliehen. Trotz seiner schweren
Erkrankung lebt er glücklich mit seiner Frau Jane und
seinen Kindern Robert, Lucy und Timmy zusammen und findet
in ihnen die Unterstützung für seine für ihn infolge
seiner Krankheit mühsamen Arbeit. Hawking befaßte sich in den Jahren bis 1970 mit der allgemeinen Relativitätstheorie und der sich daraus ergebenen Singularitäten und entwickelte mathematische Verfahren für die Sätze, die eine Urknall-Singularität voraussagten, zu bestätigen und zu vereinfachen, vorausgesetzt die allgemeine Relativitätstheorie stimmt. So überzeugten er und seine Mitarbeiter schließlich die Kritiker und dieses Modell wurde allgemein übernommen.
Nachdem Hawking 1965 von Penroses Theorem gehört hatte, nachdem jeder Körper, der einem Gravitationskollaps unterworfen ist, in einer Singularität enden muß, verwendete er dieses Modell um zu beweisen, daß auch alles in einer Singularität begonnen haben muß. Aus mathematischen Gründen blieb so nur das Modell übrig, bei dem sich das Universum rasch genug ausdehnt, um einem abermaligen Zusammensturz zu entgehen (siehe Skizze).
Mittlerweile ist Hawking jedoch nicht mehr dieser Meinung und versucht nun, die Physiker davon zu überzeugen, daß das Universum nicht zwangsweise aus einer Singularität entstanden sein muß, da in den bisherigen Rechnungen die Quantenphysik nicht berücksichtigt wurde. So begann Hawking in den darauffolgenden Jahren die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenmechanik zu einer einheitlichen Theorie zusammenzufassen. Diese einheitliche Theorie würde die Widersprüche der beiden Teiltheorien (Die allgemeine Relativitätstheorie beinhaltet Gesetze auf größerer Ebene, z.B. die Gravitation, sagt aber die Ereignisse auf molekularer Ebene nicht richtig voraus, die dann von der Quantenmechanik erklärt werden) eliminieren und so dem Ziel einer Großen Vereinheitlichten Theorie (GUT) sehr viel näher kommen. Diese einheitliche Theorie konnten Hawking und seine Kollegen bis jetzt noch nicht entwickeln, was jedoch die Hauptaufgabe der zukünftigen Physiker und Mathematiker sein dürfte. Doch Hawking machte einige Entdeckungen, die zumindest als Teil zu dieser einheitlichen Theorie beitragen. So entdeckte" und berechnete er z.B. die Emission von Teilchen aus schwarzen Löchern (Die sogenannte Hawking-Strahlung), die gemäß ihrer Definition an sich gar keine Strahlung emittieren dürften.
Das Gravitationsfeld im Innern des schwarzen Loches ist so groß, daß dort ein reales Teilchen sogar noch negative Energie aufweisen kann (obwohl Energie eines Teilchen normalerweise positiv ist). So kann also ein virtuelles (nicht meßbares) Teilchen in ein schwarzes Loch fallen und zu einem realen Teilchen oder Antiteilchen werden. Sein verwaister Partner kann nun ebenfalls ins schwarze Loch fallen, oder, da er positive Energie besitzt, als reales (meßbares) Teilchen oder Antiteilchen der Nähe des schwarzen Loches entrinnen. Ein entfernter Beobachter wird so den Eindruck gewinnen, das Teilchen sei vom schwarzen Loch emittiert worden.
