Astronomie

Existiert die ganze Zeit und wenn ja, wo ist sie?

Existiert die ganze Zeit und wenn ja, wo ist sie?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ich habe vor kurzem etwas über die Relativitätstheorie und die Zeit gelernt. Ich versuche es mehr zu verstehen.

Mein (grundsätzliches) Verständnis ist, dass es keinen Unterschied zwischen Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft gibt und dass alle Zeit bereits existiert.

Wenn dies wahr ist, was hindert uns daran, die Vergangenheit und die Zukunft zu sehen? Und/oder was bewirkt, dass wir nur die "Gegenwart" sehen können?


Ihre Frage ist schwer genau zu beantworten, weil sie die allgemein problematische Bewusstseinsfrage berührt. Aber die Antwort ist im Grunde folgende:

Die Relativitätstheorie beschreibt die Raumzeit als vierdimensionalen Raum, der als Ganzes existiert. Sie werden durch eine Weltlinie beschrieben, die alle Zustände enthält, die Sie von der Geburt bis zum Tod durchmachen. Es gibt viele Slices, die "Sie" zu unterschiedlichen Zeiten beschreiben. Was Sie sehen können, hängt davon ab, welche Informationen Ihre Sinneseindrücke (Ihre Sinne) erreicht haben und wie sie von Ihrem Gehirn verarbeitet werden. Das Gehirn erstellt ein Realitätsmodell basierend auf euren sensorischen Inputs, das in einem raumähnlichen Ausschnitt eurer Weltlinie in der Raumzeit gespeichert wird, die wir Gegenwart nennen. Dies ist, was "Sie" sehen können. Der Grund liegt also im Wesentlichen darin, wie das Gehirn die Daten verarbeitet, die es erhält.

Entlang deiner Weltlinie gibt es viele Versionen von dir in verschiedenen Altersstufen und jede Version fühlt ihre eigene Gegenwart und die Versionen mit mehr Zukunft haben auch Erinnerungen an die Vergangenheit (weil das Gehirn die vergangenen Sinneseindrücke speichert). Es gibt in der Relativitätstheorie keine einzelne "Gegenwartszeit", sondern nur die Raumzeit als Ganzes.

Aber man sollte nicht vergessen, dass die Relativitätstheorie noch immer nur ein sehr gut funktionierendes Modell ist. Auch innerhalb der Relativitätstheorie ist die Frage, ob die Raumzeit als Ganzes existiert oder ob es einen "gegenwärtigen Zustand" gibt, der sich in der Zeit entwickelt, eher philosophisch als wissenschaftlich, weil es keinen beobachtbaren Unterschied zwischen beiden gibt.


Zeit ist nicht ganz wie Raum.

Der erste Unterschied besteht darin, dass wir nicht aufhören können, uns in der Zeit zu bewegen.

In diesem Bild ist die Zeit auf der vertikalen Achse und der Raum ist horizontal. Sie haben eine Geschichte und eine Zukunft. Wenn Sie sich nicht bewegen, fahren Sie die vertikale Achse gerade nach oben. Selbst wenn Sie sich bewegen, können Sie dem Kegel nicht entkommen, der den Weg des Lichts in der Raumzeit zeigt.

Sie können Informationen von allem im vergangenen Lichtkegel empfangen, und Sie können Informationen an etwas im zukünftigen Lichtkegel senden. Punkte in der Raumzeit außerhalb des Kegels können niemals Informationen über dich geben oder erhalten.

Zweitens gibt es die Entropie: Die Entropie nimmt mit der Zeit zu. Dies gibt der Zeit eine Richtung. Dies hindert uns daran, uns an die Zukunft zu erinnern.


Fragen Sie Ethan: Wenn Masse die Raumzeit krümmt, wie entkrümmt sie sich dann wieder?

Die Raumzeitkrümmung um jedes massereiche Objekt wird durch die Kombination von Masse und bestimmt. [+] Abstand vom Massenmittelpunkt. Andere Bedenken wie Geschwindigkeit, Beschleunigung und andere Energiequellen müssen berücksichtigt werden.

Materie sagt dem Raum, wie er sich krümmen soll, und gekrümmter Raum sagt der Materie, wie sie sich bewegen soll. Das ist das Grundprinzip der Allgemeinen Relativitätstheorie von Einstein, die erstmals das Phänomen der Gravitation mit dem der Raumzeit und Relativität verband. Platzieren Sie eine Masse irgendwo im Universum, und der Raum um sie herum wird sich als Reaktion darauf krümmen. Aber wenn Sie diese Masse wegnehmen oder woanders hinbewegen, was bewirkt dann, dass die Raumzeit in ihre ungebogene Position "zurückschnappt"? Das ist die Frage Ask Ethan von Edgar Carpenter, der schreibt:

Uns wird beigebracht, dass Masse die Raumzeit verkrümmt, und die Krümmung der Raumzeit um die Masse erklärt die Gravitation – so dass beispielsweise ein Objekt in einer Umlaufbahn um die Erde tatsächlich gerade durch die gekrümmte Raumzeit geht. Ok, das macht Sinn, aber wenn sich Masse (wie die Erde) durch die Raumzeit bewegt und sie verbiegt, warum bleibt die Raumzeit dann nicht gebogen? Welcher Mechanismus entzerrt diesen Bereich der Raumzeit, wenn sich die Masse weiterbewegt?

Es gibt viel Interessantes an dieser Frage, und die Antwort ist eine, die Ihnen wirklich helfen kann, zu verstehen, wie die Schwerkraft tatsächlich funktioniert.

Die Krümmung des Weltraums, wie sie von den Planeten und der Sonne in unserem Sonnensystem hervorgerufen wird, muss berücksichtigt werden. [+] Berücksichtigen Sie alle Beobachtungen, die ein Raumfahrzeug oder ein anderes Observatorium machen würde. Die Auswirkungen der Allgemeinen Relativitätstheorie, selbst die subtilen, können nicht ignoriert werden.

NASA/JPL-Caltech, für die Cassini-Mission

Hunderte von Jahren vor Einstein stammte unsere beste Gravitationstheorie von Newton. Newtons Konzept des Universums war einfach, geradlinig und für viele philosophisch unbefriedigend. Er behauptete, dass zwei beliebige Massen im Universum, egal wo sie sich befinden oder wie weit sie voneinander entfernt sind, sich über eine gegenseitige Kraft, die als Gravitation bekannt ist, augenblicklich anziehen würden. Je massiver jede Masse war, desto größer war die Kraft, und je weiter sie entfernt waren (quadratisch), desto geringer die Kraft. Dies würde für alle Objekte im Universum gelten, und Newtons Gesetz der universellen Gravitation stimmte im Gegensatz zu allen anderen vorgestellten Alternativen genau mit den Beobachtungen überein.

Newtons Gesetz der universellen Gravitation wurde durch Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie ersetzt, aber . [+] stützte sich auf das Konzept einer augenblicklichen Wirkung (Kraft) auf Distanz.

Wikimedia-Commons-Benutzer Dennis Nilsson

Aber es führte eine Idee ein, die viele Spitzenintellektuelle der Zeit nicht akzeptieren konnten: das Konzept der Aktion auf Distanz. Wie konnten zwei Objekte, die sich ein halbes Universum entfernt befinden, plötzlich und augenblicklich eine Kraft aufeinander ausüben? Wie konnten sie aus so großer Entfernung interagieren, ohne dass irgendetwas dazwischenkam, um sie zu vermitteln? Descartes konnte es nicht akzeptieren und formulierte stattdessen eine Alternative, bei der es ein Medium gab, durch das die Schwerkraft reiste. Der Raum sei mit einer Art von Materie gefüllt, argumentierte er, und wenn sich eine Masse durch ihn hindurchbewegte, verdrängte sie diese Materie und erzeugte Wirbel: eine frühe Version des Äthers. Dies war die früheste in einer langen Reihe von sogenannten mechanischen (oder kinetischen) Gravitationstheorien.

In Descartes' Vision der Schwerkraft gab es einen von Äther durchdringenden Raum und nur die Verschiebung von . [+] Materie könnte die Gravitation erklären. Dies führte nicht zu einer genauen Formulierung der Schwerkraft, die mit den Beobachtungen übereinstimmte.

René Descartes: Prinzipien der Philosophie, Teil 3

Die Auffassung von Descartes war natürlich falsch. Die Übereinstimmung mit dem Experiment bestimmt die Nützlichkeit einer physikalischen Theorie, nicht unsere Veranlagung zu bestimmten ästhetischen Kriterien. Als die Allgemeine Relativitätstheorie aufkam, veränderte sie das Bild, das Newtons Gesetze für uns gezeichnet hatten, auf grundlegende Weise. Beispielsweise:

  • Raum und Zeit waren nicht absolut und überall gleich, sondern standen in Beziehung zueinander und verhielten sich für Beobachter, die sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und an verschiedenen Orten bewegten, unterschiedlich.
  • Die Gravitation ist nicht augenblicklich, sondern bewegt sich nur mit einer Grenzgeschwindigkeit: der Gravitationsgeschwindigkeit, die der Lichtgeschwindigkeit entsprechen sollte.
  • Und diese Gravitation wird nicht direkt durch Masse und Position bestimmt, sondern durch die Krümmung des Raums, die selbst durch die gesamte Materie und Energie im gesamten Universum bestimmt wird.

Fernwirkung war hier, um zu bleiben, aber Newtons „Kraft mit unendlicher Reichweite durch den statischen Raum“ wurde durch die Krümmung der Raumzeit ersetzt.

Die Krümmung des Raumes bedeutet, dass Uhren, die tiefer in eine Gravitationsquelle stecken – und damit in . [+] stärker gekrümmter Raum -- läuft mit einer anderen Geschwindigkeit als in einem flacheren, weniger gekrümmten Teil des Raums.

Wenn die Sonne einfach verschwinden und aus dem Universum verschwinden würde, würden wir es für einige Zeit nicht wissen. Die Erde würde nicht sofort in einer geraden Linie davonfliegen, sie umkreist die Position der Sonne weitere 8 Minuten und 20 Sekunden lang. Nicht die Masse bestimmt die Gravitation, sondern die Krümmung des Raumes, die durch die Summe aller Materie und Energie darin bestimmt wird.

Wenn Sie die Sonne wegnehmen würden, würde der Raum von gekrümmt zu flach werden, aber diese Transformation erfolgt nicht sofort. Da die Raumzeit ein Gewebe ist, müsste dieser Übergang in einer Art „Schnappbewegung“ erfolgen, die sehr große Wellen – d. h. Gravitationswellen – durch das Universum senden und sich wie Wellen in einem Teich nach außen ausbreiten würde.

Ob durch ein Medium oder im Vakuum, jede sich ausbreitende Welligkeit hat eine Ausbreitungsgeschwindigkeit. Bei Nr. [+] Fällen ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit unendlich, und theoretisch sollte die Geschwindigkeit, mit der sich Gravitationswellen ausbreiten, der maximalen Geschwindigkeit im Universum entsprechen: der Lichtgeschwindigkeit.

Sergiu Bacioiu aus Rumänien

Die Geschwindigkeit dieser Wellen wird auf die gleiche Weise bestimmt, wie die Geschwindigkeit von allem in der Relativitätstheorie bestimmt wird: durch ihre Energie und ihre Masse. Da Gravitationswellen masselos sind, aber eine endliche Energie haben, müssen sie sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Was bedeutet, wenn man darüber nachdenkt, dass die Erde nicht direkt von der Position der Sonne im Weltraum angezogen wird, sondern von der Position der Sonne vor etwas mehr als 8 Minuten.

Gravitationsstrahlung wird immer dann emittiert, wenn eine Masse eine andere umkreist, also über lange Zeit. [+] genug Zeitskalen, Orbits werden zerfallen. Eines Tages in der Zukunft wird sich die Erde in das, was von der Sonne noch übrig ist, spiralförmig drehen, vorausgesetzt, nichts anderes hat sie zuvor ausgestoßen. Die Erde wird von dem Ort angezogen, an dem die Sonne vor ungefähr 8 Minuten stand, nicht von dem, wo sie sich gerade befindet.

Amerikanische Physikalische Gesellschaft

Dies ist seltsam und möglicherweise ein Problem, da das Sonnensystem so gut erforscht ist. Wenn die Erde vom Sonnenstand angezogen würde

Vor 8 Minuten stimmten die Bahnen der Planeten mit den Newtonschen Gesetzen nicht mit den Beobachtungen überein. Die Allgemeine Relativitätstheorie unterscheidet sich jedoch noch auf andere Weise. Sie müssen auch die Geschwindigkeit des umkreisenden Planeten berücksichtigen, wenn er sich um die Sonne bewegt.

Die Erde zum Beispiel, da sie sich auch bewegt, „reitet“ über die Wellen, die durch den Weltraum reisen, und kommt an einer anderen Stelle herunter, als sie angehoben wurde. Es gibt zwei neue Effekte in der Allgemeinen Relativitätstheorie, die diese Theorie sehr von der Newtons unterscheiden: Die Geschwindigkeit jedes Objekts beeinflusst, wie es Schwerkraft erfährt, und ebenso die Änderungen, die in Gravitationsfeldern auftreten.

Das Gefüge der Raumzeit, dargestellt, mit Wellen und Verformungen aufgrund der Masse. Das Raumgefüge. [+] natürlich Kurven, aber wenn sich Massen durch ein sich änderndes Gravitationsfeld bewegen, passieren viele interessante Dinge.

Wenn Sie die Krümmung der Raumzeit an einem beliebigen Punkt im Raum berechnen möchten, können Sie dies mit der Allgemeinen Relativitätstheorie tun, aber Sie müssen ein paar Dinge wissen. Sie müssen die Orte, Größen und Verteilungen aller Massen im Universum kennen, genau wie Newton es verlangt hat. Sie benötigen aber auch Informationen über:

  • wie sich diese Massen bewegen und wie sie sich im Laufe der Zeit bewegt haben,
  • wie alle anderen (Nicht-Massen-)Energieformen verteilt sind,
  • wie sich das Objekt, von dem aus Sie beobachten/messen, in einem sich ändernden Gravitationsfeld bewegt,
  • und wie sich die räumliche Krümmung im Laufe der Zeit ändert.

Nur mit diesen zusätzlichen Informationen können Sie berechnen, wie der Raum an einem bestimmten Ort in Raum und Zeit für Sie gekrümmt ist.

Es sind nicht nur die Orte und Größen der Massen, die bestimmen, wie Gravitation und Raumzeit funktionieren. [+] entwickelt sich, sondern wie sich diese Massen relativ zueinander bewegen und im Laufe der Zeit durch ein sich änderndes Gravitationsfeld beschleunigen.

