TEDxCaltech
Sean Carroll: Distant time and the hint of a multiverse
Sean Carroll: Ferne Zeit und der Hinweis auf ein Multiversum
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Kosmologe Sean Carroll nimmt bei TEDxCaltech eine täuschend einfache Frage in Angriff: Warum existiert Zeit überhaupt? Die potentiellen Antworten deuten auf ein überraschendes Bild von der Beschaffenheit des Universums und unserer Stellung darin hin.
Sean M. Carroll - Physicist, cosmologist
A physicist, cosmologist and gifted science communicator, Sean Carroll is asking himself -- and asking us to consider -- questions that get at the fundamental nature of the universe. Full bio
A physicist, cosmologist and gifted science communicator, Sean Carroll is asking himself -- and asking us to consider -- questions that get at the fundamental nature of the universe. Full bio
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The universe
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Das Universum
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is really big.
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ist gewaltig.
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We live in a galaxy, the Milky Way Galaxy.
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Wir leben in einer Galaxie, der Milchstraße.
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There are about a hundred billion stars in the Milky Way Galaxy.
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In der Milchstraße gibt es etwa einhundert Milliarden Sterne.
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And if you take a camera
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Und wenn Sie Ihre Kamera
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and you point it at a random part of the sky,
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auf einen beliebigen Punkt im Himmel richten
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and you just keep the shutter open,
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und Sie die Blende geöffnet halten,
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as long as your camera is attached to the Hubble Space Telescope,
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dann werden Sie so etwas wie das hier zu sehen bekommen, solange Ihre Kamera
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it will see something like this.
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mit dem Hubble-Weltraumteleskop verbunden ist.
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Every one of these little blobs
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Jeder dieser kleinen Flecken
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is a galaxy roughly the size of our Milky Way --
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ist eine Galaxie etwa so groß wie unsere Milchstraße -
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a hundred billion stars in each of those blobs.
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hundert Milliarden Sterne in jedem dieser Flecken.
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There are approximately a hundred billion galaxies
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Es gibt etwa einhundert Milliarden Galaxien
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in the observable universe.
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im sichtbaren Universum.
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100 billion is the only number you need to know.
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100 Milliarden ist die einzige Zahl, die Sie wissen müssen.
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The age of the universe, between now and the Big Bang,
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Das Alter des Universums, zwischen jetzt und dem Urknall,
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is a hundred billion in dog years.
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beträgt einhundert Milliarden Hundejahre.
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(Laughter)
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(Lachen)
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Which tells you something about our place in the universe.
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Was Ihnen etwas über unsere Stellung im Universum verrät.
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One thing you can do with a picture like this is simply admire it.
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Eins, was Sie mit einem Bild wie diesem machen können, ist, es einfach zu bewundern.
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It's extremely beautiful.
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Es ist wunderschön.
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I've often wondered, what is the evolutionary pressure
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Ich habe mich oft gefragt, worin der Selektionsdruck,
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that made our ancestors in the Veldt adapt and evolve
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der unsere Urahnen in der Steppe dazu veranlasste, sich anzupassen und weiterzuentwickeln,
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to really enjoy pictures of galaxies
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besteht, sich an Bildern von Galaxien zu erfreuen,
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when they didn't have any.
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wenn sie keine besaßen.
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But we would also like to understand it.
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Aber wir würden es auch gerne begreifen.
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As a cosmologist, I want to ask, why is the universe like this?
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62000
4000
Als Kosmologe möchte ich fragen, warum ist das Universum so, wie es ist?
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One big clue we have is that the universe is changing with time.
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66000
3000
Ein entscheidender Hinweis, den wir haben, ist, dass das Universum sich mit der Zeit verändert.
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If you looked at one of these galaxies and measured its velocity,
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Wenn Sie sich eine dieser Galaxien anschauen und ihre Geschwindigkeit messen würden,
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it would be moving away from you.
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würden Sie feststellen, dass sie sich von Ihnen fortbewegt.
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And if you look at a galaxy even farther away,
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74000
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Und wenn Sie sich eine Galaxie anschauen würden, die weiter entfernt ist,
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it would be moving away faster.
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würde sich diese schneller entfernen.
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So we say the universe is expanding.
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Also sagen wir, dass das Universum sich ausdehnt.
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What that means, of course, is that, in the past,
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80000
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Was das natürlich bedeutet, ist, dass die Dinge
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things were closer together.
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in der Vergangenheit näher beieinander lagen.
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In the past, the universe was more dense,
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In der Vergangenheit war das Universum dichter
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and it was also hotter.
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86000
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und zudem heißer.
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If you squeeze things together, the temperature goes up.
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Wenn man Dinge zusammenpresst, steigt die Temperatur.
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That kind of makes sense to us.
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Das ergibt für uns grundsätzlich Sinn.
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The thing that doesn't make sense to us as much
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Was für uns nicht so viel Sinn ergibt, ist,
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is that the universe, at early times, near the Big Bang,
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94000
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dass das Universum in früheren Zeiten, kurz nach dem Urknall,
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was also very, very smooth.
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auch sehr, sehr gleichmäßig war.
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You might think that that's not a surprise.
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Sie mögen denken, das sei nicht überraschend.
