En kort historik över tiden Sammanfattning | Stephen Hawking

Från Big Bang till svarta hål

Livet är hektiskt. Har En kort tidshistoria har samlat damm i din bokhylla? Plocka istället upp de viktigaste idéerna nu. Vi skrapar bara på ytan här. Om du inte redan har boken kan du beställa den här eller köp ljudboken för gratis på Amazon för att få reda på de saftiga detaljerna.

Synopsis

En kort tidshistoria är en kortfattad sammanfattning av vårt universums ursprung och natur. Stephen Hawking guidar läsarna genom utvecklingen av vår vetenskapliga förståelse. Han börjar med Newtons gravitationslag på 1600-talet ända fram till de moderna teorierna om universums början. Den här boken är en tydlig och begriplig guide till universum. Från svarta hål till tidsresor förklarar Stephen Hawking några av vårt universums mest väsentliga mysterier. 

Stephen Hawkings perspektiv

Stephen Hawking ansågs vara en av historiens mest briljanta teoretiska fysiker. Hans arbete om universums ursprung och struktur, från Big Bang till svarta hål, revolutionerade området. Hawking föddes i Oxford i en läkarfamilj. Hawking inledde sin universitetsutbildning vid University College i Oxford i oktober 1959. Han fick en förstklassig BA (Hons.) examen i fysik. Därefter började Hawking sitt examensarbete vid Trinity Hall i Cambridge i oktober 1962. Han erhöll sin doktorsexamen i tillämpad matematik och teoretisk fysik, med inriktning på allmän relativitetsteori och kosmologi, i mars 1966. Han var Lucasian Professor of Mathematics vid University of Cambridge mellan 1979 och 2009. Vid 21 års ålder, när han studerade kosmologi vid universitetet i Cambridge, fick han diagnosen amyotrofisk lateralskleros (ALS). En del av hans livshistoria skildrades i filmen The Theory of Everything från 2014.

Teorier om det förflutna kan förutsäga framtiden

Stephen Hawking förklarar för läsarna att en teori är en modell som på ett korrekt sätt förklarar observationer i vår omgivning. De mest allmänt accepterade teorierna stöds av konsekventa resultat från flera experiment. Dessa teorier förklarar sedan hur och varför saker och ting händer i vår miljö. 

Hawking nämner två fördelar som är förknippade med utvecklingen av teorier:

1. Teorier ger forskare en grund för att göra förutsägelser om framtida händelser. Hawking ger som exempel Newtons gravitationsteori. Denna teori gjorde det möjligt för forskare att förutsäga planeters framtida rörelser.
2. Teorierna är aldrig helt konsoliderade. Det innebär att de kan förbättras kontinuerligt i takt med att fler bevis framkommer. Att teorier kan motbevisas är avgörande för att utveckla vår kunskap.

Vetenskapliga teorier gör det möjligt för oss att dra slutsatser om hur vårt framtida universum ser ut. De utvecklas dock ständigt och blir alltmer exakta när det gäller att förutsäga framtiden.

Newtons gravitationsteori utvecklade vår förståelse avsevärt

Newtons gravitationsteori var revolutionerande. På 1600-talet trodde man att föremålen naturligt var i absolut vila. Utan någon åtgärd skulle föremålet alltså förbli stationärt. Newton vände upp och ner på denna idé genom att föreslå att alla universums objekt är i ständig rörelse. Denna teori stöddes av att Newton observerade planeterna som ständigt rörde sig i förhållande till varandra.

Newtons tre lagar

Baserat på Newtons upptäckter utvecklade han tre lagar:

1. Alla föremål fortsätter att röra sig i en rak linje om de inte påverkas av en annan kraft.
2. Ett föremål accelererar med en hastighet som är proportionell mot den kraft som verkar på det. Dessutom gäller att ju större massa ett föremål har, desto mindre påverkar en kraft dess rörelse.
3. Alla kroppar i universum drar till sig andra kroppar med en kraft som är proportionell mot varje objekts massa.