David Champion, Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Dieses Biegen und Abbiegen muss jedoch seinen Preis haben. Sie können nicht einfach eine sich beschleunigende Erde durch das sich ändernde Gravitationsfeld der Sonne bewegen und keine Konsequenzen haben. Tatsächlich ist es da, obwohl es klein ist, und es kann getestet werden. Anders als in Newtons Theorie, wo die Erde beim Umlaufen der Sonne eine geschlossene Ellipse verfolgen sollte, sagt die Allgemeine Relativitätstheorie voraus, dass diese Ellipse im Laufe der Zeit präzedieren und dass die Umlaufbahn sehr langsam abklingen sollte. Es könnte viel länger dauern als das Alter des Universums, um dies zu tun, aber es wäre nicht beliebig stabil.

Bevor wir Gravitationswellen gemessen haben, war dies tatsächlich die primäre Methode zur Messung der Gravitationsgeschwindigkeit. Wohlgemerkt nicht für die Erde, sondern für ein extremes System, bei dem die Bahnänderungen leicht beobachtet werden können: für ein System mit enger Umlaufbahn, das mindestens einen Neutronenstern enthält.

Die größten Effekte zeigen sich bei einem massiven Objekt, das sich mit einer sich schnell ändernden Geschwindigkeit durch ein starkes, sich änderndes Gravitationsfeld bewegt. Das gibt uns ein binärer Neutronenstern! Wenn einer oder beide dieser Neutronensterne umkreisen, pulsieren sie, und die Pulse sind für uns hier auf der Erde jedes Mal sichtbar, wenn der Pol eines Neutronensterns durch unsere Sichtlinie geht. Die Vorhersagen von Einsteins Gravitationstheorie sind unglaublich empfindlich gegenüber der Ausbreitungsgeschwindigkeit, so sehr, dass wir sogar vom allerersten in den 1980er Jahren entdeckten binären Pulsarsystem PSR 1913+16 (oder dem Hulse-Taylor-Binärsystem) Gravitationsgeschwindigkeit gleich der Lichtgeschwindigkeit mit einem Messfehler von nur 0,2%!

Die Geschwindigkeit des Orbitalzerfalls eines binären Pulsars hängt stark von der Schwerkraft und der Geschwindigkeit ab. [+] Bahnparameter des Binärsystems. Wir haben binäre Pulsardaten verwendet, um die Gravitationsgeschwindigkeit mit einer Genauigkeit von 99,8% auf die Lichtgeschwindigkeit zu beschränken.

NASA (L), Max-Planck-Institut für Radioastronomie / Michael Kramer (R)

Allein von diesen binären Pulsaren haben wir gelernt, dass die Gravitationsgeschwindigkeit zwischen 2,993 × 10⁸ und 3,003 × 10⁸ Meter pro Sekunde liegen muss. Wir können die Allgemeine Relativitätstheorie bestätigen und die Newtonsche Gravitation und viele andere Alternativen ausschließen. Aber es ist kein Mechanismus erforderlich, um zu erklären, warum der Raum nicht gekrümmt ist, als es einmal Masse gab und jetzt nicht die Allgemeine Relativitätstheorie selbst ist die Erklärung. Eine Masse, die durch ein sich änderndes Gravitationsfeld beschleunigt wird, strahlt Energie ab, und diese abgestrahlte Energie ist ein Kräuseln durch das Raumgefüge, bekannt als Gravitationswellen. Ohne Materie oder Energie gibt es nichts mehr, um die Krümmung zum Raum aufrechtzuerhalten. Die Rückkehr zu seinem ungekrümmten Gleichgewichtszustand geschieht auf natürliche Weise und führt einfach zu Gravitationsstrahlung. Es bedarf keiner weiteren Erklärung. Allgemeine Relativitätstheorie löst alles.


Existiert die ganze Zeit und wenn ja, wo ist sie? - Astronomie

Albert Einstein und das Gefüge der Zeit

So überraschend es für die meisten Nichtwissenschaftler und sogar für einige Wissenschaftler sein mag, Albert Einstein kam in seinen späteren Jahren zu dem Schluss, dass Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft alle gleichzeitig existieren. Im Jahr 1952 schreibt Einstein in seinem Buch Relativität in der Diskussion von Minkowskis Weltraum-Welt-Interpretation seiner Relativitätstheorie:

Da es in dieser vierdimensionalen Struktur [Raumzeit] keine Abschnitte mehr gibt, die objektiv das "Jetzt" repräsentieren, sind die Konzepte des Geschehens und Werdens zwar nicht vollständig aufgehoben, aber dennoch kompliziert. Es erscheint daher natürlicher, sich die physische Realität als eine vierdimensionale Existenz vorzustellen, anstatt wie bisher die Entwicklung einer dreidimensionalen Existenz.

Einsteins Glaube an eine ungeteilte feste Realität war ihm so klar, dass er die Trennung, die wir als Moment des Jetzt erleben, komplett ablehnte. Er glaubte, dass es keine echte Trennung zwischen Vergangenheit und Zukunft gibt, sondern eher eine einzige Existenz. Sein anschaulichstes Zeugnis für diesen Glauben kam, als sein lebenslanger Freund Besso starb. Einstein schrieb einen Brief an Bessos Familie, in dem er sagte, dass, obwohl Besso ihm im Tod vorausgegangen war, dies ohne Bedeutung war. ". für uns Physiker ist die Trennung zwischen Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft nur eine Illusion, wenn auch eine überzeugende."

Fast jeder weiß, dass Einstein bewiesen hat, dass Zeit relativ und nicht absolut ist, wie Newton behauptete. Mit der richtigen Technik, wie einem sehr schnellen Raumschiff, kann eine Person mehrere Tage erleben, während eine andere Person gleichzeitig nur wenige Stunden oder Minuten erlebt. Dieselben zwei Personen können sich wieder treffen, der eine hat Tage oder sogar Jahre erlebt, der andere nur Minuten. Die Person im Raumschiff braucht nur annähernd Lichtgeschwindigkeit zu reisen. Je schneller sie reisen, desto langsamer vergeht ihre Zeit im Vergleich zu jemandem, der fest auf der Erde gepflanzt ist. Wenn sie mit Lichtgeschwindigkeit reisen könnten, würde ihre Zeit vollständig versiegen und sie würden nur noch in der Zeitlosigkeit gefangen existieren. Einstein konnte kaum glauben, dass es Physiker gab, die nicht an Zeitlosigkeit glaubten, und doch hatte die Weisheit von Einsteins Überzeugungen nur sehr wenig Einfluss auf die Kosmologie oder die Wissenschaft im Allgemeinen. Die Mehrheit der Physiker hat die gewöhnlichen Annahmen, die wir über die Zeit machen, nur langsam aufgegeben.

Die beiden anerkanntesten Physiker seit Einstein kamen zu ähnlichen Schlussfolgerungen und machten sogar dramatische Fortschritte in Richtung einer zeitlosen Perspektive des Universums, aber sie waren auch nicht in der Lage, die im Mainstream der Physik und der Gesellschaft verwurzelte Zeitmentalität zu ändern. Einstein wurde in der Geschichte von dem farbenfrohen und brillanten Richard Feynman gefolgt. Feynman entwickelte die effektivste und erklärendste Interpretation der Quantenmechanik, die bisher entwickelt wurde, heute bekannt als Summe über Historien.

So wie Einsteins eigene Relativitätstheorie Einstein dazu veranlasste, die Zeit abzulehnen, führte Feynmans Sum-over-Histories-Theorie ihn dazu, die Zeit einfach als eine Richtung im Raum zu beschreiben. Feynmans Theorie besagt, dass die Wahrscheinlichkeit eines Ereignisses bestimmt wird, indem alle möglichen Geschichten dieses Ereignisses zusammengezählt werden. Zum Beispiel stellen wir uns für ein Teilchen, das sich von Punkt A nach B bewegt, vor, dass das Teilchen jede mögliche Bahn, gekrümmte Bahnen, oszillierende Bahnen, verschnörkelte Bahnen, sogar rückwärts in der Zeit und vorwärts in Zeitbahnen, zurücklegt. Jeder Pfad hat eine Amplitude, und wenn sie summiert werden, addieren sich die allermeisten dieser Amplituden zu Null, und es bleiben nur die vergleichsweise wenigen Geschichten übrig, die sich an die Gesetze und Kräfte der Natur halten. Die Summe über die Geschichte zeigt an, dass die Richtung unserer gewöhnlichen Uhrzeit einfach ein Weg im Raum ist, der wahrscheinlicher ist als die exotischeren Richtungen, die die Zeit sonst genommen hätte.

Andere Welten sind nur andere Richtungen im Raum, einige weniger wahrscheinlich, andere genauso wahrscheinlich wie die eine Richtung, die wir erfahren. Und manchmal repräsentiert unsere Welt den unwahrscheinlichen Weg. Feynmans Zusammenfassung aller möglichen Geschichten könnte als die erste zeitlose Beschreibung einer Vielzahl von Raum-Zeit-Welten bezeichnet werden, die alle gleichzeitig existieren. In einem kürzlich erschienenen Artikel mit dem Titel Cosmology From the Top Down schreibt Professor Stephen Hawking aus Cambridge „Manche Leute machen das Multiuniversum oder die Viele-Welten-Interpretation der Quantentheorie zu einem großen Mysterium, aber für mich sind dies nur unterschiedliche Ausdrücke des Feynman-Pfadintegrals.“

Was in der modernen Physik noch nicht ganz geklärt ist, ist die richtige Kombination der Quantentheorie mit Einsteins Relativitätstheorie. Es scheint offensichtlich, dass Zeit eine reine Richtung im Raum ist, aber wie erklären wir dann die Unsicherheit der Quantenmechanik? Warum scheint Gott mit der Welt zu würfeln? Die beiden Theorien, die alle durch ihre Nützlichkeit bewiesen wurden, erzählen natürlich die gleiche Geschichte über dieses eine Universum, aber wir haben nur noch nicht gelernt, die Geschichte richtig zu hören. Die beste moderne Theorie ist wahrscheinlich die Vorschlag ohne Grenzen, auf dem vierten Platz von Stephen Hawking und Jim Hartle. Diese Theorie führt einen zweiten Zeitbezug ein, der falsch benannt wurde Imaginäre Zeit. Hawking schreibt über den Vorschlag ohne Grenzen, „Das Universum wäre vollständig in sich geschlossen und würde von nichts außerhalb seiner selbst beeinflusst. Es würde weder erschaffen noch zerstört werden. Es wäre einfach SEIN."

In meinem Buch Alles für immer, und hier auf meiner Website erkläre ich, wie vierdimensionale Raumrichtungen durch eine Reihe unabhängiger dreidimensionaler blockartiger Räume wandern, die wir in der Wissenschaft Zustände nennen, die man sich aber auch einfach als Muster vorstellen kann. Hawking hat bereits vorgeschlagen, dass die imaginäre Zeit im rechten Winkel zur gewöhnlichen Zeit zu finden ist. Ich erkläre weiter, dass es auf objektive Weise möglich ist, das Universum wie ein Buch oder einen Film zu verstehen. Jeder Moment ist ein separates Universum, genau wie jedes Bild eines Films oder eine Seite eines Buches separat ist. Doch diese getrennten Zustände bilden gleichzeitig das größere Ganze des Films oder des Buches. Wenn man jeden Moment als einen ständig existierenden Ort sieht, wird deutlich, warum sich Teilchen dann als Quantenwelle und nicht linear von Punkt a zu Punkt b bewegen. Dies wird an anderer Stelle besser erklärt, aber wenn jeder Moment der gewöhnlichen Zeit ein fester, statischer "Block des Jetzt" oder ein Raumfeld ist, dann ist die Zeit in jedem neuen Moment ein deutlich anderes Universum. Was wir Zeit nennen, ist eine räumliche Richtung, die sich durch viele statische dreidimensionale Universen bewegt.

In einem solchen Modell entsteht das, was wir Zeit nennen, rein aus dem Raum. Besondere Richtungen im Weltraum reisen durch jeden statischen dreidimensionalen Raum und erzeugen darin einen neuen Raum jenseits der drei Dimensionen, den wir Zeit nennen. Die interessante Qualität, die dadurch entsteht, ist, wie die Bewohner dieser vierten Dimension des Weltraums einen linearen Weg von der Vergangenheit in die Zukunft zurücklegen, aber die Umgebung jedes Weges verschiebt sich von einem Muster zum nächsten. Dadurch werden Teilchen von einer Position im vierdimensionalen Raum zur nächsten geschickt, ohne sich linear zu bewegen. Dadurch erlebt jeder einzelne Beobachter in der vierten Dimension eine kontinuierliche lineare Zeit, obwohl sich alles in seiner unmittelbaren Umgebung sequentiell von Ort zu Ort bewegt. Daher wird jede zeitliche Umgebung des vierdimensionalen Raums relativ zu jedem unabhängigen Beobachter konstruiert.

Man kann sich vorstellen, reibungslos einen direkten und miteinander verbundenen Weg durch die Zeit zu gehen, aber wenn man sich in seiner Umgebung umschaut, sieht man, dass alle anderen Zeitrichtungen gebrochen sind, wodurch Partikel scheinbar sequentiell von einem Ort zum anderen springen. Paradoxerweise betrachtet jeder seinen eigenen Weg und seine eigene Zeiterfahrung als linear, während alles andere um ihn herum sequentiell ist. Tatsächlich finden wir, wenn wir die Zeit als Richtung durch viele 3D-Räume erforschen, Qualitäten der Krümmung, Zeitdilatation und räumlichen Kontraktion, genau wie die Relativität diese Qualitäten innerhalb unserer eigenen Raumzeit beschreibt.

Ich habe ein Zitat von Einstein gefunden, das mehr oder weniger ein kontemplativer mentaler Gedanke über den Begriff der unendlichen Räume ist, der sich nicht direkt auf meinen eigenen Ansatz bezieht, eine Form für alle möglichen Räume zu beschreiben, aber es öffnet sich zumindest das Thema einer unendlichen Anzahl von Räumen für Spekulationen. Und es zeigt auch die aufgeschlossene Natur von Einsteins Gedanken über den leeren Raum, die manche für verschlossen hielten.

Befindet sich eine kleinere Box s, Relativitätstheorie in Ruhe, im Hohlraum einer größeren Box S, dann ist der Hohlraum von s ein Teil des Hohlraums von S, und derselbe "Raum", der beide enthält, gehört zu jeder der Boxen. Wenn s in Bezug auf S in Bewegung ist, ist das Konzept jedoch weniger einfach. Man neigt dann zu der Annahme, dass s immer den gleichen Raum, aber einen variablen Teil des Raums S einschließt. Es wird dann notwendig, jedem Kasten seinen besonderen, nicht begrenzt gedachten Raum zuzuordnen und anzunehmen, dass diese beiden Räume in . sind Bewegung zueinander.

