Samenvatting van A Brief History of Time | Stephen Hawking

Van oerknal tot zwarte gaten

Het leven wordt druk. Heeft Een korte geschiedenis van de tijd stof heeft verzameld op je boekenplank? Pak in plaats daarvan nu de belangrijkste ideeën op. Dit is nog maar een tipje van de sluier. Als je het boek nog niet hebt, bestel het dan hier of koop het luisterboek voor gratis op Amazon voor de sappige details.

Synopsis

Een korte geschiedenis van de tijd is een beknopte samenvatting van het ontstaan en de aard van ons universum. Stephen Hawking gidst de lezer door de evolutie van ons wetenschappelijk inzicht. Hij begint met Newtons wet van de zwaartekracht in de jaren 1600 tot en met de moderne theorieën over het begin van het heelal. Dit boek is een heldere en begrijpelijke gids over het heelal. Van zwarte gaten tot tijdreizen, Stephen Hawking verklaart enkele van de meest essentiële mysteries van ons universum. 

Het perspectief van Stephen Hawking

Stephen Hawking werd beschouwd als een van de meest briljante theoretische natuurkundigen in de geschiedenis. Zijn werk over het ontstaan en de structuur van het heelal, van de oerknal tot zwarte gaten, betekende een revolutie op dit gebied. Hawking werd geboren in Oxford in een familie van artsen. Hawking begon zijn universitaire opleiding aan het University College in Oxford in oktober 1959. Hij behaalde een eerste klas BA (Hons.) in natuurkunde. Vervolgens begon Hawking in oktober 1962 met zijn afstuderen aan Trinity Hall, Cambridge. In maart 1966 promoveerde hij in de toegepaste wiskunde en theoretische natuurkunde, gespecialiseerd in algemene relativiteit en kosmologie. Tussen 1979 en 2009 was hij Lucasian Professor of Mathematics aan de Universiteit van Cambridge. Op 21-jarige leeftijd, tijdens zijn studie kosmologie aan de Universiteit van Cambridge, werd bij hem amyotrofe laterale sclerose (ALS) geconstateerd. Een deel van zijn levensverhaal werd verbeeld in de film The Theory of Everything uit 2014.

Theorieën over het verleden kunnen de toekomst voorspellen

Stephen Hawking legt de lezers uit dat een theorie een model is dat waarnemingen in onze omgeving nauwkeurig verklaart. De meest algemeen aanvaarde theorieën worden ondersteund door consistente bevindingen uit verschillende experimenten. Deze theorieën verklaren dan hoe en waarom dingen in onze omgeving gebeuren. 

Hawking biedt twee voordelen die samenhangen met de ontwikkeling van theorieën:

1. Theorieën bieden wetenschappers een basis om voorspellingen te doen over toekomstige gebeurtenissen. Hawking geeft het voorbeeld van Newtons zwaartekrachttheorie. Met deze theorie konden wetenschappers de toekomstige bewegingen van planeten voorspellen.
2. Theorieën zijn nooit volledig geconsolideerd. Dit betekent dat zij voortdurend kunnen worden verbeterd naarmate er meer bewijsmateriaal opduikt. Dit weerlegbare karakter is cruciaal voor de ontwikkeling van onze kennis.

Wetenschappelijke theorieën stellen ons in staat de aard van ons toekomstige universum af te leiden. Ze evolueert echter voortdurend en wordt steeds nauwkeuriger in het voorspellen van de toekomst.

Newtons zwaartekrachttheorie heeft ons begrip aanzienlijk vergroot

Newton's theorie van de zwaartekracht was revolutionair. In de jaren 1600 geloofde men dat voorwerpen van nature in absolute rust waren. Zonder enige actie zou het object dus stil blijven staan. Newton zette dit idee op zijn kop door te suggereren dat alle objecten in het universum voortdurend in beweging zijn. Deze theorie werd ondersteund doordat Newton de planeten voortdurend ten opzichte van elkaar zag bewegen.

De drie wetten van Newton

Op basis van Newtons bevindingen ontwikkelde hij drie wetten:

1. Alle voorwerpen blijven in een rechte lijn bewegen als er geen andere kracht op inwerkt.
2. Een voorwerp versnelt evenredig met de kracht die erop werkt. Bovendien, hoe groter de massa van een voorwerp, hoe minder een kracht zijn beweging beïnvloedt.
3. Alle lichamen in het heelal trekken andere lichamen aan met een kracht die evenredig is met de massa van elk object.

