{"id":"50d04df7e4b0beaaa7171b32","slug":"eine-kurze-geschichte-der-zeit-de","title":"Eine kurze Geschichte der Zeit","audio_url":"https://hls.blinkist.io/bibs/50d04df7e4b0beaaa7171b32/50d71b55e4b045383aa45d7b.m4a?Expires=1653058921&Signature=Kv85dnJeYfKn22u3oMB4-klTzgm1cGDSu1S82ktoi5hRqabyTc8trNijsU-zCRlH5-LYsBrqoWACSczjGrKq4PrvyfnCTucY52CLwss6G5aFFBsoB0~VeMbO8gubksqAd2mX~QP3xl-8XsUWRL6tH3nyNmz6y5tj45fTux1vzFnY3i0LsOVdeksMwTtPhb76tsOCrLQ0oL1VDGkGtmfi2ZTin6NU58pyPjBOXvx48El0ffEIU8TAuAt2W0vLEk8GZgcehe5YLb75oBmZDvS656826NJdCNW-y8FqGxbK37MRwcE86J2GGzwvfmo8VGJ4S13ZIycsY3nN~4DYaCJiaQ__&Key-Pair-Id=APKAJXJM6BB7FFZXUB4A","chapters":[{"id":"50d71b55e4b045383aa45d7b","title":"Ein Blick in die Zukunft: Was wissenschaftliche Theorien auszeichnet.","text":"

Wenn Wissenschaftler ein bestimmtes Phänomen zu erklären versuchen, entwickeln sie eine Theorie. Einige der berühmt gewordenen, wie das Newtonsche Gravitationsgesetz und die Evolutionstheorie, kennt wahrscheinlich jeder von uns.

Eine Theorie ist im Grunde genommen ein Modell, das eine akkurate Erklärung für spezifische Beobachtungen liefert. Wissenschaftler entnehmen ihren Beobachtungen Daten, abstrahieren aus diesen eine allgemeine Hypothese und erklären so, wie und warum bestimmte Phänomene eintreten. Isaac Newton zum Beispiel entwickelte seine Gravitationstheorie, indem er zunächst vom Baum herabfallende Äpfel und schließlich die Bewegung der Planeten beobachtete. Auf der Grundlage der gesammelten Daten konnte er eine Theorie aufbauen, die all die beobachteten Prozesse beschreibt.

Theorien bieten zwei große Vorteile: Sie ermöglichen Wissenschaftlern, Prognosen über die Zukunft zu erstellen, und sie sind widerlegbar, sprich sie bieten Raum für Modifizierungen, wenn entsprechende Beweise dies erfordern.

Eine Theorie erlaubt uns also, Vorhersagen über die Zukunft zu treffen. So können wir bspw. Newtons Gravitationsgesetz nutzen, um die künftigen Bewegungen von Objekten im Weltall, wie z.B. die Bewegung des Mars, vorherzusagen.

Theorien lassen sich durch Beobachtungen insofern widerlegen, als dass Beweise, die ihnen widersprechen, sie außer Kraft setzen oder zu ihrer Neuformulierung führen können. Früher dachte der Mensch etwa, alles im Universum würde sich um die Erde drehen. Galileo widerlegte diese Theorie, als er die um den Jupiter kreisenden Monde entdeckte. Er fand damit also den Beweis dafür, dass sich nicht alles um die Erde dreht.

Eine Theorie kann niemals endgültig bewiesen werden, da ihr künftige Beobachtungen widersprechen könnten. Dementsprechend ist wissenschaftliche Erkenntnis ein Prozess, der stets relativ und in Entwicklung ist.

"},{"id":"50d71b6de4b045383aa45d7d","title":"Alles ist relativ und Stillstand gibt es nicht.","text":"

Vor Isaac Newton dachte man, der natürliche Zustand eines Objekts sei absoluter Stillstand. Man glaubte, dass sich Objekte in einem vollkommenen Ruhezustand befänden, wenn keine Kraft auf sie einwirkt.

Im 17. Jahrhundert widerlegte Newton diese lange vorherrschende Ansicht und postulierte stattdessen, dass sich alle Objekte im Universum stets in Bewegung befinden.