Bevor man sich dieser Komplikation bewusst wird, erscheint der Raum als grenzenloses Medium oder Behälter, in dem materielle Objekte umherschwimmen. Aber man darf nicht vergessen, dass es unendlich viele Räume gibt, die gegeneinander in Bewegung sind.

Der Begriff des Raumes als etwas, das objektiv und unabhängig von den Dingen existiert, gehört dem vorwissenschaftlichen Denken an, nicht aber die Vorstellung von der Existenz unendlich vieler relativ zueinander in Bewegung befindlicher Räume. Diese letztere Idee ist zwar unvermeidlich, hat aber selbst im wissenschaftlichen Denken bei weitem keine nennenswerte Rolle gespielt.

Ich kann bezeugen, dass Einsteins hier enthüllte Spekulationen über unendliche Räume in Bewegung uns zumindest in die richtige Richtung führen, indem sie suggerieren, dass der Raum einen unsichtbaren und möglicherweise unendlichen Inhalt haben könnte. Ähnliche Ideen wurden von David Bohm eingeführt, der behauptete, dass es in der Natur zwei Arten von Ordnung gibt, die er als explizite Ordnung und implizite Ordnung bezeichnete. Implizite Ordnung war für Bohm eine Möglichkeit zu erkennen, wie die Quantenmechanik eine verborgene Ordnung aufdeckt, in der unsere Welt von allen möglichen Zuständen beeinflusst wird. Diese Reihenfolge ist jedoch viel sichtbarer, als Bohm jemals realisiert hat, wie in Teil zwei erläutert.

Leider begannen Wissenschaftler erst nach Einsteins Tod, die Viele-Welten-Theorie in der Wissenschaft in Betracht zu ziehen. Man kann mit Sicherheit sagen, dass wir uns zu Einsteins Zeiten noch an die Idee des Urknalls gewöhnen, uns an das immer sichtbarere riesige Meer anderer Galaxien und die Möglichkeit von außerirdischem Leben auf anderen Planeten anpassen. Das Universum und die Realität wurden noch immer in erster Linie als rein fest und materiell betrachtet. Die Quantentheorie, die schließlich zur Theorie vieler Welten führte, hatte den Test der Zeit noch nicht vollständig bestanden. Einstein wies seine Implikationen sogar zurück und sagte: "Gott würfelt nicht mit der Welt", obwohl er selbst feststellte, dass das Universum mehr ist als ein einziger sich entwickelnder Moment.

In meinen Erforschungen der Zeitlosigkeit enthülle ich, dass der gewöhnliche Raum nicht nur voller anderer leerer Räume ist, sondern der leere Raum tatsächlich die Gesamtheit aller physikalischen Realitäten aller Universen der Viele-Welten-Theorie ist. So tief es auch sein mag, wenn die Theorien, die ich vorschlage, richtig sind, ist der Raum eher voll als leer. Materielle Dinge sind weniger als die Fülle des Raumes. Tatsächlich kann es sein, dass der Raum alle Möglichkeiten umfassen muss, um uns leer zu erscheinen. Zusammenfassend ist das Universum, das wir sehen, nur ein Fragment, das in einem zeitlosen (alles) Ganzen verschachtelt ist, und nicht eine einzelne materielle Welt, die auf magische Weise über einem ursprünglichen Nichts entstanden ist. Alle Universen existieren ohne Anfang oder Ende in der ultimativen Arena der Zeit, und jeder Moment, den wir erleben, existiert für immer.

Erfahren Sie mehr über Zeitlosigkeit unter:

Teil I Der Beginn der Zeitlosigkeit

Ch1-Zeit ist imaginär
Ch2 Warum das Universum zeitlos existiert
Ch3 Die großen kosmischen Grenzen
Kapitel 4 Das Reich aller Möglichkeiten beschreiben
Ch5 gefangen zwischen zwei Arten von Ordnung

Teil II Die herrschende Dynamik

Ch6 Natürliche Ordnung
Ch7 Gefaltete Symmetrie
Ch8 Schöne Vielfalt
Ch9 Etwas aus dem Nichts?

Teil III Die Verständlichkeit für alle

Ch10 Unendlichkeit bedeutet was?
10.1 Eine Verzweigung aus vielen Welten
10.2 Das Multiversum
10.3 Viele Reiche
10.4 Absolutes Chaos
10.5 Perfektion
Ch11 Zeit ist eine Richtung im Raum

Teil IV Der große kosmische Attraktor

Ch12 Die Form aller denkbaren Dinge
Ch13 Alles bewegt sich in Richtung Balance
Ch14-Gleichgewicht
Ch15 Konvergenz
Ch16 Die große Blüte

Teil V Der zweite Hauptsatz ist zu einfach

Ch17 Weg vom Auftrag zum Auftrag
Ch18 Mehrere Zeitpfeile
Ch19 Eine Frage des Weltraums
Ch20 von Anfang an eingebaut

Teil VI Kosmische Psyche

Ch21 Gottes Mathe
Ch22 Proto und Elea
Ch23 Unsere grundlegenden Naturen
Ch24 Kosmische Liebhaber

Teil VII Geisteswissenschaft

Ch25 Bewusst werden
Ch26 Die Weiße Welt
Ch27 Gott, Unendlichkeit und Natur als Einheit


Existiert die ganze Zeit und wenn ja, wo ist sie? - Astronomie

Im Rahmen unserer Suche nach Leben jenseits der Erde versuchen wir zu verstehen, wie das Leben auf der Erde begann, also die Ursprünge des Lebens auf der Erde, um herauszufinden, wie Leben auf einem anderen Planeten oder Mond entstehen könnte. Es stellt sich auch die Frage, wie die Zukunft des Lebens auf der Erde und im Universum aussehen wird. Ob Sie jedoch nach dem jetzt existierenden Leben suchen oder danach, wie das Leben begann oder wie die Umwelt das Leben in ferner Zukunft beeinflussen wird, Sie müssen wissen, was Leben ist. Leider haben wir keine allgemein anerkannte Definition des Lebens. Zwei sich ergänzende Ansätze versuchen zu beantworten, was in den Ursprüngen der Lebensforschung lebendig und nicht lebendig ist: die "von oben nach unten" und "Prost" nähert sich. Das Top-Down-Ansatz untersucht alle Arten von lebenden und fossilen Lebensformen, um die primitivsten Formen herauszufinden, die am Leben sind oder waren. Leider sind alle uns bekannten Lebensformen bereits sehr ausgefeilt. Es gibt eine große Lücke zwischen den uns bekannten Lebensformen (entweder gegenwärtig oder versteinert) und dem nie lebenden Material und den Reaktionen. Das Bottom-up-Ansatz verwendet Laborexperimente, um die entstehenden chemischen Prozesse der Umgebungen der alten Erde oder der aktuellen Bedingungen auf einem anderen Planeten (z. B. Mars) oder Mond (z. B. Europa oder Titan) nachzuahmen, um ein sich selbst reproduzierendes chemisches System zu schaffen. Aber es gibt immer noch Debatten darüber, welches sich selbst reproduzierende System als wirklich lebendig angesehen werden könnte.

Wir sind auf eine Stichprobengröße von eins &ndashthe Earth&mdashin beschränkt, um herauszufinden, was Leben ist. Alle Lebensformen auf der Erde teilen viele gemeinsame Prozesse und Merkmale und scheinen sich daher aus einem gemeinsamen Vorfahren entwickelt zu haben. Zu diesen gemeinsamen Prozessen und Merkmalen gehören solche Dinge wie: (a) Alles Leben auf der Erde verwendet die "linkshändige" Version von Aminosäuren, um die Proteine ​​​​zu bauen, die es für die Durchführung der Lebensprozesse benötigt (siehe "Chiralität" in einer Suchmaschine für weitere Informationen). dies) (b) alle lebenden Zellen verwenden Adenosintriphosphat (ATP) zur Speicherung und Freisetzung von Energie und (c) der genetische Code wird von fast allen Zellen beim Lesen der in der Desoxyribonukleinsäure (DNA) gespeicherten Informationen zum Aufbau der Proteine ​​verwendet. Diese Gemeinsamkeiten aller Lebewesen auf der Erde stellen uns vor eine Herausforderung bei der Suche nach Leben ohne irdische Voreingenommenheit.

Organisation. Alle Lebewesen sind auf molekularer, zellulärer, Gewebe-, Organ-, System- und individueller Ebene organisiert und strukturiert. Organisation existiert auch auf Ebenen jenseits des Individuums, wie Populationen, Gemeinschaften und Ökosystemen. Mögliche Gegenbeispiele könnten Bergkristalle, Maschinen und Elektronik sein. Es ist jedoch eine schöne Eigenschaft, da es in kurzer Zeit sichtbar ist und auch mit früheren Leben verwendet werden kann.

Wartung/Stoffwechsel. Um die Entropie (die Tendenz eines Systems, unorganisierter und weniger komplex zu werden) zu überwinden, verbrauchen Lebewesen Energie zur Aufrechterhaltung Homöostase (d.h. ihre Gleichheit in einer konstanten, strukturierten internen Umgebung beibehalten). Stoffwechsel ist ein Sammelbegriff für die chemischen und physikalischen Reaktionen, die zum Leben führen. Obwohl auch nicht lebende Dinge wie Elektro- oder Gasgeräte Energie verbrauchen, ist diese Eigenschaft in kurzer Zeit leicht zu beobachten und die Reaktionen könnten Rückstände oder Veränderungen in der Umgebung hinterlassen, die uns von früheren Leben erzählen.

Wachstum. Lebewesen wachsen. Größe und Form eines Individuums werden durch seine genetische Ausstattung und durch die Umwelt bestimmt. Die Punkte 2 und 3 hängen zusammen. Das Leben wächst, indem es immer mehr Ordnung schafft. Da die Entropie verringert wird (die Menge an Struktur und Komplexität wird erhöht), erfordert das Leben einen Energieeintrag. Das Leben gewinnt lokale Struktur auf Kosten einer scheinbar chaotischen Umgebung im Großen. Mögliche Gegenbeispiele könnten Feuer und Kristalle sein. Die Suche nach Wachstum in Lebewesen kann schwierig sein, wenn die Lebensform langsam wächst oder aufgehört hat zu wachsen und diese Eigenschaft nicht auf frühere Leben angewendet werden kann.

Reaktion auf Reize. Lebewesen reagieren auf Informationen, die von außen oder von innen kommen. Gegenbeispiele sind Flüsse, Wolkenbildung oder Thermostate. Während es möglich ist, Antworten auf einer kurzen Zeitskala zu sehen, müssten wir im Voraus wissen, was die jeweilige Antwort ist, um danach zu suchen, und dieses Merkmal wäre nicht hilfreich, um nach früheren Leben zu suchen.

Reproduktion. Individuen reproduzieren sich selbst. Das Leben reproduziert sich auch auf subzellulärer und zellulärer Ebene. In einigen Fällen wird die genetische Information verändert. Diese Mutationen und genetischen Rekombinationen führen zu Variationen in einer Art. Einige mögliche Gegenbeispiele sind einige Arten von Robotern oder Computercodes oder bestimmte Lebewesen wie Maultiere, die die sterilen Nachkommen eines begatteten weiblichen Pferdes und eines männlichen Esels sind. „Dazwischen“ lösen Fälle wie Viren und Prionen unter Biologen Debatten darüber aus, ob sie wirklich leben. Viren können sich nur vermehren, indem sie andere Lebensformen befallen. Prionen sind infektiöse Proteine, die Kopien von sich selbst herstellen, indem sie vorhandene, richtig gebildete Proteine ​​dazu veranlassen, sich in die Prionenform zu ändern, anstatt sich tatsächlich selbst zu replizieren (Beispiele umfassen die "Mad Cow Disease" BSE und CJD beim Menschen). Der Akt der Fortpflanzung in wahrhaft lebenden Dingen ist zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht immer bequem zu beobachten und wird sicherlich nicht für frühere Leben funktionieren.

Variation. Lebewesen sind aufgrund von Mutationen und genetischen Rekombinationen vielfältig. Variationen können das Aussehen oder die chemische Zusammensetzung einer Person beeinflussen und viele genetische Variationen werden von einer Generation zur nächsten weitergegeben (Vererbung). Die Suche nach Vererbung erfordert jedoch eine ganze Reihe von Organismen und möglicherweise lange Zeit, um zu sehen, welche Eigenschaft weitergegeben wird vs. zufälliger Zufall, und die vererbte Eigenschaft ist möglicherweise nicht ohne weiteres sichtbar.

Anpassung. Lebewesen passen sich an Veränderungen in ihrer Umgebung an. Die Punkte 5, 6 und 7 hängen zusammen. Das Leben reproduziert – komplexe Strukturen reproduzieren sich selbst. Das Leben verändert sich als Reaktion auf die natürliche Selektion auf makroskopischer Ebene und auf Veränderungen der DNA auf der mikroskopischen Ebene. Auf der positiven Seite ist es möglich, dieses Merkmal bei der Untersuchung vergangener Leben zu verwenden, aber auf der negativen Seite würde es eine lange Beobachtungszeit dauern, um nach Anpassung und Evolution durch natürliche Auslese zu suchen.

Evolution durch natürliche Auslese

  • Beobachtung Nr. 1: Es gibt Unterschiede zwischen den Individuen einer Art (Punkt 6 oben).
  • Beobachtung #2: Einige dieser Variationen sind vererbbar. Darwin verstand nicht, wie Vererbung funktionierte. Die Idee der Vererbung durch Gene wurde in den 1860er Jahren von dem österreichischen Mönch Gregor Mendel entwickelt, aber erst in den 1940er Jahren wurden natürliche Selektion und Mendelsche Genetik zu der modernen Evolutionstheorie kombiniert, die die heutige Wissenschaft der Biologie leitet.
  • Beobachtung Nr. 3: Im Allgemeinen werden mehr Nachkommen von überlebenden Arten produziert.
  • Schlussfolgerung Nr. 1: Aufgrund von Beobachtung Nr. 3 gibt es einen Wettbewerb zwischen Individuen um Ressourcen, die ihnen zum Wachsen, Überleben und Reproduzieren zur Verfügung stehen.
  • Schlussfolgerung #2: Einige Varianten werden erfolgreicher sein als andere, wenn es darum geht, Einzelpersonen zu ermöglichen, diese Ressourcen in einer bestimmten Umgebung zu nutzen. Diese erfolgreicheren Individuen werden mit größerer Wahrscheinlichkeit überleben und sich vermehren und mehr Nachkommen hinterlassen, die diese erfolgreichen Anpassungen an diese Umgebung teilen. Sie werden von der Umgebung ausgewählt.
  • Fazit #3: Im Laufe der Zeit wird die natürliche Selektion bei den vererbbaren Merkmalen (die wir heute über Gene kennen) Arten dazu veranlassen, Anpassungen zu entwickeln, die für das Überleben und die Reproduktion in der gegebenen Umgebung besonders gut geeignet sind.