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The air in this room is very smooth.
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101000
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Die Luft in diesem Raum ist sehr gleichmäßig verteilt.
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You might say, "Well, maybe things just smoothed themselves out."
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103000
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Sie mögen sagen: "Naja, vielleicht haben sich die Dinge einfach von allein ausgeglichen."
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But the conditions near the Big Bang are very, very different
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3000
Aber die Gegebenheiten kurz nach dem Urknall waren völlig anders
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than the conditions of the air in this room.
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als die Gegebenheiten der Luft in diesem Raum.
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In particular, things were a lot denser.
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111000
2000
Insbesondere waren die Dinge viel dichter.
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The gravitational pull of things
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Die Gravitationskraft der Dinge
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was a lot stronger near the Big Bang.
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115000
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war sehr viel größer kurz nach dem Urknall.
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What you have to think about
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2000
Was Sie bedenken müssen, ist,
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is we have a universe with a hundred billion galaxies,
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2000
dass wir es mit einem Universum zu tun haben mit einhundert Milliarden Galaxien,
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a hundred billion stars each.
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2000
mit je einhundert Milliarden Sternen.
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At early times, those hundred billion galaxies
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3000
In frühen Zeiten waren diese einhundert Milliarden Galaxien
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were squeezed into a region about this big --
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126000
3000
in einem Raum zusammengepresst, der in etwa so groß war -
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literally -- at early times.
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129000
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wortwörtlich, in frühen Zeiten.
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And you have to imagine doing that squeezing
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Und Sie müssen sich dieses Zusammenpressen vorstellen
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without any imperfections,
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ohne jegliche Unregelmäßigkeiten,
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without any little spots
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ohne jegliche Punkte,
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where there were a few more atoms than somewhere else.
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137000
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an denen es ein paar mehr Atome gab als anderswo.
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Because if there had been, they would have collapsed under the gravitational pull
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139000
3000
Denn wenn das der Fall gewesen wäre, wären sie unter der Gravitationskraft kollabiert
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into a huge black hole.
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142000
2000
zu einem riesigen schwarzen Loch.
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Keeping the universe very, very smooth at early times
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3000
Das Universum in frühen Zeiten völlig gleichmäßig zu halten
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is not easy; it's a delicate arrangement.
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147000
2000
war nicht einfach, es war ein empfindliches Gefüge.
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It's a clue
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149000
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Das ist ein Hinweis darauf,
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that the early universe is not chosen randomly.
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151000
2000
dass das frühe Universum nicht willkürlich ausgewählt wurde.
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There is something that made it that way.
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153000
2000
Es gibt etwas, dass es so gemacht hat, wie es ist.
02:50
We would like to know what.
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155000
2000
Wir würden gerne wissen, was.
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So part of our understanding of this was given to us by Ludwig Boltzmann,
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157000
3000
Ein Teil unseres Wissens hierüber wurde uns von Ludwig Boltzmann geliefert,
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an Austrian physicist in the 19th century.
69
160000
3000
einem österreichischen Physiker aus dem 19. Jahrhundert.
02:58
And Boltzmann's contribution was that he helped us understand entropy.
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163000
3000
Und Boltzmanns Beitrag bestand darin, dass er uns half, Entropie zu verstehen.
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You've heard of entropy.
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166000
2000
Sie haben sich von Entropie gehört.
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It's the randomness, the disorder, the chaoticness of some systems.
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168000
3000
Es handelt sich dabei um die Willkürlichkeit, die Unordnung, das Chaos mancher Systeme.
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Boltzmann gave us a formula --
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171000
2000
Boltzmann lieferte uns eine Formel -
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engraved on his tombstone now --
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173000
2000
jetzt eingraviert in seinen Grabstein -
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that really quantifies what entropy is.
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175000
2000
die wirklich quantifiziert, was Entropie ist.
03:12
And it's basically just saying
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177000
2000
Und im Grunde besagt sie einfach,
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that entropy is the number of ways
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179000
2000
dass Entropie die Anzahl der Arten und Weisen ist,
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we can rearrange the constituents of a system so that you don't notice,
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181000
3000
auf die wir die Komponenten eines Systems umorganisieren können, ohne dass man eine Veränderung bemerkt,
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so that macroscopically it looks the same.
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184000
2000
so dass es makroskopisch genau gleich aussieht.
03:21
If you have the air in this room,
80
186000
2000
Betrachtet man sich die Luft in diesem Raum,
03:23
you don't notice each individual atom.
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188000
3000
nimmt man nicht jedes einzelne Atom wahr.
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A low entropy configuration
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191000
2000
In einer Konfiguration mit niedriger Entropie
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is one in which there's only a few arrangements that look that way.
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193000
2000
gibt es nur wenige Anordnungen, die so aussehen.
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A high entropy arrangement
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195000
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In einer Konfiguration mit hoher Entropie
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is one that there are many arrangements that look that way.
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197000
2000
gibt es viele Anordnungen, die so aussehen.