Ljusets hastighet utmanar Newtons teori

Eftersom vi är i ständig rörelse i förhållande till andra objekt, beskrev Newton hastigheten som relativ till andra objekt. Hawking förklarar dock att vår förståelse av ljusets hastighet ifrågasatte denna del av Newtons teori. Ljusets hastighet måste alltid vara en konstant snarare än relativ. Den är alltid 186 000 mil per sekund. Lösningen på detta hål i Newtons teori löstes i början av 1900-talet av Albert Einstein. Närmare bestämt med Einsteins relativitetsteori.

Tiden är inte bestämd

Relativitetsteorin bygger på Newtons gravitationsteori genom att ljusets hastighet är en konstant. Einstein föreslog att vetenskapens lagar är desamma för alla fritt rörliga observatörer. Detta förklarar ljusets konstanta hastighet. Oavsett vilken hastighet en fritt rörlig observatör har, kommer ljusets hastighet att vara densamma. Resonemanget bakom denna princip är att tiden är relativ snarare än fast.

Hawking använder en analogi för att förklara detta. Tänk dig att en ljusblixt sänds ut till två observatörer. En av dessa observatörer färdas mot ljuset medan den andra färdas snabbare i motsatt riktning. Ljusets hastighet förblir densamma för varje observatör eftersom den är konstant. Tiden bestäms dock av det tillryggalagda avståndet dividerat med hastigheten. Därför skulle de två observatörerna uppfatta det utsända ljuset vid olika tidpunkter. Detta innebär framför allt att ingen av observatörerna skulle ha fel i sin registrering av den tidpunkt då ljuset först sändes ut. I stället kommer tiden att vara relativ och unik för var och en av observatörerna.

Kvanttillstånd hjälper oss att mäta partiklar

All materia består av partiklar. För att bättre förstå universum måste vi därför förstå partiklar, bland annat hur de beter sig och hur snabbt de är. Hawking förklarar dock att partiklar är särskilt svåra att mäta. Ju mer exakt man försöker mäta en partikels position, desto osäkrare blir dess hastighet. På samma sätt blir partikelns position mindre specifik ju mer exakt man försöker mäta dess hastighet. Detta fenomen upptäcktes på 1920-talet och kallas för osäkerhetsprincipen.

För att övervinna begränsningarna med att mäta partiklar började forskarna mäta partiklarnas kvanttillstånd. Kvanttillstånd kombinerar många möjliga positioner och hastigheter för en partikel. Därför är det för närvarande omöjligt för en forskare att observera en partikels exakta position och hastighet. Istället måste forskarna spåra alla möjliga platser som den kan befinna sig på och avgöra vilken av dessa som är mest sannolik. Detta kräver att forskarna observerar partiklarna som om de vore vågor.

De olika positioner som en partikel kan uppträda i kan plottas som något som ser ut som en kontinuerlig, oscillerande våg. De mest sannolika positionerna för partikeln uppstår där bågar och sänkor överensstämmer med varandra.

Massiva objekt som kröker rymdtiden orsakar gravitation

Hawking förklarar att gravitationen hos massiva objekt orsakar en krökning av rumtiden. Dessutom ändrar enorma massor som vår sol rumtiden. Föreställ er analogin med rumtiden som en filt som sträcks ut och hålls i luften. Om man placerar ett föremål i mitten av filten kommer filten att kröka sig och föremålet att sjunka. När denna kurva har uppstått följer andra föremål dessa kurvor i rumtiden. Hawking förklarar att detta beror på att ett föremål alltid passerar den kortaste vägen mellan två punkter. Med större objekt är detta en cirkulär bana.

Rymdtiden är den fjärde dimensionen i vår värld. Fysiker använder rymdtid för att beskriva händelser i universum. För dessa vetenskapsmän inträffar en händelse på en viss plats i tid och rum. Forskarna måste ta hänsyn till tiden eftersom relativitetsteorin säger att tiden är relativ. Följaktligen är den en viktig faktor när man beskriver en händelses natur. Vår förståelse av rum och tid har gjort det möjligt för oss att utveckla gravitationsteorin.