Die Evolutionstheorie liefert eine sehr plausible Erklärung für das, was wir im Fossilienbestand sehen, wie sich Organismen über lange Zeiträume verändert haben, und die Abfolge dieser Veränderungen, für das, was wir über die Entwicklungs- und Strukturüberreste vergangener Vorfahren im Leben sehen Arten und für das, was wir in der geografischen Verteilung von Pflanzen und Tieren sehen, insbesondere im Fall von ozeanischen Inseln. Von allen wissenschaftlichen Theorien ist die Evolutionstheorie die in der Öffentlichkeit am umstrittensten, weil sie über die Entwicklung des Homo Sapiens, also des Menschen, und unser Verhältnis zum Rest der Welt aussagt. Diese Kontroversen treten am häufigsten unter denen mit bestimmten religiösen Ansichten auf, aber wie ich im ersten Kapitel erörtere, ist es möglich, dass Religion und Wissenschaft sogar im Bereich der biologischen Evolution vereinbar sind. Ich biete eine Möglichkeit, Religion und Wissenschaft zu verbinden und gleichzeitig die Wahrheiten von beiden zu ehren, auf meiner Website mit Ressourcen für die Schnittstelle zwischen Wissenschaft und Religion (diese ist nicht Teil des Lehrbuchs Astronomy Notes, daher wird der Link in einem neuen Fenster angezeigt).

Arbeitsdefinition des Lebens

Mit dem Verständnis, dass es keine allgemein anerkannte Definition von Leben gibt, können wir zumindest eine Arbeitsdefinition finden, die die aktuelle Forschung leitet. Eine Arbeitsdefinition von Gerald Joyce, die die Forschung der NASA in der Astrobiologie leitet, lautet: "Das Leben ist ein in sich geschlossenes chemisches System, das in der Lage ist, eine darwinistische Evolution zu durchlaufen". Eine andere ähnliche Definition von Max Coleman von der NASA/JPL besagt: „Das Leben ist ein selbstorganisiertes System, das Energiequellen zu seinem Vorteil verarbeiten kann.“ Der Fokus auf chemische Systeme und chemische Energie schließt Computerprogramme und Roboter oder andere elektronische Einheiten aus und es ist mehr leicht messbar. Die erste Definition beinhaltet Evolution aufgrund des Primats der Evolution in der modernen Biologie, aber es ist (bestenfalls) sehr schwierig, die Evolution in der Zeitdauer einer typischen Weltraummission oder eines Zuschusses zu messen. Die zweite Arbeitsdefinition konzentriert sich auf die Eigenschaften, die schnell und einfach gemessen werden können. Coleman stellt fest, dass das Leben Energie normalerweise mit einer anderen Geschwindigkeit verarbeitet als seine Umgebung, dass es Energie effizienter verarbeiten muss als seine Umgebung, oder dass es von nicht-biologischen Prozessen überholt wird und dass die Selbstorganisation das Leben von seiner Umgebung trennt und isoliert seine chemischen Verarbeitungsfähigkeiten aus seiner Umgebung.

Obwohl wir uns immer bewusst waren, dass unser Wissen über das Leben begrenzt ist, hat uns die Entdeckung, dass das Leben unter Bedingungen überlebt, sogar gedeiht, unter Bedingungen, die normalerweise nicht in High-School- oder Bachelor-Biologiekursen studiert werden, uns mit unseren Vorurteilen gegenüber dem Leben konfrontiert. Organismen, die in extremen Umgebungen überleben, nennt man Extremophile. Es gibt Lebensformen, die in den "trockenen Tälern" der Antarktis leben, wenn das Eis im Sommer für einige Stunden am Tag auftaut, und in den unterirdischen Gewässern des Wostok-Sees, Meilen unter dem Eis der Antarktis. Es gibt Lebensformen, die in kochenden heißen Quellen an der Oberfläche und Meilen unter der Meeresoberfläche in pechschwarzer Dunkelheit in der Nähe von unterseeischen Vulkanschloten wachsen. In tiefen Minen, in denen Wasser in Poren oder Risse im Gestein eingedrungen ist, wurden Bakterien gefunden, die in Gestein kilometerweit unter der Oberfläche leben. Tatsächlich ist die Gesamtmasse aller Mikroben, die in den Felsen leben, Meilen unter der Erde (genannt Endolithen) könnte größer sein als die Gesamtmasse der Lebensformen auf der Oberfläche!

Eine heiße Quelle im Yellowstone-Nationalpark. Die verschiedenen Farben am Rand des Beckens stammen von verschiedenen Bakterienarten, die bei unterschiedlichen Temperaturen und Säuregraden leben. Wählen Sie das Bild aus, um eine größere Version anzuzeigen. Weitere Bilder von heißen Quellen finden Sie im Yellowstone-Fotoalbum.

Das Leben ist in der Nähe von vulkanischen Schloten in der Tiefsee weit von jeglichem Sonnenlicht weit verbreitet.

Sehr heiße Bedingungen (bis zu 120°C), sehr kalte Bedingungen, sehr salzige Bedingungen, sehr saure (niedriger pH) Bedingungen, sehr basische (hoher pH) Bedingungen und sehr hohe Drücke: unter all diesen Bedingungen ist Leben möglich, solange da ist etwas flüssiges wasser. Andere Lebensformen können möglicherweise eine andere Flüssigkeit verwenden, aber flüssiges Wasser hat einige Vorteile gegenüber anderen Flüssigkeiten, wie im nächsten Abschnitt beschrieben. Die aktuelle Suche nach außerirdischem Leben konzentriert sich auf Orte, an denen flüssiges Wasser existieren könnte, aber unsere Erfahrung mit Extremophilen hat uns gelehrt, dass das Leben kreativer sein kann, als wir uns mit unseren Vorurteilen vorstellen können.


Inhalt

Die Geschichte der Mathematik kann als eine ständig wachsende Reihe von Abstraktionen betrachtet werden. Die erste Abstraktion, die viele Tiere teilen [14], war wohl die der Zahlen: die Erkenntnis, dass eine Sammlung von zwei Äpfeln und eine Sammlung von zwei Orangen (zum Beispiel) etwas gemeinsam haben, nämlich die Anzahl ihrer Mitglieder.

Wie die auf Knochen gefundenen Zahlen belegen, haben prähistorische Völker nicht nur erkannt, wie man physische Objekte zählt, sondern auch, wie man abstrakte Größen wie Zeit zählt – Tage, Jahreszeiten oder Jahre. [15] [16]

Beweise für komplexere Mathematik gibt es erst um 3000 v. Chr., als die Babylonier und Ägypter begannen, Arithmetik, Algebra und Geometrie für Steuer- und andere Finanzberechnungen, für Bau und Konstruktion sowie für die Astronomie zu verwenden. [17] Die ältesten mathematischen Texte aus Mesopotamien und Ägypten stammen von 2000 bis 1800 v. [18] Viele frühe Texte erwähnen pythagoreische Tripel und so scheint der Satz des Pythagoras die älteste und am weitesten verbreitete mathematische Entwicklung nach der grundlegenden Arithmetik und Geometrie zu sein. [19] In der babylonischen Mathematik taucht die elementare Arithmetik (Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division) zuerst in den archäologischen Aufzeichnungen auf. Auch die Babylonier besaßen ein Stellenwertsystem und verwendeten ein sexagesimales Zahlensystem [19], das noch heute zur Messung von Winkeln und Zeit verwendet wird. [20]

Ab dem 6. Jahrhundert v. Chr. mit den Pythagoräern begannen die alten Griechen mit der griechischen Mathematik ein systematisches Studium der Mathematik als eigenständiges Fach. [21] Um 300 v. Chr. führte Euklid die noch heute in der Mathematik verwendete axiomatische Methode ein, die aus Definition, Axiom, Theorem und Beweis besteht. Sein Buch, Elemente, gilt als das erfolgreichste und einflussreichste Lehrbuch aller Zeiten. [22] Der größte Mathematiker der Antike wird oft als Archimedes (ca. 287–212 v. Chr.) von Syrakus angesehen. [23] Er entwickelte Formeln zur Berechnung der Oberfläche und des Volumens von Rotationskörpern und verwendete die Erschöpfungsmethode, um die Fläche unter dem Bogen einer Parabel mit der Summation einer unendlichen Reihe zu berechnen, in einer Weise, die der modernen Infinitesimalrechnung nicht allzu unähnlich ist . [24] Andere bemerkenswerte Errungenschaften der griechischen Mathematik sind Kegelschnitte (Apollonius von Perge, 3. Jahrhundert v. Chr.), [25] Trigonometrie (Hipparchus von Nicäa, 2. Jahrhundert v. Chr.), [26] und die Anfänge der Algebra (Diophant, 3. Jahrhundert n. Chr.) ). [27]

Das heute weltweit gebräuchliche hindu-arabische Zahlensystem und die Regeln für seine Operationen haben sich im Laufe des ersten Jahrtausends n. Chr. in Indien entwickelt und über die islamische Mathematik in die westliche Welt übertragen. [28] Andere bemerkenswerte Entwicklungen der indischen Mathematik umfassen die moderne Definition und Approximation von Sinus und Kosinus [28] und eine frühe Form der unendlichen Reihe.

Während des Goldenen Zeitalters des Islam, insbesondere im 9. und 10. Jahrhundert, erlebte die Mathematik viele wichtige Innovationen, die auf der griechischen Mathematik aufbauten. Die bemerkenswerteste Errungenschaft der islamischen Mathematik war die Entwicklung der Algebra. Zu den weiteren Errungenschaften der islamischen Zeit gehören Fortschritte in der sphärischen Trigonometrie und die Hinzufügung des Dezimalpunkts zum arabischen Zahlensystem. [29] [30] Viele bemerkenswerte Mathematiker aus dieser Zeit waren Perser, wie Al-Khwarismi, Omar Khayyam und Sharaf al-Dīn al-Ṭūsī.

In der frühen Neuzeit begann sich die Mathematik in Westeuropa mit zunehmender Geschwindigkeit zu entwickeln. Die Entwicklung der Infinitesimalrechnung durch Newton und Leibniz im 17. Jahrhundert revolutionierte die Mathematik. [31] Leonhard Euler war der bedeutendste Mathematiker des 18. Jahrhunderts, der zahlreiche Theoreme und Entdeckungen beisteuerte. [32] Der vielleicht bedeutendste Mathematiker des 19. Jahrhunderts war der deutsche Mathematiker Carl Friedrich Gauß, [33] der zahlreiche Beiträge zu Gebieten wie Algebra, Analysis, Differentialgeometrie, Matrixtheorie, Zahlentheorie und Statistik leistete. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts hat Kurt Gödel die Mathematik verändert, indem er seine Unvollständigkeitssätze veröffentlicht hat, die teilweise zeigen, dass jedes konsistente axiomatische System – wenn es leistungsfähig genug ist, um die Arithmetik zu beschreiben – wahre Aussagen enthält, die nicht bewiesen werden können. [34]

Die Mathematik wurde seitdem stark erweitert, und es hat eine fruchtbare Interaktion zwischen Mathematik und Naturwissenschaften zum Nutzen beider stattgefunden. Noch heute werden mathematische Entdeckungen gemacht. Laut Mikhail B. Sevryuk in der Januar-Ausgabe 2006 des Bulletin der American Mathematical Society, "Die Anzahl der Papiere und Bücher, die in der Mathematische Bewertungen Die Datenbank seit 1940 (dem ersten Betriebsjahr von MR) umfasst jetzt mehr als 1,9 Millionen, und jedes Jahr werden mehr als 75.000 Elemente in die Datenbank aufgenommen. Die überwältigende Mehrheit der Arbeiten in diesem Ozean enthält neue mathematische Theoreme und ihre Beweise." [35]

Etymologie

Das Wort Mathematik kommt aus dem Altgriechischen Mathema ( μάθημα ), was „das Gelernte“ bedeutet, [36] „das, was man kennenlernt“, also auch „Studium“ und „Wissenschaft“. Das Wort für "Mathematik" hat schon in der Antike die engere und technische Bedeutung "mathematisches Studium". [37] Sein Adjektiv ist mathematikós ( μαθηματικός ), was „mit dem Lernen verbunden“ oder „lernbegierig“ bedeutet, was ebenfalls „mathematisch“ bedeutet. Bestimmtes, mathēmatikḗ tékhn . ( μαθηματικὴ τέχνη Latein: ars mathematica) bedeutete "die mathematische Kunst".