03:34
This is a crucially important insight
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199000
2000
Dies ist eine äußerst wichtige Erkenntnis,
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because it helps us explain
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201000
2000
weil es uns dabei hilft,
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the second law of thermodynamics --
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203000
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das zweite Gesetz der Thermodynamik zu erklären -
03:40
the law that says that entropy increases in the universe,
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205000
3000
das Gesetz, das besagt, das die Entropie im Universum zunimmt,
03:43
or in some isolated bit of the universe.
90
208000
2000
oder in einem begrenzten Teil des Universums.
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The reason why entropy increases
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210000
2000
Der Grund, warum die Entropie zunimmt,
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is simply because there are many more ways
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212000
3000
ist, dass es sehr viel mehr Arten und Weisen gibt,
03:50
to be high entropy than to be low entropy.
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215000
2000
eine hohe Entropie zu haben als eine niedrige Entropie zu haben.
03:52
That's a wonderful insight,
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217000
2000
Das ist eine wunderbare Erkenntnis,
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but it leaves something out.
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219000
2000
aber sie lässt etwas aus.
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This insight that entropy increases, by the way,
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221000
2000
Übrigens ist die Erkennis, das die Entropie zunimmt,
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is what's behind what we call the arrow of time,
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223000
3000
das, was sich hinter dem sogenannten Zeitpfeil verbirgt,
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the difference between the past and the future.
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226000
2000
dem Unterschied zwischen Vergangenheit und Zukunft.
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Every difference that there is
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228000
2000
Jeder Unterschied, den es
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between the past and the future
100
230000
2000
zwischen der Vergangenheit und der Zunkuft gibt,
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is because entropy is increasing --
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232000
2000
existiert, weil Entropie zunimmt -
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the fact that you can remember the past, but not the future.
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234000
3000
die Tatsache, dass Sie sich an die Vergangenheit, nicht aber an die Zukunft erinnern können.
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The fact that you are born, and then you live, and then you die,
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237000
3000
Der Grund dafür, dass Sie geboren werden, leben und dann sterben,
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always in that order,
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240000
2000
immer in dieser Reihenfolge,
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that's because entropy is increasing.
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242000
2000
ist, dass Entropie zunimmt.
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Boltzmann explained that if you start with low entropy,
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244000
2000
Boltzmann erklärte, dass es, wenn man mit einer niedrigen Entropie beginnt,
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it's very natural for it to increase
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246000
2000
natürlich ist, dass diese zunimmt,
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because there's more ways to be high entropy.
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248000
3000
da es mehr Möglichkeiten für eine Anordnung mit hoher Entropie gibt.
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What he didn't explain
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251000
2000
Was er nicht erklärte, war,
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was why the entropy was ever low in the first place.
110
253000
3000
warum die Entropie überhaupt jemals niedrig war.
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The fact that the entropy of the universe was low
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256000
2000
Die Tatsache, dass das Universum eine niedrige Entropie hatte,
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was a reflection of the fact
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258000
2000
spiegelte die Tatsache wieder,
04:35
that the early universe was very, very smooth.
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260000
2000
dass das frühe Universum sehr, sehr gleichmäßig war.
04:37
We'd like to understand that.
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262000
2000
Wir würden das gerne verstehen.
04:39
That's our job as cosmologists.
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264000
2000
Das ist unsere Aufgabe als Kosmologen.
04:41
Unfortunately, it's actually not a problem
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266000
2000
Leider ist das kein Problem,
04:43
that we've been giving enough attention to.
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268000
2000
dem wir bisher genug Aufmerksamkeit geschenkt haben.
04:45
It's not one of the first things people would say,
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270000
2000
Es ist keines der Dinge, die die Leute nennen würden,
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if you asked a modern cosmologist,
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272000
2000
wenn Sie einen neuzeitlichen Kosmologen fragen würden:
04:49
"What are the problems we're trying to address?"
120
274000
2000
"Welches sind die Probleme, die wir zu adressieren versuchen?"
04:51
One of the people who did understand that this was a problem
121
276000
2000
Einer der Menschen, die dies als Problem erkannten,
04:53
was Richard Feynman.
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278000
2000
war Richard Feynman.
04:55
50 years ago, he gave a series of a bunch of different lectures.
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280000
2000
Vor 50 Jahren hielt er eine Reihe von verschiedenen Vorlesungen.
04:57
He gave the popular lectures
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282000
2000
Er hielt die berühmten Vorlesungen,
04:59
that became "The Character of Physical Law."
125
284000
2000
die bekannt wurden als "The Character of Physical Law."
05:01
He gave lectures to Caltech undergrads
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286000
2000
Er hielt Vorlesungen für Caltech Studenten im grundständigen Studium,
05:03
that became "The Feynman Lectures on Physics."
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288000
2000
die bekannt wurden als "The Feynman Lectures on Physics."
05:05
He gave lectures to Caltech graduate students
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290000
2000
Er hielt Vorlesungen für Caltech Studenten im Aufbaustudium,
05:07
that became "The Feynman Lectures on Gravitation."
129
292000
2000
die bekannt wurden als "The Feynman Lectures on Gravitation."
05:09
In every one of these books, every one of these sets of lectures,
130
294000
3000
In jedem dieser Bücher, jeder dieser Vorlesungsreihen,
05:12
he emphasized this puzzle:
131
297000
2000
hebt er dieses Rätsel hervor:
05:14
Why did the early universe have such a small entropy?