Kollapsade stjärnor kan skapa svarta hål

Stjärnor är beroende av enorma mängder energi för att producera värme och ljus. Eftersom de ofta har en lång livslängd ackumuleras denna mängd energi. När energin tar slut dör stjärnan. Stjärnans storlek avgör då produkten av denna stjärnas död. Massiva stjärnor ger till exempel upphov till svarta hål. 

Hawking beskriver varför döden av jättestjärnor kan ge upphov till svarta hål. Svarta hål skapas av dessa händelser eftersom gravitationen från massiva stjärnor är så stark. Stjärnorna använder sin energi för att förhindra att de kollapsar på grund av den starka gravitationen. Men när stjärnan har slut på energi börjar den kollapsa på sig själv. All omgivande materia dras inåt mot en oändligt tät, sfärisk punkt som kallas singularitet. Denna singularitet är vad vi kallar ett svart hål.

Ett svart håls dragningskraft är så stark att ljuset böjs längs med det. Dessutom förhindrar dess starka gravitationskraft att allt som passerar en viss gräns runt omkring det kan fly igen. Hawking påpekar att denna punkt utan återvändo kallas händelsehorisonten. Ljus är det som rör sig snabbast i universum. Men inte ens ljus kan fly från svarta hål. Eftersom ljuset inte kan fly från svarta hål, innebär detta ett dilemma när det gäller att observera dem. Forskare söker dock efter gravitationseffekterna på universum och den röntgenstrålning som produceras när det svarta hålet suger in och sliter sönder materia.

Tiden kan bara röra sig framåt

Hawking förklarar i A Brief History of Time att universums expansion gör det möjligt för tiden att röra sig framåt. Flera forskare har dock inte gett upp möjligheten att universum börjar dra ihop sig och att tiden börjar gå bakåt. Trots detta menar Hawking att det finns flera starka indikatorer som tyder på att tiden bara kan röra sig framåt. 

Tidens pilar

Termodynamikens andra lag kallas entropi. Entropi innebär att oordningen tenderar att öka med tiden. Oordningen återställs i allmänhet inte spontant, vilket tyder på att tiden bara kan gå framåt. En trasig kopp kommer till exempel inte spontant att återställas. Detta är tidens termodynamiska pil. På samma sätt kommer du att utveckla ett minne av att denna kopp har gått sönder. Före denna händelse skulle du dock inte kunna minnas dess framtida placering på golvet. Detta är den psykologiska tidspilen. Slutligen hänvisar den kosmologiska tidspilen till att universum expanderar. När universum expanderar ökar entropin. 

Anta att oordningen i universum skulle nå sin maximala nivå. I så fall skulle universum kunna börja dra ihop sig och vända den kosmologiska tidspilen. Vi skulle dock inte veta om det eftersom intelligenta varelser bara kan existera när oordningen ökar. Detta beror på att vi förlitar oss på entropiprocessen för att bryta ner vår mat till energi. Följaktligen kan tiden en dag komma att röra sig bakåt. Vi kommer dock inte att vara där för att se det.

De fyra grundläggande krafterna

Gravitationen är en av universums grundläggande krafter. Hawking beskriver dock tre andra grundläggande krafter i universum. 

Elektromagnetisk kraft

Elektromagnetiska krafter kan observeras på alla partiklar med elektrisk laddning. Detta inkluderar elektroner och kvarkar. Dessa krafter skapar också händelser som att en magnet fastnar på ett kylskåp. Dessa krafter kan vara attraktiva eller repulsiva. Attraktion uppstår mellan positivt och negativt laddade partiklar. Omvänt uppstår avstötning när två lika laddade partiklar möts. Hawking framhåller att denna kraft är mycket starkare än gravitationen och påverkar även de minsta atomerna.