De lichtsnelheid stelt Newtons theorie ter discussie

Omdat wij voortdurend in beweging zijn ten opzichte van andere voorwerpen, beschreef Newton snelheid als relatief ten opzichte van andere voorwerpen. Hawking legt echter uit dat ons begrip van de lichtsnelheid dit deel van Newtons theorie in twijfel trekt. De lichtsnelheid moet altijd een constante zijn in plaats van relatief. Hij is altijd 186.000 mijl per seconde. De oplossing voor dit gat in Newtons theorie werd in het begin van de twintigste eeuw gevonden door Albert Einstein. Om precies te zijn, Einstein's relativiteitstheorie.

Tijd staat niet vast

De relativiteitstheorie bouwde voort op Newtons theorie van de zwaartekracht door aan te geven dat de snelheid van het licht een constante is. Einstein stelde dat de wetten van de wetenschap hetzelfde zijn voor alle vrij bewegende waarnemers. Dit verklaart dus de constantheid van de lichtsnelheid. Ongeacht de snelheid van een vrij bewegende waarnemer, zal de lichtsnelheid hetzelfde zijn. De redenering achter dit principe is dat tijd relatief is in plaats van vast.

Hawking gebruikt een analogie om dit punt uit te leggen. Stel je voor dat een lichtflits wordt uitgezonden naar twee waarnemers. Een van deze waarnemers reist naar het licht toe, terwijl de andere sneller reist in de tegenovergestelde richting. De snelheid van het licht blijft voor elke waarnemer gelijk, want die is constant. De tijd wordt echter bepaald door de afgelegde afstand gedeeld door de snelheid. De twee waarnemers zouden het uitgezonden licht dus op verschillende tijdstippen waarnemen. Cruciaal is dat dit betekent dat geen van beide waarnemers het tijdstip waarop het licht voor het eerst werd uitgezonden, onjuist zou registreren. In plaats daarvan is de tijd relatief en uniek voor elk van de waarnemers.

Kwantumtoestand helpt ons deeltjes te meten

Alle materie bestaat uit deeltjes. Om het universum beter te begrijpen, moeten we daarom de deeltjes begrijpen, inclusief hoe ze zich gedragen en hun snelheid. Hawking legt echter uit dat deeltjes bijzonder moeilijk te meten zijn. Hoe nauwkeuriger je de positie van een deeltje probeert te meten, hoe onzekerder zijn snelheid wordt. En hoe nauwkeuriger je zijn snelheid probeert te meten, hoe minder specifiek de positie van het deeltje wordt. Dit verschijnsel werd in de jaren 1920 ontdekt en wordt het onzekerheidsprincipe genoemd.

Om de beperkingen van het meten van deeltjes te overwinnen, begonnen wetenschappers de kwantumtoestand van de deeltjes te meten. De kwantumtoestand combineert vele mogelijke posities en snelheden van een deeltje. Daarom is het momenteel onmogelijk voor een wetenschapper om de exacte positie en snelheid van een deeltje waar te nemen. In plaats daarvan moeten wetenschappers alle waarschijnlijke plaatsen waar het zich zou kunnen bevinden opsporen en bepalen welke daarvan het meest waarschijnlijk is. Hiervoor moeten wetenschappers de deeltjes observeren alsof het golven zijn.

De verschillende posities waarin een deeltje kan verschijnen, kunnen worden uitgezet als wat lijkt op een continue, oscillerende golf. De meest waarschijnlijke posities van het deeltje ontstaan daar waar bogen en dips met elkaar in overeenstemming zijn.

Massive Objects Curving Space-Time Causes Gravity

Hawking verklaart dat de zwaartekracht van massieve objecten de ruimte-tijd kromt. Bovendien veranderen enorme massa's zoals onze zon de ruimte-tijd. Stel je de ruimte-tijd voor als een deken die in de lucht wordt gehouden. Door een voorwerp in het midden van de deken te plaatsen, gaat de deken krommen en zakt het voorwerp weg. Zodra deze kromming ontstaat, volgen andere objecten deze kromming in de ruimte-tijd. Hawking legt uit dat dit komt doordat een voorwerp altijd de kortste route tussen twee punten neemt. Bij grotere objecten is dit een cirkelvormige baan.

De ruimte-tijd is de vierde dimensie in onze wereld. Natuurkundigen gebruiken de ruimte-tijd om gebeurtenissen in het universum te beschrijven. Voor deze wetenschappers vindt een gebeurtenis plaats op een bepaalde plaats in ruimte en tijd. Wetenschappers moeten rekening houden met tijd omdat de relativiteitstheorie stelt dat tijd relatief is. Bijgevolg is het een essentiële factor om de aard van een gebeurtenis te beschrijven. Cruciaal is dat ons begrip van de ruimte-tijd ons in staat stelde de theorie van de zwaartekracht te ontwikkelen.