132
299000
3000
Warum hatte das frühe Universum eine solch niedrige Entropie?
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So he says -- I'm not going to do the accent --
133
302000
2000
Er sagt also - ich werde den Akzent nicht nachahmen -
05:19
he says, "For some reason, the universe, at one time,
134
304000
3000
er sagt: "Aus irgendeinem Grund hatte das Universum zu einem gewissen Zeitpunkt
05:22
had a very low entropy for its energy content,
135
307000
3000
eine sehr niedrige Entropie, gemessen an seinem Energiegehalt,
05:25
and since then the entropy has increased.
136
310000
2000
und seit diesem Zeitpunkt hat die Entropie zugenommen.
05:27
The arrow of time cannot be completely understood
137
312000
3000
Der Zeitpfeil kann nicht vollständig verstanden werden,
05:30
until the mystery of the beginnings of the history of the universe
138
315000
3000
bis man dem Geheimnis des Ursprungs des Universums
05:33
are reduced still further
139
318000
2000
auf die Spur kommt und
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from speculation to understanding."
140
320000
2000
Spekulation sich in Verstehen verwandelt."
05:37
So that's our job.
141
322000
2000
Das also ist unsere Aufgabe.
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We want to know -- this is 50 years ago, "Surely," you're thinking,
142
324000
2000
Wir wollen es wissen - das war vor 50 Jahren, "Bestimmt," denken Sie,
05:41
"we've figured it out by now."
143
326000
2000
"hat man das mittlerweile herausgefunden."
05:43
It's not true that we've figured it out by now.
144
328000
2000
Es stimmt nicht, dass wir es mittlerweile herausgefunden haben.
05:45
The reason the problem has gotten worse,
145
330000
2000
Der Grund, warum sich das Problem noch vergrößert hat
05:47
rather than better,
146
332000
2000
anstatt besser zu werden, ist,
05:49
is because in 1998
147
334000
2000
dass wir im Jahr 1998
05:51
we learned something crucial about the universe that we didn't know before.
148
336000
3000
etwas Entscheidendes über des Universum lernten, das wir vorher nicht gewusst hatten.
05:54
We learned that it's accelerating.
149
339000
2000
Wir fanden heraus, dass es sich beschleunigt.
05:56
The universe is not only expanding.
150
341000
2000
Das Universum dehnt sich nicht nur aus.
05:58
If you look at the galaxy, it's moving away.
151
343000
2000
Wenn man sich die Galaxie betrachtet, entfernt sie sich.
06:00
If you come back a billion years later and look at it again,
152
345000
2000
Wenn man sie sich eine Milliarde Jahre später wieder betrachtet,
06:02
it will be moving away faster.
153
347000
3000
wird sie sich schneller entfernen.
06:05
Individual galaxies are speeding away from us faster and faster
154
350000
3000
Die einzelnen Galaxien bewegen sich schneller und schneller von uns fort.
06:08
so we say the universe is accelerating.
155
353000
2000
Daher sagen wir, dass das Universum sich beschleunigt.
06:10
Unlike the low entropy of the early universe,
156
355000
2000
Im Gegensatz zu der niedrigen Entropie des frühen Universums,
06:12
even though we don't know the answer for this,
157
357000
2000
obwohl wir die Antwort darauf nicht kennen,
06:14
we at least have a good theory that can explain it,
158
359000
2000
haben wir zumindest eine gute Theorie, die dies erklären kann,
06:16
if that theory is right,
159
361000
2000
falls diese Theorie zutrifft,
06:18
and that's the theory of dark energy.
160
363000
2000
und dass die die Theorie von der dunklen Energie.
06:20
It's just the idea that empty space itself has energy.
161
365000
3000
Dabei handelt es sich einfach um die Idee, dass der leere Raum selbst Energie besitzt.
06:23
In every little cubic centimeter of space,
162
368000
3000
In jedem kleinen Kubikzentimeter des Raums,
06:26
whether or not there's stuff,
163
371000
2000
ob es nun Stoff darin gibt oder nicht,
06:28
whether or not there's particles, matter, radiation or whatever,
164
373000
2000
ob es Teilchen gibt, Materie, Strahlung oder was auch immer,
06:30
there's still energy, even in the space itself.
165
375000
3000
gibt es Energie, auch im Raum selbst.
06:33
And this energy, according to Einstein,
166
378000
2000
Und nach Einstein treibt diese Energie
06:35
exerts a push on the universe.
167
380000
3000
das Universum an.
06:38
It is a perpetual impulse
168
383000
2000
Sie ist ein fortwährender Impuls,
06:40
that pushes galaxies apart from each other.
169
385000
2000
der die Galaxien auseinander treibt.
06:42
Because dark energy, unlike matter or radiation,
170
387000
3000
Denn im Gegensatz zu Materie oder Strahlung, verdünnt sich
06:45
does not dilute away as the universe expands.
171
390000
3000
dunkle Energie nicht, während das Universum sich ausdehnt.
06:48
The amount of energy in each cubic centimeter
172
393000
2000
Die Energiemenge in jedem Kubikzentimeter
06:50
remains the same,
173
395000
2000
bleibt gleich,
06:52
even as the universe gets bigger and bigger.
