Grundlage dieses Buches war ein Kurs an der Princeton University, der von drei berühmten Astrophysikern - Neil Degrass Tyson, Michael Strauss und John Richard Gott - an die Geisteswissenschaften vergeben wurde. Sie sprechen über das, was sie am meisten lieben, und sprechen so, dass die komplexesten Theorien für Laien klar werden.
Astronomen sind es nicht gewohnt, das Einfache zu komplizieren. Große rote Sterne sind rote Riesen. Kleine weiße Sterne sind weiße Zwerge. Wenn der Stern pulsiert, spricht man von einem Pulsar. Selbst der Beginn aller Räume, Zeit, Materie und Energie, die im Raum existieren, kann man nur zwei einfache Wörter nennen: den Urknall.
Was wissen wir über das Universum? Unser Universum ist großartig. Unser Kosmos ist viel größer als es scheint. Er ist heißer als du denkst. Enger als du denkst. Seltener als du denkst. Was auch immer Sie vom Universum denken, die Realität wird immer noch unglaublich sein.
Hier präsentieren wir einen Auszug aus dem Buch "Kosmische Saiten, Maulwürfe und Zeitreisen".
Da ich das Problem der Zeitreise im Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie untersuche, denken benachbarte Kinder, dass ich eine Zeitmaschine in meiner Garage habe. Einmal war ich auf einer Kosmologiekonferenz in Kalifornien und tauchte in einer türkisfarbenen Sportjacke auf. Mein Kollege Robert Kirchner, der zu dieser Zeit die Harvard-Abteilung für Astronomie leitete, kam und sagte: "Rich, Sie müssen diese Jacke in Zukunft gekauft und hierher gebracht haben, weil Sie diese Farbe noch nicht erfunden haben!" Seitdem habe ich sie eine „Jacke aus der Zukunft“ genannt und komme immer, um darin Vorträge über Zeitreisen zu halten.
Normalerweise gehe ich in dieser türkisfarbenen Jacke zu einem solchen Vortrag und trage eine braune Aktentasche. Ich stelle die Aktentasche in den Schrank und beeile mich. Dann komme ich in einem T-Shirt zurück. Ich erkläre dem Publikum, dass ich ein weiteres Treffen geplant habe, und ich habe dafür gesorgt, dass ein Gastredner diesen Vortrag an meiner Stelle liest, und dann gehe ich wieder aus. Ich komme wieder, schon in einer türkisfarbenen Jacke, und ich sage allen, dass dies eine "Jacke aus der Zukunft" ist. Ich erkläre, dass ich keinen Vortrag halten konnte, weil ich es eilig hatte, ein anderes Treffen abzuhalten, das zeitgleich mit dem Vortrag geplant war. aber da ich eine Zeitmaschine habe, könnte ich nach dem Treffen einfach in die Zukunft gehen, dort eine Jacke kaufen und hierher zurückkehren - um einen Vortrag zu halten, aber schon ein kleines Alter.
Dann bemerke ich, dass ich vergessen habe, Vorlesungsunterlagen über Zeitreisen mitzubringen. Was tun? Da ich eine Zeitmaschine habe, können Sie, glaube ich, am nächsten Tag (nach einem Vortrag) ein Kompendium nehmen und hierher zurückkehren und im Voraus eine Aktentasche mit einem Kompendium irgendwo im Publikum hinterlassen. Ich sehe mich um, aber ich sehe sie nirgendwo. Also habe ich sie vielleicht versteckt. Wo? Ja, auch in diesem Schließfach. Ich öffne das Schließfach, ich finde eine Aktentasche darin, ich öffne sie - Hurra! Dort liegen die Vorlesungsunterlagen zur Zeitreise.
Betrachten Sie diese Ereignisse, indem Sie ihre Weltlinien in einem räumlich-zeitlichen Diagramm nachzeichnen. Der Raum ist entlang der Abszisse aufgetragen, die Zeit ist entlang der Ordinate aufgetragen, wobei die Zukunft an der Spitze steht. Das Publikum, in dem ich einen Vortrag halte, ist eine vertikale Leiste in der Mitte. So sieht meine Weltlinie aus (Abbildung 21.1).