Newton verdankte seine Erkenntnis der Entdeckung, dass sich Planeten und Sterne ununterbrochen in einem bestimmten Verhältnis zueinander bewegen. So umkreist zum Beispiel die Erde unablässig die Sonne, während das gesamte Sonnensystem permanent um die Galaxie rotiert. Stillstand gibt es nicht.

Newton entwickelte drei Gesetze, anhand derer er die Bewegung aller Objekte im Universum erklärte:

Das erste Newtonsche Gesetz besagt, dass sich Objekte auf einer geraden Linie bewegen, wenn keine andere Kraft auf sie einwirkt. Dieses Prinzip veranschaulichte bereits 1638 Galileo Galilei mit einem einfachen Experiment: Er ließ zwei Bälle einen Abhang herunterrollen. Da die Gravitationskraft als einzige Kraft auf die zwei Bälle einwirkte, rollten sie auf einer geraden Linie hinunter.

Newtons zweitem Gesetz zufolge verhält sich die Beschleunigung eines Objekts proportional zu der auf es einwirkenden Kraft. So kann ein Auto mit einem stärkeren Motor schneller beschleunigen als ein Auto mit einem leistungsschwächeren Motor. Dieses Gesetz besagt ferner, dass mit steigender Masse die Bewegung eines Objekts weniger von der einwirkenden Kraft beeinflusst wird: Wenn zwei Autos über einen gleichermaßen starken Motor verfügen, wird das schwerere Auto länger brauchen, um zu beschleunigen.

Newtons drittes Gesetz beschreibt die Gravitation. Es besagt, dass alle Körper im Universum auf andere Körper eine Anziehungskraft ausüben, die proportional zur Masse jedes Objekts ist. Das bedeutet, wenn du die Masse eines Objekts verdoppelst, wird sich auch die von ihm ausgehende Kraft verdoppeln. Wenn du die Masse eines Objekts verdoppelst und die des anderen verdreifachst, dann wird sich die wirkende Kraft um das 6-Fache vergrößern.

"},{"id":"50d71b87e4b045383aa45d7f","title":"Das große Loch in Newtons Theorie: Warum bleibt die Lichtgeschwindigkeit stets konstant?","text":"

Newtons Theorie widerlegte also die Vorstellung vom absoluten Stillstand der Objekte. Er ersetzte sie durch die Annahme einer Bewegung, die relativ zur Bewegung anderer Objekte verläuft, und einer Beschleunigung, die sich ebenfalls relativ verhält.

Stell dir vor, du liest ein Buch, während du in einem Zug sitzt, der sich mit einer Geschwindigkeit von 100km/h bewegt. Wie schnell bewegst du dich? Für einen Beobachter, der von außen den Zug vorbeirasen sieht, mit einer Geschwindigkeit von 100km/h. Doch im Verhältnis zu dem Buch, das du liest, beträgt deine Geschwindigkeit null Kilometer pro Stunde. Deine Bewegung kann also nur in Relation zu anderen Objekten bestimmt werden.

Das klingt zunächst einmal sehr logisch. Weiten wir diese Überlegungen jedoch aus, können wir erkennen, dass in Newtons Theorie ein großes Loch klafft: Die Lichtgeschwindigkeit ist konstant, aber nicht relativ. Sie beträgt immer 299 792 458 Meter pro Sekunde, also etwa eine Milliarde Kilometer pro Stunde. Dabei ist irrelevant, wie schnell sich etwas Anderes bewegt – die Lichtgeschwindigkeit bleibt unverändert.

Wenn wir in dem Zug mit 100km/h auf einen Lichtkegel zurasen, beträgt dessen Geschwindigkeit 299 792 458 m/s. Wenn der Zug steht, weil er an der roten Ampel eines Bahnübergangs anhalten muss, beträgt die Lichtgeschwindigkeit nach wie vor 299 792 458 m/s. Es ist unerheblich, wie schnell sich der Betrachter des Lichts bewegt, die Lichtgeschwindigkeit bleibt stets gleich.

Diese Tatsache stellte mit Blick auf Newtons Theorie ein Problem dar: Wie kann die Geschwindigkeit von etwas unabhängig von der seines Beobachters sein?

Die Antwort auf diese Frage lieferte im frühen 20. Jahrhundert Albert Einstein, als er seine Relativitätstheorie formulierte.