174
397000
2000
während das Universum größer und größer wird.
06:54
This has crucial implications
175
399000
3000
Das hat entscheidende Konsequenzen darauf,
06:57
for what the universe is going to do in the future.
176
402000
3000
was mit dem Universum in Zukunft geschehen wird.
07:00
For one thing, the universe will expand forever.
177
405000
2000
Einerseits wir sich das Universum für immer ausdehnen.
07:02
Back when I was your age,
178
407000
2000
Als ich in Ihrem Alter war,
07:04
we didn't know what the universe was going to do.
179
409000
2000
wussten wir nicht, was mit dem Universum geschehen würde.
07:06
Some people thought that the universe would recollapse in the future.
180
411000
3000
Manche Leute dachten, das Universum würde in der Zukunft wieder in sich zusammenfallen.
07:09
Einstein was fond of this idea.
181
414000
2000
Einstein gefiehlt diese Idee.
07:11
But if there's dark energy, and the dark energy does not go away,
182
416000
3000
Aber wenn es dunkle Energie gibt, und diese dunkle Energie nicht verschwindet,
07:14
the universe is just going to keep expanding forever and ever and ever.
183
419000
3000
dann wird sich das Universum für immer ausdehnen.
07:17
14 billion years in the past,
184
422000
2000
14 Milliarden Jahre in der Vergangenheit,
07:19
100 billion dog years,
185
424000
2000
100 Milliarden Hundejahre,
07:21
but an infinite number of years into the future.
186
426000
3000
aber eine unendliche Anzahl an Jahren in der Zukunft.
07:24
Meanwhile, for all intents and purposes,
187
429000
3000
Derweil sieht der Weltraum für uns
07:27
space looks finite to us.
188
432000
2000
im Grunde endlich aus.
07:29
Space may be finite or infinite,
189
434000
2000
Der Weltraum mag endlich oder unendlich sein,
07:31
but because the universe is accelerating,
190
436000
2000
aber weil sich das Universum beschleunigt,
07:33
there are parts of it we cannot see
191
438000
2000
gibt es Teile von ihm, die wir nicht sehen können
07:35
and never will see.
192
440000
2000
und nie sehen werden.
07:37
There's a finite region of space that we have access to,
193
442000
2000
Es gibt nur eine begrenzte Region des Weltalls, zu der wir Zugang haben,
07:39
surrounded by a horizon.
194
444000
2000
umgeben von einem Horizont.
07:41
So even though time goes on forever,
195
446000
2000
Daher ist der Weltraum, obwohl die Zeit ewig fortbesteht,
07:43
space is limited to us.
196
448000
2000
für uns begrenzt.
07:45
Finally, empty space has a temperature.
197
450000
3000
Abschließend hat der leere Raum eine Temperatur.
07:48
In the 1970s, Stephen Hawking told us
198
453000
2000
In den 1970er Jahren berichtete uns Stephen Hawking,
07:50
that a black hole, even though you think it's black,
199
455000
2000
dass ein schwarzes Loch, obwohl man meint, es sei schwarz,
07:52
it actually emits radiation
200
457000
2000
tatsächlich Strahlung absondert,
07:54
when you take into account quantum mechanics.
201
459000
2000
wenn man Quantenmechanik berücksichtigt.
07:56
The curvature of space-time around the black hole
202
461000
3000
Die Krümmung des Raum-Zeit-Kontinuums um das schwarze Loch
07:59
brings to life the quantum mechanical fluctuation,
203
464000
3000
lässt quantenmechanische Fluktuationen entstehen
08:02
and the black hole radiates.
204
467000
2000
und das schwarze Loch sendet Strahlung aus.
08:04
A precisely similar calculation by Hawking and Gary Gibbons
205
469000
3000
Eine ganz ähnliche Kalkulation von Hawking und Gary Gibbons zeigte,
08:07
showed that if you have dark energy in empty space,
206
472000
3000
dass, wenn man dunkle Energie in einem leeren Raum hat,
08:10
then the whole universe radiates.
207
475000
3000
das ganze Universum Strahlung aussendet.
08:13
The energy of empty space
208
478000
2000
Die Energie des leeren Raums
08:15
brings to life quantum fluctuations.
209
480000
2000
lässt Quantumfluktuationen entstehen.
08:17
And so even though the universe will last forever,
210
482000
2000
Und daher wird es, obwohl das Universum ewig fortbestehen wird
08:19
and ordinary matter and radiation will dilute away,
211
484000
3000
und gewöhnliche Materie und Strahlung sich verflüchtigen werden,
08:22
there will always be some radiation,
212
487000
2000
immer ein gewisses Maß an Strahlung geben,
08:24
some thermal fluctuations,
213
489000
2000
einige thermische Fluktuationen,
08:26
even in empty space.
214
491000
2000
selbst im leeren Raum.
08:28
So what this means
215
493000
2000
Was das bedeutet, ist,
08:30
is that the universe is like a box of gas
216
495000
2000
dass das Universum wie ein Behälter aus Gas ist,
08:32
that lasts forever.
217
497000
2000
den es für immer geben wird.