Auf dem räumlich-zeitlichen Diagramm verlasse ich das Publikum, während ich ein weißes T-Shirt trage. Ich kehre für kurze Zeit zum Publikum zurück und sage, dass ich keinen Vortrag halten kann, weil ich es eilig habe, mich zu treffen. Ich gehe, schaffe es, mich zu treffen und fliege dann in die Zukunft, wo ich eine Jacke kaufe. Von nun an wird meine Weltlinie hellgrau. Ich komme zurück, ich gehe wieder ins Publikum und dort halte ich einen Vortrag. Wenn die Vorlesung beendet ist, muss ich kurz vor Beginn der Vorlesung in die Vergangenheit zurückkehren, um Zeit zu haben, eine Aktentasche mit einer Zusammenfassung dieser Vorlesung auszufüllen. Ich werde das Publikum betreten und dann schnell gehen, danach werde ich es (etwas jünger) in einem T-Shirt betreten. Außerdem werde ich weiterhin streng in Richtung Zukunft leben. Ich habe eine komplizierte Weltlinie.
Was ist mit der globalen Aktentaschenlinie? Er ist in meinen Händen, sobald ich ihn im Schließfach finde. Wenn ich ihn nur behalte, wird er eine chronologische Reise mit mir machen und ich werde ihn zum Publikum bringen, bevor ich ihn im Schließfach finde. Die Weltlinie der Aktentasche dreht sich um. Die Weltlinie der Aktentasche ist seltsam - sie hat weder Anfang noch Ende. Meine Weltlinie hat einen Anfang (ich wurde geboren) und ein Ende (ich bin gestorben), aber die Weltlinie der Aktentasche ist eine geschlossene Schleife. Die Aktentasche kann in diesem Fall mit einem Genie-Partikel verglichen werden. In der Tat kommt sie wie der Geist aus dem Nichts.
Die Aktentasche ist die ganze Zeit in voller Sicht auf mich. Er geht nicht in die Aktentaschenfabrik. Physiker, die Reisen in der Vergangenheit studieren, sind gezwungen, Genie-Teilchen zu berücksichtigen, wenn sie über Quanteneffekte sprechen. Was ist, wenn auf meiner Aktentasche ein leichter Kratzer erscheint, wenn ich ihn aus der Vorlesung mitnehme? Igor Novikov glaubt, dass ein derartiger Verschleiß, den das Genie-Partikel erfährt, irgendwann „korrigiert“ werden muss, damit es wieder in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt - und meine Aktentasche ist keine Ausnahme. Gleichzeitig werden die Entropiegesetze nicht verletzt, da die Aktentasche kein isoliertes System ist; Die Energie, die benötigt wird, um es zu reparieren, kommt von außen.
Informationen können auch als Geist wirken. Angenommen, ich komme 1915 an und gebe Einstein die richtigen Feldgleichungen für die allgemeine Relativitätstheorie. Er kann sie aufnehmen und veröffentlichen. Woher kamen diese Informationen? Ich habe es aus Einsteins Artikel gelernt und Einstein hat es von mir gelernt. Es stellt sich eine kreisförmige Weltlinie heraus.
Die Gesetze der Physik erlauben die Existenz von Genie-Partikeln - es ist nur unwahrscheinlich, dass sie auftreten - und je massiver und komplexer diese Partikel sind, desto weniger wahrscheinlich ist ihr Auftreten. Eine ähnliche Geschichte hätte passieren können, wenn ich in einem fließenden Auditorium ein Stück Papier auf dem Boden gefunden und keine Aktentasche mitgebracht hätte, sondern dieses Stück. In diesem Fall würde ein Stück Papier zu einem Geist werden, und das Mitnehmen ist einfacher als eine Aktentasche. Noch einfacher - ich könnte das Elektron kitschig nehmen und mitnehmen und dann in die Vergangenheit zurückkehren, zum Vortragspublikum. Es ist einfach nicht so wahrscheinlich, ein so massives Objekt als Aktentasche für diesen Zweck zu finden, und sogar mit Notizen für einen Vortrag über Zeitreisen. Ich denke, solche komplexen Genies sind möglich, aber sie werden äußerst selten auftreten.