"},{"id":"50d71ba5e4b045383aa45d81","title":"Einstein lieferte die Lösung: Zeit ist relativ.","text":"

Die Erkenntnis, dass die Lichtgeschwindigkeit konstant ist, war schwer mit Newtons Theorie vereinbar, denn sie zeigte: Geschwindigkeit ist nicht immer relativ. Die Wissenschaft benötigte also ein verbessertes Model, dass der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit Rechnung trug.

Albert Einstein entwickelte eine solche Theorie: die Relativitätstheorie.

Die Relativitätstheorie besagt, dass die Gesetze der Physik für alle frei beweglichen Beobachter dieselben sind. Das bedeutet, dass jeder unabhängig von seiner Bewegungsgeschwindigkeit denselben Wert für die Lichtgeschwindigkeit misst.

Diese Aussage erscheint auf den ersten Blick unkompliziert, doch eine ihrer zentralen Implikationen ist für viele sehr schwer verständlich: der Gedanke, dass Zeit relativ ist.

Das bedeutet: Wenn Beobachter, die mit unterschiedlicher Geschwindigkeit reisen, denselben Wert für die Lichtgeschwindigkeit messen, müssten Beobachter, die sich relativ zueinander bewegen, unterschiedliche Eintrittszeiten für dasselbe Ereignis messen.

Nehmen wir zum Beispiel an, ein Lichtblitz wird von zwei verschiedenen Personen gesehen: Eine bewegt sich auf die Lichtquelle zu, während die andere sich mit einer höheren Geschwindigkeit von der Lichtquelle weg bewegt. Die Lichtgeschwindigkeit ist jedoch für beide Personen dieselbe, auch wenn sie sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit in entgegengesetzte Richtungen bewegen.

Zunächst schwer fassbar erscheint die Schlussfolgerung, dass die Reisenden dasselbe Ereignis, sprich den Blitz, zu zwei verschiedenen Zeitpunkten beobachten. Das liegt daran, dass Zeit folgendermaßen bestimmt wird: Man teilt die zurückgelegte Entfernung durch die Geschwindigkeit, mit der man sich bewegt. Die Lichtgeschwindigkeit ist dieselbe für beide Beobachter, aber da die Entfernung eine andere ist, verhält sich auch der Eintritts-Zeitpunkt des Ereignisses relativ in Bezug auf den jeweiligen Beobachter.

Wenn beide Beobachter Uhren hätten, mit denen sie den Blitz zeitlich bestimmen könnten, würden sie zwei unterschiedliche Zeitpunkte für das Ereignis messen. Welche der beiden Personen würde den richtigen Zeitpunkt messen? Niemand, denn Zeit ist relativ und hängt vom Beobachter ab. „Der eine korrekte Zeitpunkt“, der für alle gilt, existiert nicht.

"},{"id":"50d71bbee4b045383aa45d83","title":"Die Position von Teilchen ist nicht exakt messbar – aber die Quantenmechanik schafft Abhilfe.","text":"

Alle Materie besteht aus Teilchen wie den Elektronen und den Photonen. Um mehr über das Universum zu erfahren, wollen Wissenschaftler diese Teilchen messen und ihre Geschwindigkeit ermitteln.

Dabei ist ein merkwürdiges Verhalten der Teilchen zu beobachten: Je präziser wir die Position eines Teilchens bestimmen können, umso unbestimmbarer wird bizarrerweise seine Geschwindigkeit – und umgekehrt, je exakter wir die Geschwindigkeit messen, desto ungenauer sind die Werte für seine Position! Dieses Phänomen, das erstmals in den 20er Jahren des 20. Jahrhunderts entdeckt wurde, wird Unschärferelation genannt.

Aufgrund dieser Unschärferelation mussten Wissenschaftler Teilchen auf anderem Wege beobachten, also begannen sie mit der Betrachtung ihres quantenmechanischen Zustands. Dieser setzt sich aus den vielen möglichen Positionen und Geschwindigkeiten eines Teilchens zusammen.

Da Wissenschaftler die Position oder das Tempo eines Teilchens nicht genau ermitteln können, schauen sie sich die vielen wahrscheinlichen Positionen und Geschwindigkeiten an, die das Teilchen einnehmen könnte. Während sich das Teilchen bewegt, verfolgen die Wissenschaftler alle seine potentiellen Aufenthaltsorte und bestimmen, welcher am wahrscheinlichsten ist.