08:34
Well what is the implication of that?
218
499000
2000
Was ist die Konsequenz von all dem?
08:36
That implication was studied by Boltzmann back in the 19th century.
219
501000
3000
Die Konsequenz wurde von Boltzmann im 19. Jahrhundert untersucht.
08:39
He said, well, entropy increases
220
504000
3000
Er sagte, naja, Entropie nimmt zu,
08:42
because there are many, many more ways
221
507000
2000
weil es für eine hohe Entropie viel mehr Möglichkeiten gibt
08:44
for the universe to be high entropy, rather than low entropy.
222
509000
3000
als für eine niedrige Entropie.
08:47
But that's a probabilistic statement.
223
512000
3000
Aber das ist eine wahrscheinlichkeitstheoretische Aussage.
08:50
It will probably increase,
224
515000
2000
Sie wird wahrscheinlich zunehmen,
08:52
and the probability is enormously huge.
225
517000
2000
und die Wahrscheinlichkeit ist extrem groß.
08:54
It's not something you have to worry about --
226
519000
2000
Das ist nichts, worüber Sie sich Sorgen machen müssten -
08:56
the air in this room all gathering over one part of the room and suffocating us.
227
521000
4000
dass sich die Luft in diesem Raum in einem Teil des Raums zusammenzieht und uns ersticken lässt.
09:00
It's very, very unlikely.
228
525000
2000
Das ist sehr, sehr unwahrscheinlich.
09:02
Except if they locked the doors
229
527000
2000
Es sei denn, jemand verschließt die Türen
09:04
and kept us here literally forever,
230
529000
2000
und hält uns hier tatsächlich für immer fest,
09:06
that would happen.
231
531000
2000
dann würde das passieren.
09:08
Everything that is allowed,
232
533000
2000
Alles, was möglich ist,
09:10
every configuration that is allowed to be obtained by the molecules in this room,
233
535000
3000
jede Konfiguration, die den Molekülen in diesem Raum möglich ist,
09:13
would eventually be obtained.
234
538000
2000
würde irgendwann eingenommen werden.
09:15
So Boltzmann says, look, you could start with a universe
235
540000
3000
Daher sagt Boltzmann, man könnte mit einem Universum beginnen,
09:18
that was in thermal equilibrium.
236
543000
2000
das sich in einem thermischen Gleichgewicht befindet.
09:20
He didn't know about the Big Bang. He didn't know about the expansion of the universe.
237
545000
3000
Er wusste nichts vom Urknall. Er wusste nicht von der Expansion des Universums.
09:23
He thought that space and time were explained by Isaac Newton --
238
548000
3000
Er dachte, dass Raum und Zeit schon von Issac Newton erklärt worden waren -
09:26
they were absolute; they just stuck there forever.
239
551000
2000
sie waren absolut; sie waren einfach für immer da.
09:28
So his idea of a natural universe
240
553000
2000
Seine Idee eines natürlich Universums
09:30
was one in which the air molecules were just spread out evenly everywhere --
241
555000
3000
bestand also darin, dass die Luftmoleküle einfach überall gleichmäßig verteilt waren -
09:33
the everything molecules.
242
558000
2000
die 'Alles'-Moleküle.
09:35
But if you're Boltzmann, you know that if you wait long enough,
243
560000
3000
Aber wenn man Boltzmann ist, dann weiß man, wenn man lange genug wartet,
09:38
the random fluctuations of those molecules
244
563000
3000
dann werden zufällige Fluktuationen dieser Moleküle
09:41
will occasionally bring them
245
566000
2000
sie dann und wann in Konfiguationen
09:43
into lower entropy configurations.
246
568000
2000
niedrigerer Entropie befördern.
09:45
And then, of course, in the natural course of things,
247
570000
2000
Und dann werden sie sich natürlich wieder ausdehnen,
09:47
they will expand back.
248
572000
2000
wie es der natürliche Lauf der Dinge ist.
09:49
So it's not that entropy must always increase --
249
574000
2000
Also ist es nicht so, dass Entropie immer zunehmen muss -
09:51
you can get fluctuations into lower entropy,
250
576000
3000
man kann Fluktuationen zu einer niedrigeren Entropie beobachten,
09:54
more organized situations.
251
579000
2000
zu Zuständen, die organisierter sind.
09:56
Well if that's true,
252
581000
2000
Wenn das also wahr ist,
09:58
Boltzmann then goes onto invent
253
583000
2000
dann geht Boltzmann dazu über,
10:00
two very modern-sounding ideas --
254
585000
2000
zwei hoch modern klingende Vorstellungen zu erfinden -
10:02
the multiverse and the anthropic principle.
255
587000
3000
das Multiversum und das anthropische Prinzip.
10:05
He says, the problem with thermal equilibrium
256
590000
2000
Er sagt, dass das thermische Gleichgewicht deshalb ein Problem ist,
10:07
is that we can't live there.
257
592000
2000
weil wir darin nicht leben können.
10:09
Remember, life itself depends on the arrow of time.
258
594000
3000
Erinnern Sie sich, das Leben selbst hängt ab vom Zeitpfeil.