In ähnlicher Weise war eine der beiden wichtigsten Denkschulen des Pythagoreismus als die bekannt mathematikoi (μαθηματικοί) – was damals eher „Lerner“ als „Mathematiker“ im modernen Sinne bedeutete. [38]

Im Lateinischen und im Englischen bis etwa 1700 wurde der Begriff Mathematik allgemeiner "Astrologie" (oder manchmal "Astronomie") anstatt "Mathematik" bedeutete, änderte sich die Bedeutung allmählich von etwa 1500 bis 1800 zu ihrer heutigen. Dies hat zu mehreren Fehlübersetzungen geführt. Zum Beispiel die Warnung des heiligen Augustinus, vor der sich Christen hüten sollten Mathematik, was Astrologen bedeutet, wird manchmal als Verurteilung von Mathematikern falsch übersetzt. [39]

Die scheinbare Pluralform im Englischen, wie die französische Pluralform les mathématiques (und das weniger häufig verwendete singuläre Derivat la mathématique), geht auf den lateinischen Neutrum Plural zurück Mathematik (Cicero), basierend auf dem griechischen Plural ta mathēmatiká ( τὰ μαθηματικά ), verwendet von Aristoteles (384-322 v. Chr.) und bedeutet ungefähr "alles mathematische", obwohl es plausibel ist, dass Englisch nur das Adjektiv entlehnt hat mathematisch(al) und bildete das Substantiv Mathematik neu, nach dem Muster von Physik und Metaphysik, die aus dem Griechischen geerbt wurden. [40] Im Englischen ist das Nomen Mathematik nimmt ein Verb im Singular. Es wird oft gekürzt zu Mathe oder in Nordamerika Mathematik. [41]

Mathematik hat keine allgemein anerkannte Definition. [6] [7] Aristoteles definierte die Mathematik als „die Wissenschaft der Quantität“ und diese Definition galt bis ins 18. Jahrhundert. Aristoteles stellte jedoch auch fest, dass eine Konzentration auf die Quantität allein die Mathematik nicht von Wissenschaften wie der Physik unterscheiden kann. [42]

Im 19. Jahrhundert, als das Studium der Mathematik an Strenge zunahm und sich abstrakten Themen wie der Gruppentheorie und der projektiven Geometrie widmete, die keinen klaren Bezug zu Quantität und Messung haben, begannen Mathematiker und Philosophen, eine Vielzahl neuer Definitionen vorzuschlagen . [43]

Viele professionelle Mathematiker interessieren sich nicht für eine Definition von Mathematik oder halten sie für undefinierbar. [6] Es besteht nicht einmal Konsens darüber, ob Mathematik eine Kunst oder eine Wissenschaft ist. [7] Manche sagen einfach: "Mathematik ist das, was Mathematiker tun." [6]

Drei führende Typen

Drei führende Definitionstypen der Mathematik werden heute als Logikisten, Intuitionisten und Formalisten bezeichnet, die jeweils eine andere philosophische Denkrichtung widerspiegeln. [44] Alle haben gravierende Mängel, keiner hat eine breite Akzeptanz und keine Versöhnung scheint möglich. [44]

Logiker-Definitionen

Eine frühe Definition der Mathematik in Begriffen der Logik war die von Benjamin Peirce (1870): „die Wissenschaft, die notwendige Schlussfolgerungen zieht“. [45] Im Principia Mathematica, Bertrand Russell und Alfred North Whitehead entwickelten das als Logizismus bekannte philosophische Programm und versuchten zu beweisen, dass alle mathematischen Konzepte, Aussagen und Prinzipien vollständig in Bezug auf die symbolische Logik definiert und bewiesen werden können. Eine logistische Definition der Mathematik ist Russells (1903) "Alle Mathematik ist symbolische Logik". [46]

Intuitionistische Definitionen

Intuitionistische Definitionen, die sich aus der Philosophie des Mathematikers L. E. J. Brouwer entwickelt haben, identifizieren Mathematik mit bestimmten mentalen Phänomenen. Ein Beispiel für eine intuitionistische Definition ist "Mathematik ist die geistige Aktivität, die darin besteht, Konstrukte nacheinander auszuführen". [44] Eine Besonderheit des Intuitionismus besteht darin, dass er einige mathematische Ideen ablehnt, die nach anderen Definitionen als gültig gelten. Während andere Philosophien der Mathematik Objekte zulassen, deren Existenz nachgewiesen werden kann, obwohl sie nicht konstruiert werden können, erlaubt der Intuitionismus nur mathematische Objekte, die man tatsächlich konstruieren kann. Intuitionisten lehnen auch das Gesetz der ausgeschlossenen Mitte ab (d. h. P ∨ ¬ P ). Diese Haltung zwingt sie zwar, eine gängige Version des Widerspruchsbeweises als brauchbare Beweismethode abzulehnen, nämlich die Inferenz von P aus ¬ P → ⊥ , aber sie sind immer noch in der Lage, ¬ P von P → ⊥ abzuleiten. Für sie ist ¬ ( ¬ P ) eine streng schwächere Aussage als P . [47]

Formalistische Definitionen

Formalistische Definitionen identifizieren die Mathematik mit ihren Symbolen und den Regeln, mit denen sie operiert. Haskell Curry definierte Mathematik einfach als „die Wissenschaft der formalen Systeme“. [48] ​​Ein formales System ist eine Menge von Symbolen, oder Token, und einige Regeln wie die Token zu kombinieren sind Formeln. In formalen Systemen ist das Wort Axiom hat eine besondere Bedeutung, die sich von der gewöhnlichen Bedeutung von "eine selbstverständliche Wahrheit" unterscheidet, und wird verwendet, um sich auf eine Kombination von Token zu beziehen, die in einem gegebenen formalen System enthalten ist, ohne dass sie anhand der Regeln des Systems abgeleitet werden muss.

Mathematik als Wissenschaft

Der deutsche Mathematiker Carl Friedrich Gauß bezeichnete die Mathematik als "Königin der Wissenschaften". [49] In jüngerer Zeit hat Marcus du Sautoy die Mathematik "die Königin der Wissenschaften, die wichtigste treibende Kraft hinter wissenschaftlichen Entdeckungen" genannt. [50] Der Philosoph Karl Popper bemerkte, dass "die meisten mathematischen Theorien, wie die der Physik und Biologie, hypothetisch-deduktiv sind: Die reine Mathematik stellt sich daher den Naturwissenschaften, deren Hypothesen Vermutungen sind, viel näher, als es noch vor kurzem schien. " [51] Popper bemerkte auch, dass "ich ein System sicherlich nur dann als empirisch oder wissenschaftlich anerkennen werde, wenn es durch Erfahrung überprüft werden kann." [52]

Mehrere Autoren sind der Ansicht, dass Mathematik keine Wissenschaft ist, weil sie sich nicht auf empirische Beweise stützt. [53] [54] [55] [56]

Die Mathematik hat viele Gemeinsamkeiten mit vielen Gebieten der Naturwissenschaften, insbesondere die Erforschung der logischen Konsequenzen von Annahmen. Intuition und Experimentieren spielen auch bei der Formulierung von Vermutungen sowohl in der Mathematik als auch in den (anderen) Wissenschaften eine Rolle. Die experimentelle Mathematik gewinnt innerhalb der Mathematik weiter an Bedeutung, und Berechnungen und Simulationen spielen sowohl in den Naturwissenschaften als auch in der Mathematik eine immer größere Rolle.

Die Meinungen der Mathematiker zu diesem Thema sind unterschiedlich. Viele Mathematiker [57] meinen, ihr Gebiet als Wissenschaft zu bezeichnen, bedeute, die Bedeutung ihrer ästhetischen Seite herunterzuspielen, und ihre Geschichte in den traditionellen sieben freien Künsten, andere meinen, ihre Verbindung zu den Wissenschaften zu ignorieren bedeutet, die Augen vor den Tatsache, dass die Schnittstelle zwischen Mathematik und ihren Anwendungen in Naturwissenschaften und Technik viel Entwicklung in der Mathematik vorangetrieben hat. [58] Eine Art und Weise, wie sich dieser Unterschied der Standpunkte auswirkt, ist die philosophische Debatte darüber, ob Mathematik erstellt (wie in der Kunst) oder entdeckt (wie in der Wissenschaft). In der Praxis werden Mathematiker typischerweise mit Wissenschaftlern auf der groben Ebene gruppiert, aber auf einer feineren Ebene getrennt. Dies ist eine von vielen Fragen, die in der Philosophie der Mathematik behandelt werden. [59]

Mathematik entsteht aus vielen verschiedenen Arten von Problemen. Zuerst wurden diese im Handel, in der Landvermessung, in der Architektur und später in der Astronomie gefunden, alle Wissenschaften legen Probleme nahe, die von Mathematikern untersucht wurden, und viele Probleme entstehen innerhalb der Mathematik selbst. Zum Beispiel erfand der Physiker Richard Feynman die Pfadintegralformulierung der Quantenmechanik unter Verwendung einer Kombination aus mathematischen Überlegungen und physikalischen Erkenntnissen, und die heutige Stringtheorie, eine sich noch in der Entwicklung befindliche wissenschaftliche Theorie, die versucht, die vier fundamentalen Kräfte der Natur zu vereinen, inspiriert weiterhin. neue Mathematik. [60]

Einige Mathematik ist nur in dem Bereich relevant, der sie inspiriert hat, und wird angewendet, um weitere Probleme in diesem Bereich zu lösen. Aber oft erweist sich die von einem Gebiet inspirierte Mathematik in vielen Gebieten als nützlich und fügt sich in den allgemeinen Bestand mathematischer Konzepte ein. Oft wird zwischen reiner Mathematik und angewandter Mathematik unterschieden. Allerdings erweisen sich rein mathematische Themen oft als Anwendungsmöglichkeiten, z.B. Zahlentheorie in der Kryptographie.

Diese bemerkenswerte Tatsache, dass auch die "reinste" Mathematik sich oft als praktisch anwendbar erweist, hat der Physiker Eugene Wigner "die unvernünftige Wirksamkeit der Mathematik" genannt. [13] Der Mathematikphilosoph Mark Steiner hat ausführlich zu diesem Thema geschrieben und anerkennt, dass die Anwendbarkeit der Mathematik „eine Herausforderung für den Naturalismus“ darstellt. [61] Für die Mathematikphilosophin Mary Leng ist die Tatsache, dass die physikalische Welt in Übereinstimmung mit dem Diktat nichtkausaler mathematischer Wesenheiten jenseits des Universums handelt, "ein glücklicher Zufall". [62] Andererseits spiegeln für einige Antirealisten Verbindungen, die zwischen mathematischen Dingen erworben werden, nur die Verbindungen wider, die zwischen Objekten im Universum erworben werden, so dass es keinen "glücklichen Zufall" gibt. [62]

Wie in den meisten Studienrichtungen hat die Wissensexplosion im naturwissenschaftlichen Zeitalter zu einer Spezialisierung geführt: Inzwischen gibt es Hunderte von Fachgebieten in der Mathematik, und die neueste Fächerklassifikation Mathematik umfasst 46 Seiten. [63] Mehrere Bereiche der angewandten Mathematik haben sich mit verwandten Traditionen außerhalb der Mathematik verschmolzen und sind zu eigenständigen Disziplinen geworden, darunter Statistik, Operations Research und Informatik.

Für diejenigen, die mathematisch veranlagt sind, hat ein Großteil der Mathematik oft einen eindeutig ästhetischen Aspekt. Viele Mathematiker sprechen über die Eleganz der Mathematik, ihrer intrinsischen Ästhetik und inneren Schönheit. Einfachheit und Allgemeingültigkeit werden geschätzt. Ein einfacher und eleganter Beweis, wie Euklids Beweis, dass es unendlich viele Primzahlen gibt, und ein elegantes numerisches Verfahren, das die Berechnung beschleunigt, wie die schnelle Fourier-Transformation, ist schön. G. H. Hardy in Die Entschuldigung eines Mathematikers äußerte die Überzeugung, dass diese ästhetischen Erwägungen an sich ausreichen, um das Studium der reinen Mathematik zu rechtfertigen. Als Faktoren, die zu einer mathematischen Ästhetik beitragen, identifizierte er Kriterien wie Bedeutung, Unerwartetes, Unvermeidlichkeit und Ökonomie. [64] Mathematische Forschung sucht oft nach kritischen Merkmalen eines mathematischen Objekts. Ein Theorem, das als Charakterisierung des Objekts durch diese Merkmale ausgedrückt wird, ist der Preis. Beispiele für besonders prägnante und aufschlussreiche mathematische Argumente wurden veröffentlicht in Beweise aus DAS BUCH.

Die Popularität der Freizeitmathematik ist ein weiteres Zeichen für die Freude, mit der viele mathematische Fragen lösen. Und am anderen sozialen Extrem finden Philosophen weiterhin Probleme in der Philosophie der Mathematik, wie zum Beispiel die Natur des mathematischen Beweises. [65]

Die meisten der heute verwendeten mathematischen Notationen wurden erst im 16. Jahrhundert erfunden. [66] Davor wurde die Mathematik in Worte gefasst, was die mathematische Entdeckung einschränkte. [67] Euler (1707–1783) war für viele der heute gebräuchlichen Notationen verantwortlich. Moderne Notation macht Mathematik für den Profi viel einfacher, aber Anfänger finden sie oft entmutigend. Dies ist laut Barbara Oakley darauf zurückzuführen, dass mathematische Ideen beides mehr sind abstrakt und mehr verschlüsselt als die der natürlichen Sprache. [68] Im Gegensatz zur natürlichen Sprache, bei der Menschen oft ein Wort gleichsetzen können (wie z Kuh) mit dem physischen Objekt, dem es entspricht, sind mathematische Symbole abstrakt und es fehlt jegliches physikalisches Analogon. [69] Mathematische Symbole sind auch stärker verschlüsselt als normale Wörter, was bedeutet, dass ein einzelnes Symbol eine Reihe verschiedener Operationen oder Ideen codieren kann. [70]

Mathematische Sprache kann für Anfänger schwer zu verstehen sein, da selbst gängige Begriffe wie oder und nur, eine genauere Bedeutung haben als in der Alltagssprache, und andere Begriffe wie öffnen und Feld beziehen sich auf spezifische mathematische Ideen, die nicht durch die Bedeutungen ihrer Laien abgedeckt sind. Die mathematische Sprache umfasst auch viele Fachbegriffe wie z Homöomorphismus und integrierbar die außerhalb der Mathematik keine Bedeutung haben. Darüber hinaus können Abkürzungen wie wenn für "wenn und nur wenn" gehören zum mathematischen Jargon. Die besondere Notation und das Fachvokabular haben ihren Grund: Mathematik erfordert mehr Präzision als Alltagssprache. Mathematiker bezeichnen diese Präzision von Sprache und Logik als "Strenge".

Der mathematische Beweis ist grundsätzlich eine Frage der Strenge. Mathematiker wollen, dass ihre Theoreme mittels systematischer Argumentation aus Axiomen folgen. Dies dient dazu, falsche "Theoreme" zu vermeiden, die auf fehlbaren Intuitionen basieren und von denen viele Fälle in der Geschichte des Themas aufgetreten sind. [b] Die in der Mathematik erwartete Genauigkeit hat sich im Laufe der Zeit verändert: Die Griechen erwarteten detaillierte Argumente, aber zur Zeit von Isaac Newton waren die verwendeten Methoden weniger streng. Probleme, die den von Newton verwendeten Definitionen innewohnen, würden im 19. Jahrhundert zu einem Wiederaufleben sorgfältiger Analysen und formaler Beweise führen. Das Missverständnis der Strenge ist eine Ursache für einige der weit verbreiteten Missverständnisse in der Mathematik. Noch heute streiten sich Mathematiker untereinander über computergestützte Beweise. Da große Berechnungen schwer zu verifizieren sind, können solche Beweise fehlerhaft sein, wenn das verwendete Computerprogramm fehlerhaft ist. [c] [71] Auf der anderen Seite erlauben Beweisassistenten die Überprüfung aller Details, die in einem handschriftlichen Beweis nicht gegeben werden können, und geben Gewissheit über die Korrektheit langer Beweise wie dem des Feit-Thompson-Theorems. [d]

Axiome im traditionellen Denken waren "selbstverständliche Wahrheiten", aber diese Auffassung ist problematisch. [72] Auf formaler Ebene ist ein Axiom nur eine Zeichenkette, die nur im Kontext aller ableitbaren Formeln eines axiomatischen Systems eine intrinsische Bedeutung hat. Es war das Ziel von Hilberts Programm, die gesamte Mathematik auf eine feste axiomatische Grundlage zu stellen, aber nach Gödels Unvollständigkeitssatz hat jedes (hinreichend mächtige) axiomatische System unentscheidbare Formeln und so ist eine endgültige Axiomatisierung der Mathematik unmöglich. Nichtsdestotrotz wird Mathematik oft als (was ihren formalen Inhalt angeht) nichts anderes als Mengenlehre in einer gewissen Axiomatisierung vorgestellt, in dem Sinne, dass jede mathematische Aussage oder jeder mathematische Beweis innerhalb der Mengenlehre in Formeln gegossen werden könnte. [73]

Mathematik lässt sich grob in das Studium von Quantität, Struktur, Raum und Veränderung (d. h. Arithmetik, Algebra, Geometrie und Analysis) unterteilen. Neben diesen Hauptanliegen gibt es auch Unterabteilungen, die sich der Erforschung von Verbindungen vom Herzen der Mathematik zu anderen Gebieten widmen: zur Logik, zur Mengenlehre (Grundlagen), zur empirischen Mathematik der verschiedenen Wissenschaften (Angewandte Mathematik) und neuerdings zum rigorosen Studium der Unsicherheit. Während einige Gebiete ohne Zusammenhang erscheinen mögen, hat das Langlands-Programm Verbindungen zwischen Gebieten gefunden, die zuvor als unverbunden galten, wie zum Beispiel Galois-Gruppen, Riemann-Flächen und Zahlentheorie.