Bei dieser Lokalisierung hilft es, Teilchen wie Wellen zu behandeln. Die Vielzahl der verschiedenen Positionen, die ein Teilchen einnehmen kann, bildet eine Abfolge kontinuierlicher, oszillierender Wellen.

Stell dir eine vibrierende Schnur vor. Beim Vibrieren vollführt die Schnur eine durch Hoch- und Tiefpunkte verlaufende, sich senkende und hebende Bewegung. Ein Teilchen verhält sich genauso, auch wenn sein Weg eine Reihe solcher sich überlagernder, zeitgleich eintretender Wellen ist.

Die quantenmechanische Betrachtungsweise hilft Wissenschaftlern also herauszufinden, wo genau sich ein Teilchen zu einem bestimmten Zeitpunkt mit größter Wahrscheinlichkeit befindet. Die wahrscheinlichste Position ist diejenige, auf der sich die Hoch- und Tiefpunkte der vielen Wellen überschneiden, und die unwahrscheinlichste die, auf der sie einander nicht entsprechen. In der Fachterminologie wird diese Überschneidung, die uns anzeigt, welche Geschwindigkeit und Position für ein bestimmtes Teilchens am wahrscheinlichsten ist, als Interferenz bezeichnet.

"},{"id":"50d71bdae4b045383aa45d85","title":"Gravitation entsteht durch massive Objekte, die das Universum krümmen.","text":"

Wenn du dir die Welt um dich herum anschaust, nimmt du drei Dimensionen wahr: Du kannst ein Objekt anhand seiner Höhe, Breite und Tiefe beschreiben. Es existiert aber eine vierte Dimension, die wir nicht sehen können: die Zeit. Aufgrund ihrer von Einstein erkannten Relativität muss die Zeit bei der Berechnung eines Ereignisses als unentbehrlicher Faktor stets mitberücksichtigt werden. Zusammen mit den drei anderen Dimensionen ergibt sich so ein vierdimensionales Koordinatensystem, das sogenannte Raum-Zeit-Kontinuum.

Die Wissenschaft benutzt dieses vierdimensionale Modell, um Ereignisse im Universum zu beschreiben – mit erstaunlichen Folgen für unsere Vorstellung von Gravitation:

Die Gravitation ist das Ergebnis massiver Objekte, die Krümmungen im Raum-Zeit-Kontinuum verursachen. Eine schwere Masse, wie die unserer Sonne, krümmt und verändert die Raum-Zeit-Struktur. Stell dir das Raum-Zeit-Kontinuum wie ein in der Luft gespanntes Bettlaken vor. Wenn du in seine Mitte einen Gegenstand legst, wird sich das Bettlaken dehnen und eine Mulde bilden, in die der Gegenstand einsinkt. Genauso verursachen massive Objekte auch eine Krümmung des Raum-Zeit-Kontinuums.

Andere Objekte folgen diesen Krümmungen. Anschaulich wird dies, indem du dir noch einmal das Bettlaken-Beispiel vor Augen rufst: Wenn du einen großen Gegenstand wie eine Orange auf das Bettlaken legst und dann einen leichteren Gegenstand daneben über das Bettlaken rollst– zum Beispiel eine Murmel – wird diese Murmel in einer Bahn um die Orange kullern. Die Schwerkraft funktioniert auf dieselbe Weise.

"},{"id":"50d71bf4e4b045383aa45d87","title":"Wiedergeburt der ganz besonderen Art: Wenn ein Stern von großer Masse stirbt, wird er zu einem Schwarzen Loch. ","text":"

Im Laufe ihres Lebens verbrauchen Sterne enorme Mengen an Energie, um Wärme und Licht zu produzieren. Doch diese Energie ist nicht unerschöpflich – wenn sie aufgebraucht ist, stirbt der Stern.

Was beim Sterben eines Sterns passiert, hängt ganz von seiner Größe ab. Wenn ein sehr großer Stern seine Energie verbraucht, folgt etwas Spektakuläres: ein Schwarzes Loch.

Ein Schwarzes Loch entsteht, weil das Gravitationsfeld eines massiven Sterns sehr stark ist. Zu seiner Lebzeit kann der Stern seine Energie nutzen, um seinen Zusammenbruch zu verhindern. Doch wenn der Stern seine Energie verliert, kann er der eigenen Gravitation nicht länger standhalten und sein zerfallender Körper stürzt in sich zusammen. Alles zieht sich nach innen zu einem unendlich dichten, kugelförmigen Punkt zusammen, zur sogenannten Singularität, die wir geläufiger als Schwarzes Loch bezeichnen.