10:12
We would not be able to process information,
259
597000
2000
Wir wären nicht in der Lage, Informationen zu verarbeiten,
10:14
metabolize, walk and talk,
260
599000
2000
Stoffwechsel zu betreiben, zu gehen und zu sprechen,
10:16
if we lived in thermal equilibrium.
261
601000
2000
wenn wir in einem thermischen Gleichgewicht leben würden.
10:18
So if you imagine a very, very big universe,
262
603000
2000
Wenn man sich also ein sehr, sehr großes Universum vorstellt,
10:20
an infinitely big universe,
263
605000
2000
ein unendlich großes Universum,
10:22
with randomly bumping into each other particles,
264
607000
2000
mit Teilchen, die willkürlich aneinander stoßen,
10:24
there will occasionally be small fluctuations in the lower entropy states,
265
609000
3000
dann wird es gelegentlich kleine Fluktuationen in Zustände niedrigerer Entropie geben,
10:27
and then they relax back.
266
612000
2000
und dann gehen sie wieder zurück.
10:29
But there will also be large fluctuations.
267
614000
2000
Aber es wir auch große Fluktuationen geben.
10:31
Occasionally, you will make a planet
268
616000
2000
Gelegentlich wird ein Planeten erschaffen
10:33
or a star or a galaxy
269
618000
2000
oder ein Stern oder eine Galaxie
10:35
or a hundred billion galaxies.
270
620000
2000
oder einhundert Milliarden Galaxien.
10:37
So Boltzmann says,
271
622000
2000
Boltzmann sagt also,
10:39
we will only live in the part of the multiverse,
272
624000
3000
wir werden nur in dem Teil des Multiversums existieren,
10:42
in the part of this infinitely big set of fluctuating particles,
273
627000
3000
in dem Teil dieses unendlich großen Gefüges fluktuierender Teilchen,
10:45
where life is possible.
274
630000
2000
in dem Leben möglich ist.
10:47
That's the region where entropy is low.
275
632000
2000
Das ist die Region, in dem die Entropie niedrig ist.
10:49
Maybe our universe is just one of those things
276
634000
3000
Vielleicht ist unser Universum einfach eines dieser Dinge,
10:52
that happens from time to time.
277
637000
2000
die von Zeit zu Zeit passieren.
10:54
Now your homework assignment
278
639000
2000
Ihre Hausaufgabe ist es jetzt,
10:56
is to really think about this, to contemplate what it means.
279
641000
2000
darüber wirklich nachzudenken, zu überlegen, was das bedeutet.
10:58
Carl Sagan once famously said
280
643000
2000
Carl Sagan sagte bekannterweise einmal:
11:00
that "in order to make an apple pie,
281
645000
2000
"Um einen Apfelkuchen backen zu können,
11:02
you must first invent the universe."
282
647000
3000
muss man zunächst einmal das Universum erfinden."
11:05
But he was not right.
283
650000
2000
Aber er hatte Unrecht.
11:07
In Boltzmann's scenario, if you want to make an apple pie,
284
652000
3000
Wenn man in Boltzmanns Szenario einen Apfelkuchen backen will,
11:10
you just wait for the random motion of atoms
285
655000
3000
dann wartet man einfach darauf, dass die willkürliche Bewegung von Atomen
11:13
to make you an apple pie.
286
658000
2000
den Apfelkuchen backt.
11:15
That will happen much more frequently
287
660000
2000
Das wird weitaus öfter geschehen
11:17
than the random motions of atoms
288
662000
2000
als die zufälligen Bewegungen von Atomen,
11:19
making you an apple orchard
289
664000
2000
die eine Apfelbaumplantage
11:21
and some sugar and an oven,
290
666000
2000
und etwas Zucker und einen Ofen
11:23
and then making you an apple pie.
291
668000
2000
und dann einen Apfelkuchen hervorbringen.
11:25
So this scenario makes predictions.
292
670000
3000
Dieses Szenario trifft Vorhersagen.
11:28
And the predictions are
293
673000
2000
Und die Vorhersagen sind,
11:30
that the fluctuations that make us are minimal.
294
675000
3000
dass die Fluktuationen, die uns hervorbringen, minimal sind.
11:33
Even if you imagine that this room we are in now
295
678000
3000
Selbst, wenn man sich vorstellt, dass der Raum, in dem wir jetzt sind,
11:36
exists and is real and here we are,
296
681000
2000
existiert und real ist und wir sind hier
11:38
and we have, not only our memories,
297
683000
2000
und wir haben nicht nur unsere Erinnerungen,
11:40
but our impression that outside there's something
298
685000
2000
sondern auch unseren Eindruck, dass draußen etwas existiert,
11:42
called Caltech and the United States and the Milky Way Galaxy,
299
687000
4000
das sich Caltech und die Vereinigten Staaten und die Milchstraße nennt,
11:46
it's much easier for all those impressions to randomly fluctuate into your brain
300
691000
3000
dann ist es viel einfacher, dass all diese Eindrücke zufällig in Ihr Gehirn fluktuieren,
11:49
than for them actually to randomly fluctuate
301
694000
2000
als dass sie sich willkürlich zu Caltech
11:51
into Caltech, the United States and the galaxy.