Ingestorte sterren kunnen zwarte gaten produceren

Sterren hebben enorme hoeveelheden energie nodig om warmte en licht te produceren. En omdat ze vaak een lange levensduur hebben, stapelt deze hoeveelheid zich op. Zodra deze energie op is, sterft de ster. De grootte van de ster bepaalt dan het product van de dood van deze ster. Massieve sterren produceren bijvoorbeeld zwarte gaten. 

Hawking schetst waarom de dood van reuzensterren zwarte gaten kan produceren. Zwarte gaten ontstaan uit deze gebeurtenissen omdat de zwaartekracht van massieve sterren zo sterk is. Sterren gebruiken hun energie om te voorkomen dat ze door de sterke zwaartekracht instorten. Maar als de energie van de ster op is, stort hij in elkaar. Alle omringende materie wordt naar binnen getrokken, naar een oneindig dicht, bolvormig punt dat een singulariteit wordt genoemd. Deze singulariteit noemen we een zwart gat.

De aantrekkingskracht van een zwart gat is zo sterk dat licht erlangs buigt. Bovendien verhindert de sterke zwaartekracht dat alles wat een bepaalde grens rond het zwarte gat overschrijdt, weer kan ontsnappen. Hawking merkt op dat dit punt van geen terugkeer de event horizon wordt genoemd. Licht is het snelst bewegende ding in het heelal. Maar zelfs licht kan niet ontsnappen aan zwarte gaten. Omdat licht niet aan zwarte gaten kan ontsnappen, vormt dit een dilemma voor de waarneming ervan. Toch zoeken wetenschappers naar de zwaartekrachtseffecten op het heelal en de röntgenstraling die ontstaat wanneer het zwarte gat materie opzuigt en verscheurt.

De tijd kan alleen maar vooruit gaan

Hawking legt in A Brief History of Time uit dat door de expansie van het heelal de tijd vooruit gaat. Verschillende wetenschappers hebben echter de mogelijkheid nog niet opgegeven dat het heelal begint te krimpen en de tijd achteruit begint te lopen. Desondanks zijn er volgens Hawking verschillende sterke aanwijzingen dat de tijd alleen maar vooruit kan gaan. 

De pijlen van de tijd

De tweede wet van de thermodynamica heet entropie. Entropie suggereert dat wanorde de neiging heeft toe te nemen met de tijd. Wanorde wordt over het algemeen niet spontaan opnieuw geordend, wat suggereert dat de tijd alleen maar vooruit kan gaan. Bijvoorbeeld, een gebroken kopje wordt niet spontaan opnieuw geordend. Dit is de thermodynamische pijl van de tijd. Evenzo zult u een herinnering ontwikkelen dat dit kopje is gebroken. Maar vóór deze gebeurtenis kunt u zich de toekomstige positie op de vloer niet herinneren. Dit is de psychologische tijdspijl. De kosmologische tijdspijl, ten slotte, verwijst naar het uitdijende universum. Als het universum uitdijt, neemt de entropie toe. 

Stel dat de wanorde in het universum zijn maximum zou bereiken. In dat geval zou het universum kunnen gaan krimpen, waardoor de kosmologische tijdspijl wordt omgekeerd. We zouden er echter niets van weten, omdat intelligente wezens alleen kunnen bestaan als de wanorde toeneemt. Dat komt omdat we afhankelijk zijn van het proces van entropie om ons voedsel af te breken tot energie. Bijgevolg zou de tijd op een dag achteruit kunnen gaan. We zullen er echter niet bij zijn om het te zien.

De vier fundamentele krachten

De zwaartekracht is een van de fundamentele krachten van het heelal. Hawking beschrijft echter nog drie andere fundamentele krachten van het heelal. 

Elektromagnetische kracht

Elektromagnetische krachten kunnen worden waargenomen op alle deeltjes met elektrische lading. Dit omvat elektronen en quarks. Ook creëren deze krachten gebeurtenissen zoals een magneet die aan een koelkast blijft plakken. Deze krachten kunnen aantrekkelijk of afstotend zijn. Aantrekking vindt plaats tussen positief en negatief geladen deeltjes. Omgekeerd treedt afstoting op wanneer twee gelijk geladen deeltjes elkaar ontmoeten. Hawking benadrukt dat deze kracht veel sterker is dan de zwaartekracht en zelfs de kleinste atomen beïnvloedt.