Wenn ein Schwarzes Loch entsteht, wird das Raum-Zeit-Kontinuum so stark gekrümmt, dass sich selbst Licht an ihm entlang biegt. Das Schwarze Loch verschluckt alles in seiner Umgebung, und sobald ein Objekt einen bestimmten Abstand unterschritten hat, kann es ihm nicht mehr entkommen: Dieser Punkt, an dem es kein Zurück mehr gibt, heißt Ereignishorizont. Nicht einmal Licht, das schneller ist als alles andere im Universum, kann an diesem Punkt entkommen.

Das wirft eine heikle Frage auf: Wenn Schwarze Löcher alles, das ihren Ereignishorizont überschreitet, absorbieren, selbst Licht, wie können wir wissen, dass es sie gibt?

Wissenschaftler suchen Schwarze Löcher, indem sie nach Auswirkungen ihrer Gravitationskraft auf das Universum Ausschau halten: So können etwa Sterne, die um dunkle, massive Objekte kreisen, ein Hinweis auf ein Schwarzes Loch sein. Gleiches gilt für sogenannte Röntgenstrahlen, die entstehen, wenn Materie von einem Schwarzen Loch eingesogen und gespalten wird. Im Zentrum unserer Galaxie gibt es eine Quelle von Radio- und Infrarotwellen, die ein überaus massives Schwarzes Loch sein könnten.

"},{"id":"50d71c0fe4b045383aa45d89","title":"Schwarze Löcher geben Strahlung ab und verdampfen dadurch.","text":"

Wenn die Gravitation eines Schwarzen Lochs so stark ist, dass nicht einmal Licht ihr entrinnen kann, dann könnte man annehmen, dass ihr auch nichts anderes entkommen kann.

Doch das ist falsch. In Wirklichkeit müssen Schwarze Löcher etwas freisetzen, ansonsten würden sie dem zweiten Gesetz der Thermodynamik widersprechen.

Das universell gültige zweite thermodynamische Gesetz besagt, dass die Entropie, also der Unordnungsgrad eines physikalischen Zustandes, beständig ansteigt. In dem Maße, in dem die Entropie in einem geschlossenen System zunimmt, steigt auch die Temperatur. Dies ist zum Beispiel gut zu erkennen, wenn ein Kaminbesteck nach dem Eintauchen ins Feuer rot aufglüht und Strahlung in Form von Wärme freisetzt.

Dem zweiten Gesetz der Thermodynamik zufolge müsste die Entropie des Schwarzen Lochs beständig steigen, während es ungeordnete Energie aus dem Universum absorbiert. Dieser Anstieg wiederum müsste dazu führen, dass das Schwarze Loch Wärme freisetzt.

Virtuelle Teilchen-Antiteilchen-Paare verursachen diese Freisetzung von Energie und sorgen dafür, dass das zweite Gesetz der Thermodynamik eingehalten wird. Virtuelle Teilchen sind Teilchen, die nicht wahrnehmbar sind, deren Effekt jedoch gemessen werden kann. Je ein Teilchen pro Paar ist stets positiv, das andere negativ geladen.

In einem Schwarzen Loch ist die Gravitation so stark, dass sie das negativ geladene Teilchen absorbiert und dadurch dem positiven Teilchen des Paares genug Energie verleiht, um in Form von Wärme ins Universum zu gelangen. Diese Strahlung entkommt also dem Schwarzen Loch und somit wird auch hier das zweite Gesetz der Thermodynamik eingehalten.

Der Betrag der positiven Strahlung, die freigesetzt wird, wird durch die im Schwarzen Loch verschwundenen negativen Teilchen ausgeglichen. Der Zufluss an negativen Teilchen kann die Masse des Schwarzen Lochs verringern, bis es schließlich zu schwinden beginnt und stirbt. Wenn seine Masse klein genug wird, entsteht höchstwahrscheinlich eine massive Explosion, die der Sprengkraft von Millionen von Wasserstoffbomben entspricht.

