Universet i et nøtteskall av Stephen Hawking

Av Stephen Hawking

Kapittel 1: En kort historie om relativitet

Mot slutten av 1800-tallet hadde forskere trodd de visste det meste om universet. Rommet var fylt av et sammenhengende medium kalt «eter». Lys- og radiobølger var bølger i eteren, akkurat som lydbølger var bevegelser i luften.

Einstein

Albert Einstein beskrev først den spesielle relativitetsteorien i 1905. Der postulerer han at alle har sin egen, personlige tid. Tiden til to personer er lik hvis e er i ro i forhold til hverandre, men ikke hvis de beveger seg. Einstein postulerte også at naturens lover er de samme for alle observatører som beveger seg fritt.

Hvis man flyr mot øst så går det mindre tid enn hvis man flyr mot vet.

Krummet tidrom

Hvis jorden var flat så er det umulig å bestemme om Newtons eple traff ham i hodet på grunn av en flat jord som akselererte oppover eller om det falt ned i hodet hans på grunn av tyngdekraften. Disse to hendelsene er ekvivalente, vi vet ikke hvilken som har inntruffet.

Siden vi aksepterer at jorden er rund så har vi ikke lenger to slike ekvivalente hendelser. Personer på hver sin side av jordkloden må akselerere i motsatte retninger og likevel være i konstant avstand til hverandre eller så må eplene falle i hodene deres på grunn av tyngdekraften. Einstein fant ut at begge deler var mulig dersom vi lar objekter med masse bøye tidrommet.

Universet er fullt av stoff og det krumme tidrommet får alt stoffet til å falle mot hverandre. At universet ikke faller sammen kan kun forklares av universet enten ekspanderer eller trekker seg sammen.

For å lage en Generell relativitetsteori trengte Einstein å endre perspektiv fra Euklidisk 2D geometri til Bernhard Riemanns geometri. Marcel Grossmann hjalp Einstein med med det matematiske grunnlaget, og Grossmann og Einstein la fram ideen om at det vi oppfatter som tyngdekrefter egentlig bare et uttrykk for at tidrommet er krummet i 1913. Hilbert og Eistein fant likningene som beskrev avbøyningen i 1915.

Einsteins generelle relativitetsteori er et paradigmeskifte. Vi går fra å tenke oss tomt rom som fylles med objekter til at rommet er en aktiv deltaker i universets dynamikk.
Albert Einstein trodde ikke selv på Big bang-teorien. Han trodde det kunne ha vært en tidligere sammentrekning og deretter ekspansjon, men at sammentrekningen ikke hadde vært så dramatisk som Big bang. Vi vet nå at det er feil. Einstein mente også at massive stjerner ville slå seg til ro i en endelig tilstand, men vi har brukt hans egen generelle relativitetsteori til å vise at slike stjerner blir Sorte hull.

Kapittel 2: Tidens form

Einstein og forskere p hans tid ville ikke erkjenne at tiden kunne ha en begynnelse eller slutt – de var fremdeles låst til tankegangen om at tiden er uendelig. På samme måte var det vanskelig å forestille seg en sigularitet, eller et supermassivt punkt, fordi man tenkte at veldig sterke tyngdekrefter ville bli opphevet av sideveis bevegelse eller trykkrefter.

Cosmic microwave backgroud

Den kosmiske bakgrunnsstrålingen har spekter som tilsvarer svartlegeme på 2,7 K. Det tyder på at strålingen må komme fra områder som ugjennomtrengelige for mikrobølger, eller sagt på en annen måte: strålingen må ha gått gjennom en viss mengde stoff – og denne mengden stoff er stor nok til å krumme tidrommet slik at lysstrålene i vår fortidige lyskjegle er bøyd mot hverandre.

Usikkerheten i målinger

Etter Plancks påstander om at lys er kvantifisert så kom Heisenbergs usikkerhetsprinsipp i 1927. Problemet med observasjoner i liten målestokk er hvis man bruker lavfrekvente bølger til å observere, så er det stor usikkerhet i målingene. Dersom man bruker høyere frekvens så øker man også energien, og da kan man lett påvirke partikkelen man observerer. Vi har derfor forstyrret hastigheten til partikkelen mer.

Grunntilstanden til en pendel er ikke når den henger rett ned og er i ro – det ville brutt med Heisenbergs usikkerhetsprinsipp. Enhver pendel må ha en viss minimumsenergi (nullpunkfluktasjon) som er mer enn Plancks konstant ($6.026\cdot {10}^{34}\mathrm{J}\cdot \mathrm{s}$).

Subtrahering av uendeligheter

Casimireffekten
Supersymmetri

Kapittel 4: Å forutsi framtiden

Videre utforskning

• Ekvivalensprinsippet
• «Vi trenger en kvantegravitasjonteori.»