Eine Reise in die Vergangenheit findet statt, wenn es eine Weltlinie gibt, die sich in die Vergangenheit schlängelt. Die übliche Situation ist in Abb. 1 dargestellt. 18.1: Die Weltlinien der Erde und anderer Planeten drehen sich spiralförmig entlang der Weltlinie der Sonne. Nichts kann sich mit überragender Geschwindigkeit bewegen, und alle Weltlinien sind auf die Zukunft gerichtet. In Abb. 21.2 zeigt die Situation, wenn wir in die Vergangenheit reisen. Die Weltlinie des Reisenden schließt sich von selbst und er wird Zeuge einiger Ereignisse aus seiner eigenen Vergangenheit. Der Reisende beginnt den Weg unten (in der Vergangenheit) und erhebt sich, bis er einen Erwachsenen trifft, der erwachsen ist und zu ihm sagt: „Hallo! Ich bin du in der Zukunft! Er ist in die Vergangenheit geflogen, um dich zu begrüßen. “ Er antwortet: "Wirklich?" und zurück in die Vergangenheit geschleift. Dann trifft er sich in seiner Jugend und sagt: „Hallo! Ich bin du in der Zukunft! Er ist in die Vergangenheit geflogen, um dich zu begrüßen. “ Das junge "Doppel" antwortet: "Wirklich?" Der Zeitreisende nimmt zweimal an diesem Treffen teil: als junger Mann und als Erwachsener, aber die Situation selbst entwickelt sich nur einmal. Sie können es mit einer vierdimensionalen Skulptur vergleichen, auf der Weltlinien dargestellt sind. Es ändert sich nie: So sieht das ganze Bild aus. Wenn Sie daran interessiert sind, wie sich eine solche Situation anfühlen würde, streichen Sie einfach mit dem Finger über die Weltlinie und sehen Sie, welche anderen Weltlinien sich mit dieser überschneiden.
Hier öffnet sich eine der Varianten der Lösung des berühmten Paradoxons der Großmutter: Was würde passieren, wenn ich in die Vergangenheit gehen und versehentlich meine eigene Großmutter töten würde, bevor sie meine Mutter zur Welt bringt? In diesem Fall wird sie meine Mutter nicht gebären, und ihre Mutter wird mich nicht gebären, und dann werde ich nicht dort sein, ich werde nicht in die Zukunft gehen und meine zukünftige Großmutter töten können. Dies bedeutet wiederum, dass sie meine Mutter und ihre Mutter ohne Probleme zur Welt bringen wird. Paradox. Die traditionelle Lösung für das Paradoxon der Großmutter lautet: Zeitreisende können die Vergangenheit nicht ändern. Sie gehören immer der Vergangenheit an. Ja, Sie könnten in der Zeit zurückgehen und in Begleitung Ihrer Großmutter, als sie noch ein junges Mädchen war, Tee mit Keksen trinken, aber Sie könnten sie nicht töten, weil sie Ihre Mutter gebären muss, die Sie gebären wird. Die Entscheidung muss selbstkonsistent sein. Kip Thorne, Igor Novikov und ihre Kollegen formulierten eine Reihe von Gedankenexperimenten aus dem Bereich der Zeitreisen, bei denen Billardkugeln zusammengeschoben wurden. Sie haben versucht zu zeigen, dass Sie immer selbstkonsistente Lösungen finden können, die keine Paradoxien enthalten.
Mach dir keine Sorgen, die Geschichte zu ändern: Egal wie du es versuchst, es wird nichts daraus. Wenn Sie zur Titanic zurückkehren und den Kapitän vor dem Eisberg warnen, wird der Kapitän Ihre Worte ignorieren, so wie er nicht allen anderen Nachrichten über Eisberge Bedeutung beigemessen hat, da wir wissen, dass das Schiff sinken wird. Sie werden sehen, dass es unmöglich ist, den Verlauf der Ereignisse zu ändern. Die Zeitreise im Film Die unglaublichen Abenteuer von Bill und Ted basiert auf dem gleichen Prinzip der Selbstkonsistenz.
Eine alternative Lösung zum Paradoxon der Großmutter ist die Everett-Multi-World-Theorie der Quantenmechanik. Die Physiker haben unterschiedliche Meinungen zu dieser Theorie, aber lassen Sie uns zunächst verstehen, wie sie funktioniert. In einer weltweiten Theorie wird angenommen, dass viele parallele Welten koexistieren können, wie Eisenbahnschienen in einem Rangierpark. Wir sehen eine Geschichte, als ob unser Zug auf einem bestimmten Weg ist. Die Ereignisse, die wir beobachten, ähneln Stationen, die sich gegenseitig ersetzen. Hier ist der Zweite Weltkrieg ... hier landen Menschen auf dem Mond und so weiter. Aber es gibt viele parallele Welten. Es gibt eine Welt, in der der Zweite Weltkrieg nicht stattgefunden hat. Eine solche Theorie basiert auf dem Ansatz der Quantenmechanik als Summe vieler von Richard Feynman vorgeschlagener Geschichten. Feynman erkannte, dass man, um die Wahrscheinlichkeit eines Ergebnisses eines zukünftigen Experiments zu berechnen, alle möglichen Geschichten berücksichtigen muss, die dazu führen könnten. Es scheint einigen, dass dies nur eine weitere seltsame Berechnungsregel in der Quantenmechanik ist, aber Befürworter eines Multi-World-Modells glauben, dass all diese Geschichten real sind und miteinander interagieren. David Deutsch glaubt, dass ein Zeitreisender in die Vergangenheit reisen und dort seine Großmutter töten kann, als sie noch ein junges Mädchen war. In diesem Fall entsteht ein neuer Zweig der Geschichte: In dieser Version der Geschichte wird es sowohl einen lebenden Chrono-Reisenden als auch seine tote Großmutter geben. Der Weg, auf dem der Zeitreisende geboren wurde und seine Großmutter noch lebte, existiert ebenfalls weiter. Der Reisende erinnert sich noch an einen Teil seiner Biografie, die vor dem Einschlagen eines neuen Weges stattgefunden hat. Es gibt beide Möglichkeiten.