"},{"id":"50d71c23e4b045383aa45d8b","title":"Verkehrte Welt? Warum die Zeit für uns nur vorwärts laufen kann. ","text":"

Stell dir vor, dass Universum würde anfangen, sich zusammenzuziehen und die Zeit würde beginnen, rückwärts zu laufen. Wie wäre das wohl? Vielleicht würden Uhren gegen den Uhrzeigersinn gehen und der Lauf der Geschichte wieder seinem Ursprung entgegen eilen.

Aber keine Sorge: Zwar schließen Wissenschaftler den Rücklauf der Zeit nicht komplett aus, es gibt jedoch drei starke Hinweise, die nahelegen, dass sich Zeit nur vorwärts bewegen kann.

Der erste Indikator für den vorwärts gerichteten Verlauf der Zeit von der Vergangenheit zur Zukunft ist der thermodynamische Zeitpfeil. Dem zweiten thermodynamischen Gesetz zufolge neigt Entropie – die Unordnung in einem geschlossenen System – im Zeitverlauf zur Zunahme. Das bedeutet, dass Zeit an der Tendenz zur zunehmenden Unordnung gemessen werden kann.

Wenn zum Beispiel eine Tasse von einem Tisch rollt und zerbricht, ist ihr physikalischer Zustand weniger geordnet und ihre Entropie nimmt zu. Anhand des Erfahrungswertes, dass sich eine zerbrochene Tasse niemals spontan wieder zusammenfügt und zu ihrer Ordnung zurückkehrt, merken wir, dass sich Zeit nur vorwärts bewegen kann.

Die zerbrochene Tasse und der thermodynamische Zeitpfeil veranschaulichen bereits den zweiten Hinweis: den psychologischen Zeitpfeil, der sich aus unseren Erinnerungen zusammensetzt. Nachdem die Tasse zerbrochen ist, können wir uns daran erinnern, dass sie zuvor auf dem Tisch stand. Als sie noch heil auf dem Tisch stand, hätten wir uns jedoch nicht an ihren „künftigen” zerbrochenen Zustand am Boden erinnern können.

Der dritte Hinweis ist der kosmologische Zeitpfeil. Gemeint ist damit die Expansion des Universums, die sich auch mit unserer Wahrnehmung vom thermodynamischen Zeitstrahl vereinen lässt. Das liegt daran, dass sich die Entropie mit der Expansion des Universums erhöht.

Wenn das Chaos im Universum sein Maximum erreichen würde, dann begänne das Universum, sich zusammenzuziehen und somit den kosmologischen Zeitstrahl zu verkehren. Jedoch würden wir das nie erfahren, weil eine ansteigende Entropie die Voraussetzung für unsere Existenz ist. Ohne sie würde sich unsere Nahrung nicht in Energie verwandeln. Daher werden wir, solange wir so existieren wie bisher, nur beobachten können, wie der kosmologische Zeitstrahl vorwärts verläuft.

"},{"id":"53298fd73162330008450000","title":"Neben der Gravitationskraft existieren drei Grundkräfte im Universum.","text":"

Welche Arten verschiedener Kräfte wirken im Universum?

Die meisten Menschen haben nur von einer gehört: der Gravitation, die für die gegenseitige Anziehung von Objekten verantwortlich ist und wir in unserem Alltag als die Kraft spüren, die uns zur Erde zieht.

Die meisten sind sich nicht der Tatsache bewusst, dass neben der Schwerkraft noch drei weitere Kräfte auf Teilchen einwirken:

Die elektromagnetische Kraft können wir im Alltag beobachten, wenn ein Magnet an einem Kühlschrank haften bleibt oder wenn du dein Handy auflädst. Sie wirkt sich auf Teilchen mit elektrischer Ladung aus, also auf die Elektronen.

Elektromagnetische Kräfte, wie der Nord- und Südpol eines Magneten, können anziehend oder abstoßend wirken: Positiv geladene Teilchen ziehen negativ geladene an und stoßen Teilchen positiver Ladung ab und umgekehrt. Diese Kraft ist viel stärker als die Gravitation und herrscht im Innersten eines Atoms. Sie sorgt nämlich dafür, dass Elektronen um den Atomkern kreisen.

Die zweite Kraft ist die schwache Kernkraft, die auf alle Teilchen einwirkt, aus denen Materie besteht, und für Radioaktivität verantwortlich ist. Diese Kraft nennt man „schwach”, weil sie nur auf sehr kleine Abstände wirken kann. In energetisch höheren Zuständen nimmt die Kraft der schwachen Kernkraft zu, bis sie der elektromagnetischen Kraft gleichkommt.