Diskrete Mathematik gruppiert herkömmlicherweise die Gebiete der Mathematik, die mathematische Strukturen untersuchen, die im Wesentlichen diskret und nicht kontinuierlich sind.

Grundlagen und Philosophie

Um die Grundlagen der Mathematik zu verdeutlichen, wurden die Gebiete der mathematischen Logik und der Mengenlehre entwickelt. Mathematische Logik umfasst das mathematische Studium der Logik und die Anwendung der formalen Logik auf andere Bereiche der Mathematik Mengenlehre ist der Zweig der Mathematik, der Mengen oder Sammlungen von Objekten untersucht. Der Begriff "Krise der Grundlagen" beschreibt die Suche nach einer rigorosen Grundlage für die Mathematik, die von etwa 1900 bis 1930 stattfand. [74] Einige Meinungsverschiedenheiten über die Grundlagen der Mathematik halten bis heute an. Die Krise der Stiftungen wurde damals durch eine Reihe von Kontroversen angeregt, darunter die Kontroverse um Cantors Mengenlehre und die Brouwer-Hilbert-Kontroverse.

Die mathematische Logik beschäftigt sich damit, die Mathematik in einen strengen axiomatischen Rahmen zu setzen und die Implikationen eines solchen Rahmens zu untersuchen. Als solches beherbergt es Gödels Unvollständigkeitssätze, die (informell) implizieren, dass jedes effektive formale System, das grundlegende Arithmetik enthält, wenn Klang (was bedeutet, dass alle beweisbaren Sätze wahr sind), ist notwendig unvollständig (was bedeutet, dass es wahre Sätze gibt, die nicht bewiesen werden können in diesem System). Welche endliche Sammlung zahlentheoretischer Axiome auch immer zugrunde gelegt wird, Gödel hat gezeigt, wie man eine formale Aussage konstruieren kann, die eine wahre zahlentheoretische Tatsache ist, aber nicht aus diesen Axiomen folgt. Daher ist kein formales System eine vollständige Axiomatisierung der vollen Zahlentheorie. Die moderne Logik gliedert sich in Rekursionstheorie, Modelltheorie und Beweistheorie und ist eng mit der theoretischen Informatik [75] sowie der Kategorientheorie verbunden. Im Kontext der Rekursionstheorie kann die Unmöglichkeit einer vollständigen Axiomatisierung der Zahlentheorie als Konsequenz des MRDP-Theorems auch formal gezeigt werden.

Theoretische Informatik umfasst Berechenbarkeitstheorie, Computational Complexity Theory und Informationstheorie. Die Berechenbarkeitstheorie untersucht die Grenzen verschiedener theoretischer Modelle des Computers, einschließlich des bekanntesten Modells – der Turing-Maschine. Komplexitätstheorie ist das Studium der Beherrschbarkeit durch Computer. Einige Probleme sind, obwohl sie theoretisch durch Computer lösbar sind, in Bezug auf Zeit oder Raum so teuer, dass ihre Lösung selbst mit der schnellen Weiterentwicklung der Computerhardware wahrscheinlich praktisch unmöglich bleibt. Ein bekanntes Problem ist die " P = NP? "-Problem, eines der Millennium-Preis-Probleme. [76] Schließlich befasst sich die Informationstheorie mit der Datenmenge, die auf einem bestimmten Medium gespeichert werden kann, und beschäftigt sich daher mit Konzepten wie Kompression und Entropie.

Reine Mathematik

Zahlensysteme und Zahlentheorie

Das Studium der Quantität beginnt mit Zahlen, zuerst den bekannten natürlichen Zahlen N > und ganze Zahlen Z > ("ganze Zahlen") und arithmetische Operationen darauf, die in der Arithmetik gekennzeichnet sind. Die tieferen Eigenschaften von ganzen Zahlen werden in der Zahlentheorie untersucht, aus der so populäre Ergebnisse wie der letzte Satz von Fermat stammen. Die Zwillingsprimzahlvermutung und die Goldbachsche Vermutung sind zwei ungelöste Probleme der Zahlentheorie.

Mit der Weiterentwicklung des Zahlensystems werden die ganzen Zahlen als Teilmenge der rationalen Zahlen Q > ("Bruchteile"). Diese wiederum sind in den reellen Zahlen enthalten, R > die verwendet werden, um Grenzen von Folgen rationaler Zahlen und stetiger Größen darzustellen. Reelle Zahlen werden zu den komplexen Zahlen C > . Nach dem Fundamentalsatz der Algebra haben alle Polynomgleichungen in einer Unbekannten mit komplexen Koeffizienten eine Lösung in den komplexen Zahlen, unabhängig vom Grad des Polynoms. N , Z , Q , R , mathbb , mathbb , mathbb > und C > sind die ersten Schritte einer Zahlenhierarchie, die Quaternionen und Oktonionen umfasst. Die Betrachtung der natürlichen Zahlen führt auch zu den transfiniten Zahlen, die den Begriff der "Unendlichkeit" formalisieren. Ein weiteres Untersuchungsgebiet ist die Größe von Sets, die mit den Kardinalzahlen beschrieben wird. Dazu gehören die Aleph-Zahlen, die einen sinnvollen Vergleich der Größe unendlich großer Mengen ermöglichen.

Struktur

Viele mathematische Objekte, wie Zahlen- und Funktionsmengen, weisen eine interne Struktur als Folge von Operationen oder Beziehungen auf, die auf der Menge definiert sind. Die Mathematik untersucht dann die Eigenschaften dieser Mengen, die durch diese Struktur ausgedrückt werden können, zum Beispiel untersucht die Zahlentheorie Eigenschaften der Menge von ganzen Zahlen, die durch arithmetische Operationen ausgedrückt werden können. Darüber hinaus kommt es häufig vor, dass verschiedene solcher strukturierten Mengen (oder Strukturen) ähnliche Eigenschaften aufweisen, was es ermöglicht, durch einen weiteren Abstraktionsschritt Axiome für eine Klasse von Strukturen anzugeben und dann die gesamte Klasse von Strukturen auf einmal zu untersuchen, die befriedigend diese Axiome. So kann man Gruppen, Ringe, Körper und andere abstrakte Systeme zusammen studieren. Solche Studien (für Strukturen, die durch algebraische Operationen definiert sind) bilden den Bereich der abstrakten Algebra.

Aufgrund ihrer großen Allgemeinheit kann die abstrakte Algebra oft auf scheinbar unzusammenhängende Probleme angewendet werden, zum Beispiel wurden eine Reihe von alten Problemen der Zirkel- und Linealkonstruktionen schließlich mit der Galois-Theorie gelöst, die Feldtheorie und Gruppentheorie umfasst. Ein weiteres Beispiel für eine algebraische Theorie ist die lineare Algebra, die die allgemeine Untersuchung von Vektorräumen ist, deren Elemente, die Vektoren genannt werden, sowohl eine Menge als auch eine Richtung haben und zur Modellierung (Beziehungen zwischen) Punkten im Raum verwendet werden können. Dies ist ein Beispiel für das Phänomen, dass die ursprünglich nicht verwandten Gebiete der Geometrie und Algebra in der modernen Mathematik sehr starke Wechselwirkungen aufweisen. Kombinatorik untersucht Möglichkeiten, die Anzahl von Objekten aufzuzählen, die zu einer gegebenen Struktur passen.

( 1 , 2 , 3 ) ( 1 , 3 , 2 ) ( 2 , 1 , 3 ) ( 2 , 3 , 1 ) ( 3 , 1 , 2 ) ( 3 , 2 , 1 ) (1,2,3)&(1,3,2)(2,1,3)&(2,3,1)(3,1,2)&(3,2,1) Ende>>
Kombinatorik Zahlentheorie Gruppentheorie Graphentheorie Ordnungstheorie Algebra

Platz

Das Studium des Raums hat seinen Ursprung in der Geometrie – insbesondere in der euklidischen Geometrie, die Raum und Zahlen kombiniert und den bekannten Satz des Pythagoras umfasst. Trigonometrie ist der Zweig der Mathematik, der sich mit den Beziehungen zwischen den Seiten und den Winkeln von Dreiecken und mit den trigonometrischen Funktionen beschäftigt. Die moderne Weltraumforschung verallgemeinert diese Ideen, um höherdimensionale Geometrie, nichteuklidische Geometrien (die eine zentrale Rolle in der Allgemeinen Relativitätstheorie spielen) und Topologie einzuschließen. Quantität und Raum spielen beide eine Rolle in der analytischen Geometrie, der Differentialgeometrie und der algebraischen Geometrie. Konvexe und diskrete Geometrie wurden entwickelt, um Probleme der Zahlentheorie und Funktionalanalysis zu lösen, werden aber jetzt mit Blick auf Anwendungen in der Optimierung und Informatik verfolgt. Innerhalb der Differentialgeometrie sind die Konzepte der Faserbündel und die Berechnung auf Mannigfaltigkeiten, insbesondere die Vektor- und Tensorrechnung. Innerhalb der algebraischen Geometrie ist die Beschreibung geometrischer Objekte als Lösungsmengen polynomialer Gleichungen, die die Konzepte von Menge und Raum kombinieren, sowie das Studium topologischer Gruppen, die Struktur und Raum kombinieren. Lügengruppen werden verwendet, um Raum, Struktur und Veränderung zu studieren. Die Topologie in all ihren vielen Verzweigungen mag der größte Wachstumsbereich in der Mathematik des 20. Jahrhunderts gewesen sein. Sie umfasst die Punktmengentopologie, die mengentheoretische Topologie, die algebraische Topologie und die Differentialtopologie. Beispiele moderner Topologie sind insbesondere die Metrisierbarkeitstheorie, die axiomatische Mengentheorie, die Homotopietheorie und die Morsetheorie. Die Topologie umfasst auch die nun gelöste Poincaré-Vermutung und die noch ungelösten Bereiche der Hodge-Vermutung. Andere Ergebnisse in Geometrie und Topologie, einschließlich des Vierfarbensatzes und der Kepler-Vermutung, wurden nur mit Hilfe von Computern bewiesen.

Veränderung

Veränderungen zu verstehen und zu beschreiben ist ein gängiges Thema in den Naturwissenschaften, und die Infinitesimalrechnung wurde als Werkzeug entwickelt, um sie zu untersuchen. Funktionen entstehen hier als zentraler Begriff, der eine sich ändernde Größe beschreibt. Das rigorose Studium reeller Zahlen und Funktionen einer reellen Variablen wird als reelle Analysis bezeichnet, wobei die komplexe Analysis das Äquivalent für die komplexen Zahlen ist. Die Funktionsanalyse richtet die Aufmerksamkeit auf (typischerweise unendlichdimensionale) Funktionsräume. Eine von vielen Anwendungen der Funktionsanalyse ist die Quantenmechanik. Viele Probleme führen auf natürliche Weise zu Beziehungen zwischen einer Größe und ihrer Änderungsgeschwindigkeit, und diese werden als Differentialgleichungen untersucht. Viele Phänomene in der Natur können durch dynamische Systeme beschrieben werden Die Chaostheorie macht genau, wie viele dieser Systeme unvorhersehbares, aber dennoch deterministisches Verhalten zeigen.

Angewandte Mathematik

Angewandte Mathematik beschäftigt sich mit mathematischen Methoden, die typischerweise in Naturwissenschaften, Ingenieurwesen, Wirtschaft und Industrie verwendet werden. "Angewandte Mathematik" ist also eine mathematische Wissenschaft mit Spezialwissen. Der Begriff angewandte Mathematik beschreibt auch die Berufsrichtung, in der Mathematiker als praxisorientierter Beruf an praktischen Problemen arbeiten, angewandte Mathematik konzentriert sich auf die "Formulierung, das Studium und die Verwendung mathematischer Modelle" in den Naturwissenschaften, den Ingenieurwissenschaften und anderen Bereichen der mathematischen Praxis.

Praktische Anwendungen haben in der Vergangenheit die Entwicklung mathematischer Theorien motiviert, die dann zum Studienfach in der reinen Mathematik wurden, wo die Mathematik hauptsächlich um ihrer selbst willen entwickelt wird. Somit ist die Tätigkeit der angewandten Mathematik eng mit der Forschung in der reinen Mathematik verbunden.

Statistik und andere Entscheidungswissenschaften

Die angewandte Mathematik weist erhebliche Überschneidungen mit der Disziplin Statistik auf, deren Theorie mathematisch formuliert ist, insbesondere mit der Wahrscheinlichkeitstheorie. Statistiker (im Rahmen eines Forschungsprojekts) „schaffen Daten, die Sinn machen“ mit Zufallsstichproben und mit randomisierten Experimenten [77] das Design einer statistischen Stichprobe oder eines Experiments spezifiziert die Analyse der Daten (bevor die Daten verfügbar sind). Bei der Überarbeitung von Daten aus Experimenten und Proben oder bei der Analyse von Daten aus Beobachtungsstudien „verstehen die Daten“ mithilfe der Kunst der Modellierung und der Inferenztheorie – bei der Modellauswahl und -schätzung sollten die geschätzten Modelle und daraus resultierenden Vorhersagen an neuen Daten. [e]

Die statistische Theorie untersucht Entscheidungsprobleme wie die Minimierung des Risikos (erwarteter Verlust) einer statistischen Aktion, wie beispielsweise die Verwendung eines Verfahrens bei der Parameterschätzung, der Hypothesenprüfung und der Auswahl der besten. In diesen traditionellen Gebieten der mathematischen Statistik wird ein statistisches Entscheidungsproblem durch Minimieren einer objektiven Funktion wie erwarteter Verlust oder Kosten unter bestimmten Bedingungen formuliert: Grad an Vertrauen. [78] Wegen ihrer Optimierung teilt die mathematische Theorie der Statistik Bedenken mit anderen Entscheidungswissenschaften wie Operations Research, Kontrolltheorie und mathematischer Ökonomie. [79]

Computermathematik

Computational Mathematics schlägt und untersucht Methoden zur Lösung mathematischer Probleme, die typischerweise zu groß für die menschliche numerische Kapazität sind. Numerische Analysis Studienmethoden für Probleme in der Analysis unter Verwendung von Funktionalanalysis und Approximationstheorie Die numerische Analysis umfasst das Studium der Approximation und Diskretisierung im Allgemeinen mit besonderem Augenmerk auf Rundungsfehler. Numerische Analysis und im weiteren Sinne Scientific Computing befassen sich auch mit nicht-analytischen Themen der Mathematik, insbesondere der algorithmischen Matrix- und Graphentheorie. Andere Bereiche der Computermathematik umfassen Computeralgebra und symbolische Berechnungen.