Jetzt haben wir zwei adäquate Lösungen für das Paradoxon der Großmutter. Die erste ist konservativ, wobei die Raumzeit als eine einzige selbstkonsistente vierdimensionale Skulptur dargestellt wird, die im Wesentlichen unverändert bleibt. Die zweite ist eine radikalere Multi-World-Interpretation der Quantenmechanik. Beide Lösungen funktionieren.
Wenn Sie rechtzeitig zur Weltlinie des Reisenden zurückkehren, die sich in der Vergangenheit über sich selbst schlängelt, können Sie einen Fehler darin feststellen. Das Licht in diesem Muster fliegt in einem Winkel von 45 °. Wenn der Zeitreisende den Gipfel überquert, um eine Rückkehr in die Vergangenheit zu beginnen, muss die Neigung seiner Weltlinie relativ zur Zeitachse irgendwann größer als 45 ° sein. Dies bedeutet, dass er irgendwann die Lichtgeschwindigkeit überschreiten muss. Tatsächlich bewegt es sich beim Überqueren der Oberseite der Rennstrecke mit unendlicher Geschwindigkeit. Das Phänomen der Beziehung von Flügen zu Superluminalgeschwindigkeiten und Zeitreisen wird im folgenden Limerick A.G. R. Buller:
Sehr flinkes Fräulein aus Dakota
Sie sagte: „Einstein ist etwas!
Da bin ich irgendwohin geflogen
Höher als die Lichtgeschwindigkeit
Und am Tag vor der Abreise zurückgekehrt! ""
Das Problem ist, dass es (wie Einstein in seiner speziellen Relativitätstheorie gezeigt hat) unmöglich ist, eine Rakete zu konstruieren, die eine überluminale Geschwindigkeit entwickeln würde. Wenn Ihre Geschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit nicht überschreitet, befindet sich Ihre Weltlinie niemals in einem Winkel von mehr als 45 ° zur Zeitachse und Sie können nicht in die Vergangenheit zurückkehren. In Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie, in der Raum-Zeit als gekrümmt betrachtet wird, kann man jedoch einen Lichtstrahl überholen, indem man den Weg abschneidet, wenn man sich entweder durch ein Wurmloch oder (was weiter unten diskutiert wird) entlang einer kosmischen Kette bewegt. Wenn Sie einen Lichtstrahl überholen, können Sie wie unser flinker Miss in die Vergangenheit fliegen.
Angenommen, wir haben ein Blatt Papier, auf dem eine räumliche Dimension horizontal und zeitlich vertikal angeordnet ist (Abb. 21.3). In diesem Fall ist Ihre Weltlinie der grüne Balken in dieser Abbildung. Sie sind faul und sitzen einfach zu Hause, sodass Ihre Weltlinie genau von unten nach oben verläuft. In der gekrümmten Raumzeit gelten jedoch andere Regeln. Lassen Sie uns das Blatt horizontal in den Zylinder rollen, indem Sie Klebeband auf das Blatt kleben. Jetzt ist Ihre Weltlinie ein Kreis, der der Vergangenheit angehört.
Sie bewegen sich immer vorwärts in die Zukunft, aber Sie verwandeln sich tatsächlich in die Vergangenheit. Dasselbe geschah mit der Expedition von Magellan: Die Seeleute segelten die ganze Zeit nach Westen, umkreisten die gesamte Erde und kehrten nach Europa zurück. Dies wäre niemals passiert, wenn die Erdoberfläche flach gewesen wäre. Ebenso bewegt sich der Chrono-Reisende ständig in die Zukunft, aber wenn der Raum ausreichend gekrümmt ist, kann er zu den Ereignissen zurückkehren, die in seiner Vergangenheit geschehen sind.
»Weitere Informationen zum Buch finden Sie auf
der Website des Herausgebers»
Inhalt»
AuszugFür Leser dieses Blogs 20% Rabatt auf den Gutschein -
Tyson