Die dritte Grundkraft der Physik ist die starke Kernkraft, die Protonen und Neutronen im Atomkern zusammenhält. Im Gegensatz zum Elektromagnetismus und der schwachen Kernkraft nimmt ihre Stärke mit steigendem Energieniveau ab.

Auf sehr hohem Energieniveau, das die Wissenschaft „rand unification energy” nennt, werden der Elektromagnetismus und die schwache Kernkraft stärker, während die starke Kernkraft schrumpft.

An diesem Punkt erreichen die drei Kräfte die gleiche Stärke und werden zu verschiedenen Bestandteilen einer einzigen Kraft: einer Kraft, die womöglich zur Entstehung des Universums beigetragen hat.

"},{"id":"53298ff03162330008470000","title":"Nach präzisen Erklärungen des Urknalls als Geburtsstunde des Universums sucht die Wissenschaft noch immer.","text":"

Die meisten Wissenschaftler glauben, dass der Urknall der Anfang der Zeit war – der Moment, in dem sich das Universum aus einer unendlichen Dichte zu einer rasant expandierenden Einheit verwandelte, die auch heute noch weiter wächst.

Eine präzise Antwort auf die Frage, wie der Urknall zustande kam, hat die Wissenschaft aber noch nicht gefunden. Auch wenn es durchaus eine Zahl von Theorien gibt, die das zu erklären versuchen.

Die am weitesten akzeptierte Theorie vom Ursprung des Universums ist das „Hot big bang“-Modell.

Dieser Theorie zufolge begann das Universum als unendlich heißer und dichter Punkt. Als es sich nach dem Urknall ausdehnte, kühlte es ab. In den ersten Stunden nach dem Urknall entstanden die meisten Elemente, die wir heute vorfinden.

Als sich das Universum weiter ausdehnte, entwickelten sich durch Gravitation dichte Regionen expandierender Materie und so entstanden rotierende, wachsende Galaxien. In diesen neu entstanden Galaxien kollabierten Wasserstoff- und Heliumgase. Ihre aufeinandertreffenden Atome lösten Kernfusionen aus, aus denen Sterne hervorgingen.

Das Absterben und der Kollaps dieser Sterne ging dann wiederum mit gewaltigen, sternenförmigen Explosionen einher, die mehr Elemente ins Universum ausstrahlten. Das lieferte das Material, aus dem neue Sterne und Planeten geboren werden konnten.

Auch wenn es sich bei diesem Modell um eine allgemein akzeptierte Version des Urknalls und der Geburtsstunde der Zeit handelt, ist es nicht das einzige.

Ein weiteres Modell ist das „inflationary model”. Diese Theorie besagt, dass die Energie im jungen Universum so enorm war, dass die Stärke der starken und schwachen Kernkraft sowie des Magnetismus gleich waren. Während das Universum expandierte, nahmen die drei Kräfte sehr schnell verschiedene Stärken an. Als sich die Kräfte aufteilten, wurde eine enorme Menge an Energie freigesetzt. Das hatte einen anti-gravitativen Effekt, sodass das Universum in einem abnehmenden Maße zu expandieren begann.

"},{"id":"532990163162330008490000","title":"Die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenphysik lassen sich nicht zusammenführen. ","text":"

Das Bestreben der Wissenschaftler, das Universum zu verstehen und zu beschreiben, führte zu der Entwicklung von zwei grundlegenden Theorien:

Die erste ist die allgemeinen Relativitätstheorie, die sich um das große Phänomen der Gravitation dreht. Die zweite ist die Quantentheorie, die einige der kleinsten bekannten Objekte im Universum beschreibt: Teilchen, die kleiner als Atome sind.

Während beide Theorien überaus wichtige Einsichten ermöglichen, besteht ein großer Unterschied darin, was Wissenschaftler mithilfe der Quantenphysik im Gegensatz zu der allgemeinen Relativitätstheorie beobachten und vorhersagen können. Diese Diskrepanz ist so gewaltig, dass momentan keine Möglichkeit besteht, die beiden Theorien zu einer einheitlichen Theorie vom großen Ganzen zusammenzuführen.