Die wohl prestigeträchtigste Auszeichnung in der Mathematik ist die Fields-Medaille [80] [81], die 1936 gegründet und alle vier Jahre (außer um den Zweiten Weltkrieg) an bis zu vier Personen verliehen wird. Die Fields-Medaille wird oft als mathematisches Äquivalent zum Nobelpreis angesehen.

Der 1978 ins Leben gerufene Wolf-Preis für Mathematik würdigt sein Lebenswerk, und ein weiterer wichtiger internationaler Preis, der Abel-Preis, wurde 2003 ins Leben gerufen. Die Chern-Medaille wurde 2010 eingeführt, um sein Lebenswerk zu würdigen. Diese Auszeichnungen werden in Anerkennung einer bestimmten Arbeit verliehen, die innovativ sein oder eine Lösung für ein herausragendes Problem in einem etablierten Bereich bieten kann.

Eine berühmte Liste von 23 offenen Problemen, genannt "Hilberts Probleme", wurde 1900 vom deutschen Mathematiker David Hilbert zusammengestellt. Diese Liste hat unter Mathematikern große Berühmtheit erlangt, und mindestens neun der Probleme sind inzwischen gelöst. Im Jahr 2000 wurde eine neue Liste von sieben wichtigen Problemen mit dem Titel "Millennium Prize Problems" veröffentlicht. Nur eines davon, die Riemann-Hypothese, dupliziert eines von Hilberts Problemen. Eine Lösung für eines dieser Probleme bringt eine Belohnung von 1 Million Dollar mit sich. Derzeit ist nur eines dieser Probleme, die Poincaré-Vermutung, gelöst.


Astronomen trainieren, wenn die ersten Sterne leuchten

Sie sagen, dass diese Zeit, die als "kosmische Morgendämmerung" bekannt ist, zwischen 250 und 350 Millionen Jahre nach dem Urknall stattfand.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die ersten Galaxien hell genug sein werden, um vom NASA-Weltraumteleskop James Webb gesehen zu werden, das noch in diesem Jahr gestartet werden soll.

Die Studie wird in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.

Die Entdeckung, wann die kosmische Morgenröte begann, ist das Lebenswerk von Prof. Richard Ellis vom University College London, UK.

Er sagte gegenüber BBC News: „Der Heilige Gral war es, weit genug zurückzublicken, um die allererste Generation von Sternen und Galaxien zu sehen. Und jetzt haben wir die ersten überzeugenden Beweise dafür, wann das Universum zum ersten Mal in Sternenlicht getaucht wurde."

Das Team analysierte sechs der am weitesten entfernten Galaxien. Sie waren so weit entfernt, dass sie selbst mit den leistungsstärksten Teleskopen der Welt nur als wenige Pixel auf dem Computerbildschirm erschienen.

Sie gehören auch zu den ersten, die im Universum aufgetaucht sind, und wenn ihre Bilder von Teleskopen auf der Erde aufgenommen werden, werden sie nicht lange nach dem Urknall gesehen.

Anhand ihres Alters berechnete das Team den Beginn der kosmischen Morgendämmerung – als sich die ersten Sterne bildeten. Dr. Nicolas Laporte vom Kavli Institute of Astronomy in Cambridge leitete die Analyse.

„Dies ist eine der größten Fragen der modernen Kosmologie. Dies ist das erste Mal, dass wir aus Beobachtungen vorhersagen können, wann dieser entscheidende Moment in der Geschichte des Universums eingetreten ist.“

Dr. Laporte sagte, das Ergebnis sei ein wahr gewordener Traum.

„Es ist fantastisch, sich vorzustellen, dass Lichtteilchen über 13 Milliarden Jahre durch den Weltraum gereist sind und dann in ein Teleskop eingedrungen sind.Das Wunderbare daran, Astrophysiker zu sein, ist die Fähigkeit, durch die Zeit zu reisen und Zeuge der fernen Vergangenheit zu werden“, erklärte er.

Das Universum entstand vor 13,8 Milliarden Jahren im Urknall. Nach einem anfänglichen Blitz durchlief es eine Zeit, die als kosmisches dunkles Zeitalter bekannt ist. Der neuen Studie zufolge tauchten 250 bis 350 Millionen Jahre nach dem Urknall die ersten Sterne auf und brachten Licht in den Kosmos.

Entscheidend ist, dass die neue Analyse auch darauf hindeutet, dass die ersten Galaxien hell genug sind und sich in der Reichweite befinden, in der sie vom James Webb-Weltraumteleskop - dem Nachfolger des ehrwürdigen Hubble-Weltraumteleskops - gesehen werden können. Astronomen können dann diesen entscheidenden Moment in der Entwicklung des Universums direkt miterleben.

Schottlands Astronomin Royal, Prof. Catherine Heymans, sagte, sie sei "so aufgeregt" von dieser Aussicht.

Sie sagte gegenüber BBC News: „Ist es nicht einfach so fantastisch, dass wir als Menschheit, einer winzigen Zivilisation auf der Erde von pPanet, ein Teleskop bauen können, das wir in den Weltraum schicken und in das Universum zurückblicken können, als es nur ein Paar war?“ hundert Millionen Jahre nach dem Urknall!"

Viele der ersten Sterne waren ganz anders als unsere eigene Sonne. Sie waren massiver und verbrannten nur Wasserstoff. Aber diese Objekte schufen die nächste Generation von Sternen, die zur Bildung schwererer Elemente des Periodensystems führte.

Alles außer Wasserstoff, Helium und Lithium entsteht im Inneren von Sternen, wenn sie am Ende ihres Lebens explodieren.

Wir sind daher letztendlich aus den Sternen gemacht, die kurz vor der Morgendämmerung des Kosmos geboren wurden.

"Weil wir selbst das Produkt der Sternentwicklung sind, blicken wir auf unseren eigenen Ursprung zurück", sagte Prof. Ellis.

Die Forscher analysierten das Sternenlicht der Galaxien mit Hubble und dem Spitzer-Weltraumteleskop. Sie schätzten das Alter der Galaxien, indem sie den Anteil der Wasserstoffatome in der Atmosphäre ihrer Sterne untersuchten. Je älter die Sterne, desto größer ist der Anteil der Wasserstoffatome.

Das Team berechnete dann, wie weit die Galaxien entfernt waren. Da das Licht dieser Galaxien Zeit braucht, um uns zu erreichen, werden sie von Astronomen umso weiter zurückverfolgt, je weiter sie entfernt sind.

Da sich die sechs vom Team untersuchten Galaxien an der Grenze der mit Teleskopen beobachtbaren Objekte befinden, gehören sie auch zu den frühesten bekannten.

Das Team benötigte 70 Stunden Beobachtungszeit und nutzte vier der größten bodengestützten Teleskope, um ihre Entfernungen abzuschätzen. Dies waren das Atacama Large Millimeter Array (Alma), das Very Large Telescope (VLT) und das Gemini South Telescope – alle in Chile – sowie die Zwillingsteleskope Keck auf Hawaii.

Diese Messungen ermöglichten es dem Team zu bestätigen, dass sie diese Galaxien beobachteten, als das Universum 550 Millionen Jahre alt war. Die Kenntnis des Alters der Galaxien und ihrer Existenz ermöglichte es dem Team, zu berechnen, wann die ersten Sterne geboren wurden.

Ähnliche Schätzungen wurden mit nur einzelnen Galaxien gemacht, aber dies ist die erste aussagekräftige Schätzung, die auf einer repräsentativen Gruppe von ihnen basiert.


Astronomie HQ lernen

Astronomie ist ein lustiges und interessantes Hobby. Wenn Teleskope eines Ihrer Lieblingsthemen sind, ist dieser Artikel wie für Sie gemacht. Teleskope sind ziemlich interessant. Außerdem haben diese erstaunlichen Instrumente, die es uns ermöglichen, die Sterne zu studieren, ein paar eigene Geheimnisse.

In diesem Artikel zeigen wir Ihnen interessante Fakten über Teleskope, die Sie vielleicht noch nicht kennen. Wenn Sie mehr über Teleskope recherchieren möchten, besuchen Sie TelescopeReviewer.com. Diese Website bietet erstaunliche und detaillierte Bewertungen zu verschiedenen Teleskopen. …

Wie viel Vergrößerung kann ich mit meinem Teleskop erreichen?

Die Annahme, die wir allzu oft treffen, ist einfach: "Ich sehe weit entfernte Objekte mit höherer Vergrößerung viel besser." Diese Denkweise ist logisch, aber falsch. Tatsache ist, dass die Vergrößerung die Helligkeit eines Objekts und die Lichtsammelfähigkeit Ihres Teleskops effektiv reduziert. Die Regel ist einfach. Wenn Sie die Vergrößerung verdoppeln, reduzieren Sie die Helligkeit eines Objekts um den Faktor 4. Das mag für ein intensiv helles Objekt wie den Mond kein Problem sein, aber je weiter wir in den Weltraum blicken, werden die Objekte dunkler. …

Fotografieren der Internationalen Raumstation durch ein Teleskop

Die Internationale Raumstation ISS überquert regelmäßig unseren Himmel. Viele von uns würden gerne Zeit auf diesem frühen Raumschiff verbringen, während es die Erde umkreist und alles untersucht, was oben und unten ist. Aber für die meisten von uns können wir nur gelegentlich zusehen, wie es über den Himmel streift.

Aber einen Moment warten? Warum sollten Sie sich mit einem streifenden Schimmer wie einem anderen Satelliten zufrieden geben? Die ISS ist tatsächlich viel größer als die meisten Satelliten und einige von uns haben sie kurz in unseren Zielfernrohren gesehen, aber normalerweise aus Versehen. …

Was würde passieren, wenn sich die Erde nicht mehr dreht?

Es klingt wie aus einem Science-Fiction-Film. Über Nacht hört die Erde auf, sich zu drehen. Um es ganz klar zu sagen, die Ergebnisse wären katastrophal. Wir werden einige dieser Effekte untersuchen. Aber was ist, wenn die Erde ihre Rotation langsam stoppt und allmählich zum Stillstand kommt. Die Auswirkungen wären unterschiedlich, aber gleichermaßen katastrophal für alle Lebensformen einschließlich uns.

Lassen Sie uns in diesem Sinne die Möglichkeiten betrachten, beginnend mit dem Hollywood-Favoriten: Abrupter Stopp.

Die Top 10 Himmelsobjekte für Ihr erstes Teleskop

Es gibt mehr zu sehen als den Mond

Es ist immer aufregend, wenn man das erste Teleskop bekommt. Wie viele von uns haben das Zielfernrohr in unseren Wohn- und Schlafzimmern geduldig auf seinem Stativ aufgebaut und vorsichtig an kleinen Hebeln und Fokussierknöpfen gedreht, während wir darauf warteten, dass sich die Nacht uns offenbarte.

Eine Sache, auf die Sie stoßen werden, ist die relative Herausforderung, verschiedene Objekte am Himmel zu finden. Der Mond ist einfach genug, aber es gibt Apps für verschiedene drahtlose, mobile Geräte …

So bekommen Sie einen Job als Astronaut

Gehen Sie nicht davon aus, dass es unmöglich ist. Aber Sie müssen es wirklich wollen, und Sie möchten sich vielleicht Ihre Optionen offen halten.

Kommen wir gleich zur Sache. Nur ein Bruchteil von 1% schafft es in ein Weltraumtrainingsprogramm. Von diesem 1% waren alle hervorragend qualifiziert. Heißt das, dass es nicht möglich ist? Sie werden es nicht wissen, bis Sie es versuchen. Also lasst uns anfangen. Lassen Sie uns zunächst "eminent qualifiziert" sein. Was beinhaltet das? Nun, es bedeutet, dass Sie für die meisten Programme die folgenden physikalischen Kriterien erfüllen:

Einfache Anleitung zur Mondfotografie

Sie brauchen kein Teleskop, keine Kamerahalterung und keinen Motorantrieb, um großartige Mondfotos zu machen. Manchmal reicht eine Digitalkamera und eine gewisse Telefunktion.

Astrofotografie kann sehr technisch sein und erfordert spezielle Kameras, Halterungen, einen Motorantrieb auf dem Stativ und spezielle Einstellungen in Bezug auf Belichtung, Timing und die genaue Positionsbestimmung des Himmelsobjekts. Für viele von uns lohnt sich der Aufwand und die Kosten. Aber ebenso viele von uns können das komplexe Wissen und die Ausrüstung einschüchtern. …

Die überraschende Dünne der Saturnringe

Wie das Foto von der Raumsonde Cassini zeigt, sind die Ringe des Saturn im Verhältnis zu der Ringbreite, die als Schatten auf den Planeten geworfen wird, hauchdünn.

Saturn ist vielleicht der visuell beeindruckendste Planet in unserem Sonnensystem. Während der Planet selbst bei weitem nicht so farbenfroh oder einzigartig ist wie das Aussehen des Jupiter, definieren die Ringe des Saturn seinen besonderen Platz am Nachthimmel.

Die Ringe selbst bestehen aus zahlreichen Bändern, wobei sich das Hauptringsystem über 300.000 Kilometer im Weltraum erstreckt. …

15 „Goldlöckchen“-Faktoren, die das Leben auf der Erde ermöglichen

Das Leben auf der Erde hat mehr zu bieten als die Fähigkeit, flüssiges Wasser zu erhalten.