Zwakke kernkracht

De zwakke kernkracht werkt op alle deeltjes waaruit materie bestaat. Deze kracht wordt als zwak beschouwd omdat zij alleen op korte afstand kracht kan uitoefenen. De kernkracht produceert radioactiviteit. Bij hogere energieën neemt de kracht van de zwakke kernkracht toe totdat deze gelijk is aan de elektromagnetische kracht.

Sterke kernkracht

Deze kernkracht kan protonen en neutronen in de kern van een atoom binden. Evenzo kan zij kleine quarks binnen protonen en neutronen binden. De sterke kernkracht verschilt van de zwakke omdat hij zwakker wordt bij hogere energieën. 

Grote Eenheid Energie

Er bestaat een staat van hoge energie die de energie van de grote eenwording wordt genoemd. Deze toestand doet zich voor wanneer alle drie de krachten dezelfde kracht bereiken. Daarbij worden ze verschillende aspecten van één kracht. Hawking suggereert dat deze eenheidskracht een belangrijke rol kan hebben gespeeld bij het ontstaan van ons universum. 

Hoe gebeurde de oerknal?

Wetenschappers zijn het er bijna helemaal over eens dat de oerknal heeft plaatsgevonden. Waar veel wetenschappers het echter niet over eens zijn, is hoe de oerknal heeft plaatsgevonden. Er zijn echter twee prominente theorieën over hoe de oerknal heeft kunnen gebeuren.

Het hete oerknalmodel

• Het heelal begon met nul grootte en was oneindig heet en dicht.
• De oerknal veroorzaakte expansie, waardoor de temperatuur van het heelal afkoelde. De reden voor deze afkoeling is dat de temperatuur nu verder wordt verspreid.
• In de eerste uren van deze expansie werden de meeste van de huidige elementen van het universum gecreëerd.
• De grotere lichamen in het heelal begonnen te draaien door de zwaartekracht, waardoor sterrenstelsels ontstonden.
• Wolken van waterstof- en heliumgassen begonnen toen in te storten binnen deze sterrenstelsels. Dit instorten, dat gepaard ging met een botsing van atomen, leidde tot kernfusiereacties. Deze reacties waren de oorsprong van sterren.
• De dood en ineenstorting van deze sterren leidde tot enorme sterexplosies die meer elementen het heelal in wierpen. Deze elementen hielpen om meer sterren en planeten te creëren.

Het inflatiemodel

• De energie van het vroege heelal was zo hoog dat de krachten van de drie hierboven genoemde krachten gelijk waren.
• Met de uitbreiding van het heelal ontwikkelden deze drie krachten verschillende krachten. Dit gebeurde snel.
• Door de krachtsplitsing kwam een enorme hoeveelheid energie vrij.
• Het vrijkomen van energie creëerde een anti-gravitatie effect.
• Het anti-zwaartekracht effect zorgde ervoor dat het universum nog sneller uitdijde.

Slotcitaat

"Als er echt een complete eenheidstheorie is die alles regelt, bepaalt die waarschijnlijk ook jouw handelingen. Maar dat gebeurt op een manier die onmogelijk te berekenen is voor een organisme dat zo ingewikkeld is als de mens. We zeggen dat mensen een vrije wil hebben omdat we niet kunnen voorspellen wat ze zullen doen."

- Stephen Hawking

Beoordeling

StoryShots Beoordeling: 4.4/5

A Brief History of Time PDF, gratis luisterboek en geanimeerde boeksamenvatting

Dit was het topje van de ijsberg. Om in de details te duiken en de auteur te steunen, bestel de boek of krijg het audioboek gratis op Amazon.

Reageer hieronder en laat anderen weten wat je hebt geleerd of als je andere gedachten hebt.

Nieuw bij StoryShots? Ontvang de audio- en geanimeerde versies van deze samenvatting en honderden andere bestsellers van non-fictie boeken in onze gratis top-ranking app. Het is door Apple, The Guardian, de VN en Google genoemd als een van 's werelds beste lees- en leerapps.

Gerelateerde gratis boeksamenvattingen

• De theorie van alles door Stephen Hawking
• De Godsvergelijking door Michio Kaku
• De lessen van de geschiedenis door Ariel Durant en Will Durant
• De Autobiografie van Benjamin Franklin door Benjamin Franklin
• Elon Musk door Ashlee Vance
• Sapiens door Yuval Noah Harari

• Sla