Svag kärnkraft

Den svaga kärnkraften verkar på alla partiklar som utgör materia. Denna kraft anses vara svag eftersom den endast kan utöva kraft på korta avstånd. Kärnkrafter ger upphov till radioaktivitet. Vid högre energier ökar den svaga kärnkraftens styrka tills den motsvarar den elektromagnetiska kraften.

Stark kärnkraft

Denna kärnkraft kan binda protoner och neutroner i atomkärnan. På samma sätt kan den binda små kvarkar inom protoner och neutroner. Den starka kärnkraften skiljer sig från den svaga genom att den blir svagare vid högre energier. 

Stor enhetsenergi

Det finns ett tillstånd av hög energi som kallas för stor enhetsenergi. Detta tillstånd uppstår när alla tre krafterna är lika starka. Därmed blir de olika aspekter av en enda kraft. Hawking menar att denna enhetliga kraft kan ha spelat en viktig roll i skapandet av vårt universum. 

Hur skedde Big Bang?

Forskarna är nästan helt överens om att big bang inträffade. Många forskare är dock oense om hur big bang inträffade. Det finns dock två framträdande teorier om hur big bang kan ha inträffat.

Den heta Big Bang-modellen

• Universum började med noll storlek och var oändligt varmt och tätt.
• Big bang ledde till expansion, vilket sedermera ledde till att universums temperatur sjönk. Anledningen till denna avkylning är att temperaturen nu sprids vidare.
• Under de första timmarna av denna expansion skapades de flesta av universums nuvarande element.
• De större kropparna i universum började rotera på grund av gravitationen, vilket skapade galaxer.
• Moln av väte- och heliumgaser började sedan kollapsa i dessa galaxer. Denna kollaps, i samband med en kollision av atomer, skapade kärnfusionsreaktioner. Dessa reaktioner var ursprunget till stjärnorna.
• När dessa stjärnor dog och kollapsade skapades enorma stjärnsprängningar som kastade ut fler grundämnen i universum. Dessa element bidrog till att skapa fler stjärnor och planeter.

Den inflationsdrivande modellen

• Energin i det tidiga universum var så hög att styrkan hos de tre krafter som nämns ovan var lika stor.
• Med universums expansion utvecklade dessa tre krafter olika styrka. Detta skedde snabbt.
• När krafterna delades upp i styrka frigjordes en enorm mängd energi.
• Energiframställningen skapade en antigravitationell effekt.
• Antigravitationseffekten ledde till att universum expanderade ännu snabbare.

Avslutande citat

"Om det verkligen finns en fullständig enhetlig teori som styr allting, så bestämmer den förmodligen också dina handlingar. Men den gör det på ett sätt som är omöjligt att beräkna för en organism som är så komplicerad som en människa. Anledningen till att vi säger att människor har en fri vilja är att vi inte kan förutsäga vad de kommer att göra."

- Stephen Hawking

Betyg

StoryShots Betyg: 4.4/5

En kort tidshistoria PDF, gratis ljudbok och animerad boksammanfattning

Detta var toppen av isberget. Om du vill gå in på detaljerna och stödja författaren kan du beställa bok eller köp ljudboken gratis på Amazon.

Kommentera nedan och låt andra veta vad du har lärt dig eller om du har några andra tankar.

Är du ny på StoryShots? Få ljud- och animerade versioner av den här sammanfattningen och hundratals andra bästsäljande fackböcker i vår gratis topprankad app. Apple, The Guardian, FN och Google har nämnt appen som en av världens bästa läs- och inlärningsappar.

Relaterade kostnadsfria boksammanfattningar

• Teorin om allting av Stephen Hawking
• Guds ekvation av Michio Kaku
• Historiens lärdomar av Ariel Durant och Will Durant
• Benjamin Franklins självbiografi av Benjamin Franklin
• Elon Musk av Ashlee Vance
• Sapiens av Yuval Noah Harari

• Spara