Die Erde wird oft als Goldlöckchen-Planet bezeichnet. Dies ist traditionell mit der Nähe der Erde zur Sonne verbunden, die es ermöglicht, dass flüssiges Wasser auf ihrer Oberfläche existiert. Tatsächlich führte diese Annahme und einige andere zu einer sogenannten Drake-Gleichung, die 1961 in Greenbank, West Virginia, entwickelt wurde. Es war eine komplexe Gleichung, die die Anzahl der Planeten berechnete, die sich um einen Stern in der idealen Entfernung für die dauerhafte Existenz intelligenter kreisen Leben. …

Warum unser Sonnensystem in der Milchstraße einzigartig sein könnte

Wir sind nicht allein im Universum, aber vielleicht sind wir einsamer, als wir dachten.


Oberflächlich betrachtet scheint unser Sonnensystem ziemlich typisch zu sein. Während wir immer wieder überraschende neue Dinge über die Familie der Planeten und Monde lernen, die unsere Sonne teilen, waren wir immer relativ zuversichtlich, dass sich unser Sonnensystem nicht von jedem anderen Sonnensystem unterscheidet, das wir uns vorstellen können. Dies war hauptsächlich auf ein kopernikanisches Prinzip zurückzuführen, das besagte, dass Himmelskörper bestimmte Verhaltensweisen und Dynamiken teilten.

Einige neue Beweise im Zusammenhang mit der Entdeckung von …

Wie man Meteoriten findet und wo man suchen muss

Sie sind nicht leicht zu finden, aber andererseits. nicht so viele Leute suchen.

Als Astronomen freuen wir uns immer, einen Meteoritenstreifen über den Nachthimmel zu sehen, während wir unsere Zielfernrohre einrichten oder die Konstellationen für unser nächstes Setup scannen. Zu anderen Zeiten beobachten wir sorgfältig einen Bereich des Himmels in Erwartung eines Meteoritenschauers. Bei einigen seltenen Gelegenheiten staunen wir erstaunt, wenn ein Meteorit über den Horizont streift. Wo ist es gelandet? …

Wie oft kann Licht in 1 Sekunde um die Erde reisen?

Wenn Sie mit Lichtgeschwindigkeit reisen, könnten Sie in einer Sekunde siebeneinhalb Mal um die Welt fliegen. Superman iss dir das Herz aus.

Das ist eine unglaubliche Geschwindigkeit, die den Verstand umhaut und dem Gehirn wirklich hilft, die Geschwindigkeit zu visualisieren. Ist es wahr? Lass es uns herausfinden. Wir müssen den Umfang des Planeten Erde kennen und wissen, wie weit sich das Licht in einer Sekunde zurücklegt.

Beginnen wir mit dem Einfachen. Das Fernlicht würde in einer Sekunde reisen.

Das Fernlicht reist in 1 Sekunde

Die Lichtgeschwindigkeit beträgt 670.616.629 Meilen pro Stunde. Das ist eine ziemlich große Zahl, die man verstehen muss. Wenn wir dies also durch 3600 teilen, was die Anzahl der Sekunden in einer Stunde ist, beträgt die Entfernung, die das Licht in einer Sekunde zurücklegt, 186.282 Meilen.

Was passiert mit uns, wenn Andromeda auftaucht?

Die Andromeda-Galaxie, unser nächster galaktischer Nachbar, befindet sich auf Kollisionskurs mit uns. Sollte in etwa 4 Milliarden Jahren passieren. Puh

Die Andromeda-Galaxie ist unser nächster galaktischer Nachbar und sie ist riesig. Unsere eigene Milchstraße, in der sich unsere Sonne befindet, enthält etwa 300 Milliarden Sterne (3x10 11 ). Wobei die Andromeda-Galaxie 1 Billion Sterne (10 12 ) enthält. Was bedeutet das für unsere arme, leichte Galaxie, wenn das Schwergewicht zuschlägt? Die Antwort ist, dass die beiden zu einer größeren Galaxie verschmelzen werden, die manche nennen, Milkomeda. Wenn sich die beiden Galaxien einander nähern, werden Gravitationswellen emittiert, die dazu führen, dass Sterne in beiden Galaxien herumgeschleudert werden und einige möglicherweise alle zusammen aus den Galaxien herausgeschleudert werden. …

Sich in die tödliche Venus verlieben

Sie ist der vorherrschende Planet am Nachthimmel. Hier ist, wo Sie sie finden und wann.

Venus ist unser Schwesterplanet. Es wurde nach der römischen Göttin der Liebe benannt. Es ist sowohl erdnah als auch fast gleich groß. Noch wichtiger ist, dass es normalerweise das dritthellste Objekt am Himmel neben der Sonne und dem Mond ist, obwohl Jupiter sie gelegentlich überstrahlen wird. Seine gelbliche Farbe grüßt uns morgens und abends und wird oft als "Morgenstern", "Abendstern" und gelegentlich als "Wunschstern" bezeichnet. …

Die Grundlagen der binokularen Astronomie

Erraten Sie, was. Sie brauchen nicht immer ein Teleskop. Hier sind einige erstaunliche Dinge, die Sie mit einem Fernglas am Nachthimmel sehen können.

Es ist eine einfache Tatsache. Das Aufstellen eines Teleskops für eine Nacht zum Himmel braucht einige Zeit und Mühe. Dies setzt voraus, dass Sie Eigentümer eines Oszilloskops sind und über den Platz zum Speichern verfügen. Was viele von uns vergessen, ist, dass ein Fernglas uns die Möglichkeit geben kann, einen kurzen Blick zu werfen oder einen Abend damit zu verbringen, den Mond, Planeten und sogar einige Weltraumobjekte wie die Andromeda-Galaxie, Nebel und bedeutende Ereignisse wie den Mond zu beobachten Finsternisse und Kometen. …

Secrets Of The Deep Sky Buchbesprechung

Nachdem ich auf dieser Website viele Beiträge über Amateurastronomie geschrieben hatte, war mein nächstes Ziel, einige davon in einem E-Book zusammenzufassen. Das E-Book würde viele der Beiträge in einem leicht lesbaren und leicht lesbaren Format zusammenfassen. Sie sehen, das Problem mit einem Blog besteht darin, dass die Beiträge nach Datum sortiert sind, sodass viele der guten Dinge verloren gehen, wenn der Blog altert und wächst.

Bevor ich anfing, dieses Buch zusammenzustellen, habe ich mir angesehen, was bereits da draußen war, und da bin ich auf dieses E-Book gestoßen …

Landeplätze auf dem Mond und warum wir noch nie auf der anderen Seite gelandet sind.

Viele Expeditionen sind zum Mond gegangen. Hier ist, wo sie gelandet sind und warum wir noch nie auf der anderen Seite waren.

Bildnachweis: Nationales Weltraumforschungs-Rechenzentrum

Viele Amateurastronomen sind Schüler des Mondes geworden. Sie können Ihnen nicht nur sagen, dass viele der dunkelgrauen Gebiete, die der Erde zugewandt sind, "Meere" oder das lateinische "Maria" heißen, sondern auch ihre Standorte und Namen. Natürlich sind es keine Meere, sondern große Ebenen aus dunklem Basalt, die sich während einer Vulkanzeit, die von einigen bedeutenden Kratern wie Tycho und Copernicus unterbrochen wurde, über die Oberfläche ausbreiteten.

Eine Kurzanleitung zu Jupiter

Es ist faszinierend, Jupiter zu sehen. Hier ist eine Kurzanleitung für unseren größten Planeten und ihre Monde.

So finden Sie Jupiter

Ab März 2014 wird Jupiter als eines der dramatischsten Himmelsobjekte in den Nachthimmel auftauchen. Seine Dominanz wird auch in den kommenden Jahren seinen Namen als dominierender Gott der Römer erfüllen. Tatsächlich bezeichneten die Griechen Jupiter als Zeus, was seine Bedeutung am Himmel weiter demonstriert.

Es wird im Osten aufsteigen, im Süden hoch über den Himmel wandern, im Westen untergehen und in den frühen Abendstunden bis in den frühen Morgen gut zu sehen sein. …

Eine Nacht in den Plejaden

Sie sind selten und werden in astronomischer Zeit bald verschwunden sein. Diese sieben Schwestern sind ein großartiges Ziel für Ihre Himmelsbeobachtungen.

Die Plejaden sind ein einzigartiger Sternhaufen, der vor 75 bis 150 Millionen Jahren ans Licht ging und sich in etwas mehr als 250 Millionen Jahren über den Himmel zerstreuen wird. Dies ist sowohl auf die Gravitationseffekte der Milchstraße als auch auf riesige Molekülwolken in der Nähe zurückzuführen. Diese Anzahl von Jahren ist in der kosmologischen Zeit ein ziemlich kurzes Ereignis. …

Die Evolution der Konstellationen

88 offizielle Konstellationen definieren derzeit unseren Nachthimmel. Irgendwann waren es viel mehr und sowohl die Chinesen als auch die Maya entwickelten ihre eigenen Interpretationen. Die klassische Grundlage für unsere aktuellen Konstellationen geht auf die Griechen zurück, als Ptolemaios 48 grundlegende Sterngruppierungen definierte, einschließlich der 12 Konstellationen, die den Tierkreis definieren. Ein Großteil seiner Arbeit basierte auf der früheren Identifizierung von Konstellationen, die von den Babyloniern und Sumerern entwickelt wurden.

Betrachten der Monde unseres Sonnensystems

Es gibt mehr als 100 Monde in unserem Sonnensystem und Sie können viele davon sogar mit einem Fernglas sehen. wenn du weißt wo du suchen musst.

Zu diesem Zeitpunkt sind 146 Monde in unserem Sonnensystem bestätigt. Weitere 28 werden noch geprüft. Die Größen variieren, aber einige sind für den Amateurastronomen leicht sichtbar. Tatsächlich erfordern viele der zu sehenden Monde keine ausgeklügelte oder teure Ausrüstung. Einige können sogar mit einem Fernglas betrachtet werden, wenn Sie wissen, wonach und wo Sie suchen müssen.

So starten Sie die Beobachtung von Deep Space-Objekten

Jenseits des Mondes, der Planeten und der Monde vieler Planeten gibt es den Weltraum. Eine unendliche Ansammlung von Galaxien, Nebeln und fernen Kometen. Faszinierendes Zeug, aber nicht leicht zu finden und manchmal sehr schwer zu sehen. Hier erfahren Sie, wie Sie den Weltraum erkunden und einige der grundlegenden Ausrüstungen und Bedingungen, die Sie berücksichtigen sollten.

Um Objekte im Weltraum beobachten zu können, benötigen Sie zunächst den dunkelsten Himmel, den Sie finden können. Dies bedeutet normalerweise einen abgelegenen Ort ohne häusliche "Lichtverschmutzung". …

Weitere Blogbeiträge zur Astronomie finden Sie hier. Bitte hinterlassen Sie Kommentare zu den Beiträgen.

Alle Ratschläge auf dieser Website dienen nur zu Informationszwecken, bitte beachten Sie den Haftungsausschluss der Website.


Wissenschaftler entdecken Tausende von Sonnensystemen, in denen Außerirdische die Erde beobachten könnten

Wissenschaftler haben Tausende anderer Planetensysteme identifiziert, in denen außerirdisches Leben unsere Erde sehen könnte.

Die nahegelegenen Sternensysteme sind kosmisch gesehen relativ nahe beieinander und so positioniert, dass sie unseren Planeten beim Überqueren der Sonne beobachten können.

Planeten um diese Sterne könnten die Erde sehen und verstehen, ob sie Leben enthält – und haben dies möglicherweise bereits getan.

So wie wir andere Sterne auf Planeten beobachten, die vor ihnen vorbeiziehen, und diese Informationen verwenden, um ihre Atmosphären zu verstehen und zu verstehen, ob sie außerirdisches Leben unterstützen können, könnten Außerirdische dasselbe für die Erde tun.

„Aus der Sicht der Exoplaneten sind wir die Außerirdischen“, sagte Lisa Kaltenegger, Professorin für Astronomie und Direktorin von Cornells Carl Sagan Institute am College of Arts and Sciences.

„Wir wollten wissen, welche Sterne den richtigen Blickwinkel haben, um die Erde zu sehen, da sie das Licht der Sonne blockiert“, sagte sie. „Und weil sich Sterne in unserem dynamischen Kosmos bewegen, wird dieser Aussichtspunkt gewonnen und verloren.“

In der neuen Forschung identifizierten Wissenschaftler insgesamt 2.034 der Sternensysteme, alle innerhalb von 326 Lichtjahren. Von diesen könnten 1.715 die Erde seit Beginn der menschlichen Zivilisation in den letzten paar tausend Jahren entdeckt haben - der Rest wird uns in den kommenden 5.000 Jahren sehen können.

Unter diesen Sternen befinden sich 75 innerhalb von 100 Lichtjahren von uns – das ist nah genug, dass die von Menschen erzeugten Funkwellen sie erreicht hätten.

Die Sterne selbst sind eine Vielzahl unterschiedlicher Arten, die der Größenverteilung und anderen Eigenschaften in der Milchstraße entsprechen. Einige von ihnen wurden bereits eingehend untersucht – auch solche, von denen wir wissen, dass sie ihre eigenen Planeten haben –, während andere fast vollständig unbekannt sind.

Wissenschaftler haben nicht genügend Daten, um zu wissen, wie viele dieser Sterne solche Gesteinsplaneten haben oder wie die Bedingungen auf ihnen sein könnten. Aber sie schätzen, dass es 29 potenziell bewohnbare Welten geben könnte, die so positioniert sind, dass sie die Erde vor der Sonne sehen und nah genug sind, um Radiowellen von uns zu erkennen.

Daher stellen die Wissenschaftler in der Forschung fest, dass die viel diskutierte Frage, ob wir unsere Anwesenheit vor außerirdischem Leben verbergen sollten, bereits irrelevant sein könnte. Es gibt viele Sterne, die nahe genug sind, dass die um sie herum lebenden Zivilisationen die Erde als „interessanten Planeten“ identifizieren könnten, sagen sie.

Die neue Forschung verwendete Daten aus der Gaia-Datenbank, die einen Katalog von astronomischen Objekten enthält, die sich innerhalb von 100 Parsec oder etwa 300 Lichtjahren von unserer Sonne befinden. Durch die Kombination dieser Informationen und der Betrachtung, wie sich der Blickwinkel im Laufe der Zeit verändert hat, konnten die Forscher herausfinden, welcher Ort möglicherweise am richtigen Ort war, um uns zu sehen.

Wissenschaftler haben zuvor versucht herauszufinden, welche Sterne die Erde möglicherweise sehen können, wenn sie vor der Sonne vorbeizieht, aber die neue Forschung ist die erste, die untersucht, wie sich diese Ansicht im Laufe der Zeit verändert haben könnte.

Die neue Studie „Past, Present and Future Stars, die die Erde als transitierenden Exoplaneten sehen können“ wird in Nature veröffentlicht.