So ergeben zum Beispiel viele in der Quantenphysik genutzte Gleichungen unendliche Ergebnisse. Aus Beobachtungen wissen wir jedoch, dass diese Werte endlich sind. Diesen Gleichungen zufolge ist zum Beispiel die Krümmung der Raumzeit unendlich, ein Ergebnis, das von Beobachtungen widerlegt wurde.

Um diese fälschlicherweise unendlichen Werte auszugleichen, bringen Wissenschaftler auch andere Unendlichkeiten in ihre Gleichungen ein. Doch das hindert die Wissenschaftler leider daran, akkurate Prognosen zu erstellen. Denn anstatt die Gleichungen der Quantenphysik zu nutzen, um Ereignisse vorherzusagen, müssen Ereignisse hinzugefügt werden und die Gleichungen entsprechend daran angepasst werden.

Ein weiteres, ähnliches Problem ist, dass die Quantentheorie annimmt, der leere Raum im Universum bestünde aus virtuellen Paaren von Teilchen und Antiteilchen.

Doch die Existenz dieser virtuellen Teilchen ist schwer vereinbar mit der allgemeinen Relativitätstheorie.

Da der Betrag des leeren Raums im Universum unendlich groß ist, müsste sich die Energie dieser Teilchenpaare zu einer unendlichen Energie summieren.

Das wäre problematisch, da Einsteins berühmte Gleichung E=mc2 die Äquivalenz von Masse und Energie postuliert. Die unendliche Energie dieser Teilchen würde bedeuten, dass sie auch eine unendliche Masse besitzen würden. Unter der Einwirkung der Gravitationskraft einer solchen unendlichen Masse würde das Universum kollabieren und zu einem einzigen Schwarzen Loch werden.

"},{"id":"5329906431623300084b0000","title":"Zusammenfassung","text":"

Die Kernaussage dieses Buchs ist:

Es gibt eine Anzahl von Regeln und Gesetzen, die uns helfen, die Mysterien des Universums wenigstens ein Stück weit zu verstehen. Wissenschaftler haben schon viele Erkenntnisse über das Universum erworben, aber einige Phänomene wie die Entstehung des Urknalls müssen noch genauer erforscht werden.

Zum Weiterdenken:

Theorien helfen dir, Ideen zu prüfen und Prognosen zu erstellen.

Theorien ermöglichen Prognosen über die Zukunft. Eine Theorie kann entwickelt werden, indem man eine Reihe einfacher, überprüfbarer Regeln aufstellt und kontrolliert, ob sie sich im Experiment bewähren. Wenn das Experiment sie nicht widerlegt, kann man davon ausgehen, dass sie auch in Zukunft unter gleichen Bedingungen gelten werden und sie folglich für die Erstellung von Prognosen nutzen.

Zeit ist relativ. Auch wenn es kaum merklich ist, hat das große Auswirkungen auf deinen Alltag!

Zeit ist relativ. Diese Tatsache hat sehr interessante Konsequenzen. Wenn wir uns zum Beispiel mit Lichtgeschwindigkeit bewegen könnten, würden wir langsamer altern. Wenn wir eine Reise durch das Weltall mit solcher Geschwindigkeit unternehmen könnten, würden wir bei unserer Rückkehr auf der Erde in einer Tausende von Jahren entfernten Zukunft landen, ohne merklich gealtert zu sein.

Aber auch in unserem Alltag macht sich die Relativität der Zeit in gewissen Dingen bemerkbar. Navigationssysteme etwa müssen diese Relativität berücksichtigen, damit sie ihre Nutzer nicht Kilometer weit vom eigentlichen Bestimmungsort leiten. Interessant ist auch: Ein auf einem Berg lebender Zwilling würde aufgrund seiner Position ein wenig schneller altern als sein Zwilling, der auf Meereshöhe lebt.

Du kannst deine Position nur in Relation zu etwas anderem bestimmen.

Wo bist du? Zu Hause? Auf der Erde? Auf der Umkreisbahn der Sonne? Auf einem der Spiralarme der Milchstraße? Alles trifft zu. Während sich Körper wie du im Universum bewegen, können sie nur in Relation zu anderen Körpern lokalisiert werden. Denk mal darüber nach, wo du eigentlich bist, während du mit anderen Planeten, Sternen und Galaxien durch das Universum treibst!

"}]}

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