Nachdem Hawking 1985 in Folge einer Lungenentzündung auch noch seine Fähigkeit zu sprechen verlor und sich seitdem nur noch mit Hilfe eines Sprachsynthesizers ausdrücken kann, den er mit Hilfe seines kleinen Fingers bedient, beschäftigte er sich neben der Suche nach einer einheitlichen Theorie auch noch verstärkt mit der Rolle Gottes in diesem Universum und der Frage nach dem Sein. Hawking interessierte sich so z.B. für die Frage, wieso Menschen gerade jetzt in einem expandierenden Universum existieren und nicht in einem kontraktierenden. Er benutzt dafür die steigende Entropie, also die anwachsende Unordnung eines geschlossenen Systems als Beweis. Jedes System, also auch das Universum, wird mit der Zeit immer unordentlicher (man kann zwar sein Haus anstreichen und so Ordnung schaffen, doch die dabei verbrauchte Energie erhöht die Unordnung mehr, als das geordnete Haus sie reduziert. In einem kontraktierenden Universum würde demnach nur noch kaum Energie in geordneter Form vorhanden sein. Da aber Menschen Nahrung in Form von geordneter Energie zu sich nehmen, könnten sie in diesem Zustand des Universums nicht existieren. Aus diesem Grund kann es kein intelligentes Leben in der Kontraktionsphase des Universums geben. Bei einer einheitlichen Theorie, bei der man mit mathematischen Formeln alles vorhersagen könnte, würde kaum Platz für einen Gott bleiben, da sich alles logisch erklären ließ. Selbst wenn es einmal gelingen sollte, eine einheitliche Theorie zu entwickeln, die es erlauben würde, die Ereignisse des Universums vorauszuberechnen (abgesehen von der sich aus der Unschärferelation der Quantenmechanik ergebenden Abweichung), bliebe wohl noch viel Arbeit, da sich dann immer noch nicht das Verhalten von Menschen in mathematische Formeln fassen ließe. Und selbst wenn einmal geklärt werden sollte, wie" das Universum und die Menschen in ihm funktionieren, so bleibt immer noch eine Frage, deren Antwort auch Hawking versucht zu finden, nämlich warum" alles so ist, wie es ist. Erläuterungen: allgemeine Relativitätstheorie: Einsteins Theorie, in der er von der Überzeugung ausging, daß die Naturgesetze für alle Beobachter, unabhängig von ihrer Bewegung, gelten müßte. Die Gravitationskraft wird als Krümmung einer vierdimensionalen Raumzeit erklärt, wobei sich die der Gravitation unterworfenen Massepunkte immer geradlinig fortbewegen und nur infolge der Krümmung des Raums eine scheinbare Kurve vollziehen. Quantenphysik: Physik, basierend auf der Quantentheorie, die im Unterschied zu den Theorien der klassischen Physik auch die mikrophysikalische Größen berücksichtigt. Isaac Newton: Begründer der Himmelsmechanik. Formulierte u.a. das Gravitationsgesetz, das erst durch Einstein weiter modifiziert wurde. Paul Dirac: Führend an der Begründung und dem Ausbau der Quantenphysik beteiligt. Entwickelte neben anderen ein Modell der Quantenmechanik und erhielt 1933 den Nobelpreis für Physik. Singularität: Ein Punkt in der Raumzeit, an dem die Raumzeitkrümmung unendlich wird, also ein Punkt unendlicher Dichte und von unendlicher Winzigkeit (z.B. der Zustand des Universums vor dem Urknall). Quantenmechanik: Die Theorie, die aus dem Quantenprinzip und der Unschärferelation entwickelt wurde. Sie ermöglicht die Beschreibung des Verhaltens von mikrophysikalischen Teilchensystemen. Große Vereinheitlichte Theorie (GUT): Eine Theorie, welche die elektromagnetische Kraft (die Kraft, die zwischen Teilchen mit elektrischer Ladung wirksam ist), die schwache Kraft (die Kraft mit sehr kurzer Reichweite, die auf alle Materieteilchen, nicht aber auf kräftetragende Teilchen wirkt) und die starke Kraft (die Kraft mit der kürzesten Reichweite, die die Quarks in den Protonen und Neutronen so zusammenhält, daß sie Atome bilden) nicht mehr voneinander unterscheiden läßt. schwarze Löcher: Eine Region der Raumzeit, aus der nichts, noch nicht einmal Licht, entkommen kann, weil die Gravitation zu stark ist Antiteilchen: Jedes Materieteilchen hat ein Antiteilchen. Treffen sich diese, vernichten sie sich gegenseitig und lassen Energie zurück. Unschärferelation: Position und Geschwindigkeit eines Teilchens lassen sich nicht beide mit absoluter Genauigkeit angeben: Je genauer man die eine Größe kennt, desto größer wird die Ungewißheit der anderen. _________________________________________________ aus: Stephen W. Hawking: Eine kurze Geschichte der Zeit" Michael White/John Gribbin: Stephen Hawking -Die Biographie"
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