302
696000
3000
und zu den Vereinigten Staaten und zur Galaxie zusammenfluktuieren.
11:54
The good news is that,
303
699000
2000
Die gute Nachricht ist,
11:56
therefore, this scenario does not work; it is not right.
304
701000
3000
dass dieses Szenario deshalb nicht funktioniert; es ist nicht richtig.
11:59
This scenario predicts that we should be a minimal fluctuation.
305
704000
3000
Dieses Szenario sagt vorher, dass wir eine minimale Fluktuation sein sollten.
12:02
Even if you left our galaxy out,
306
707000
2000
Selbst, wenn man unsere Galaxie außer Acht lässt,
12:04
you would not get a hundred billion other galaxies.
307
709000
2000
würde man nicht einhundert Milliarden andere Galaxien bekommen.
12:06
And Feynman also understood this.
308
711000
2000
Und Feynman verstand dies ebenfalls.
12:08
Feynman says, "From the hypothesis that the world is a fluctuation,
309
713000
4000
Feynman sagt: "Ausgehend von der Hypothese, dass die Welt eine Fluktuation ist,
12:12
all the predictions are that
310
717000
2000
sind alle Prognosen solcherart, dass wir,
12:14
if we look at a part of the world we've never seen before,
311
719000
2000
wenn wir einen Teil der Welt betrachten, den wir noch nie zuvor gesehen haben,
12:16
we will find it mixed up, and not like the piece we've just looked at --
312
721000
2000
ihn durcheinander geraten vorfinden werden, und nicht wie den Teil, den wir kurz zuvor angeschaut haben -
12:18
high entropy.
313
723000
2000
hohe Entropie.
12:20
If our order were due to a fluctuation,
314
725000
2000
Wenn unsere Ordnung Folge einer Fluktuation wäre,
12:22
we would not expect order anywhere but where we have just noticed it.
315
727000
2000
dann würden wir nirgendwo anders Ordnung erwarten als genau dort, wo wir sie gerade festgestellt haben.
12:24
We therefore conclude the universe is not a fluctuation."
316
729000
4000
Daraus schließen wir, dass das Universum keine Fluktuation ist."
12:28
So that's good. The question is then what is the right answer?
317
733000
3000
Das ist gut. Die Frage ist dann, was ist die richtige Antwort?
12:31
If the universe is not a fluctuation,
318
736000
2000
Wenn das Universum keine Fluktuation ist,
12:33
why did the early universe have a low entropy?
319
738000
3000
warum hatte das frühe Universum dann eine niedrige Entropie?
12:36
And I would love to tell you the answer, but I'm running out of time.
320
741000
3000
Und ich würde Ihnen die Antwort darauf liebend gerne geben, aber mir rennt die Zeit davon.
12:39
(Laughter)
321
744000
2000
(Lachen)
12:41
Here is the universe that we tell you about,
322
746000
2000
Auf der einen Seite haben wir hier das Universum, von dem wir Ihnen berichten,
12:43
versus the universe that really exists.
323
748000
2000
auf der anderen Seite das Universum, das wirklich existiert.
12:45
I just showed you this picture.
324
750000
2000
Ich habe Ihnen gerade dieses Bild gezeigt.
12:47
The universe is expanding for the last 10 billion years or so.
325
752000
2000
Das Universum dehnt sich seit etwa 10 Milliarden Jahren aus.
12:49
It's cooling off.
326
754000
2000
Es kühlt sich ab.
12:51
But we now know enough about the future of the universe
327
756000
2000
Aber wir wissen jetzt genug über die Zukunft des Universums,
12:53
to say a lot more.
328
758000
2000
dass wir sehr viel mehr sagen können.
12:55
If the dark energy remains around,
329
760000
2000
Wenn die dunkle Energie bestehen bleibt,
12:57
the stars around us will use up their nuclear fuel, they will stop burning.
330
762000
3000
dann werden die Sterne um uns herum ihren nuklearen Treibstoff aufbrauchen, sie werden aufhören zu brennen.
13:00
They will fall into black holes.
331
765000
2000
Sie werden zu schwarzen Löchern kollabieren.
13:02
We will live in a universe
332
767000
2000
Wie werden in einem Universum leben,
13:04
with nothing in it but black holes.
333
769000
2000
in dem es nichts anderes gibt als schwarze Löcher.
13:06
That universe will last 10 to the 100 years --
334
771000
4000
Dieses Universum wird 10 hoch 100 Jahre existieren -
13:10
a lot longer than our little universe has lived.
335
775000
2000
sehr viel länger als unser kleines Universum besteht.
13:12
The future is much longer than the past.
336
777000
2000
Die Zukunft ist sehr viel länger als die Vergangenheit.
13:14
But even black holes don't last forever.
337
779000
2000
Aber auch schwarze Löcher halten nicht ewig.
13:16
They will evaporate,
338
781000
2000
Sie werden sich auflösen,
13:18
and we will be left with nothing but empty space.
339
783000
2000
und wir werden zurückbleiben mit nichts als leerem Raum.
13:20
That empty space lasts essentially forever.
340
785000
4000
Dieser leere Raum wird im Wesentlichen für immer fortbestehen.
13:24
However, you notice, since empty space gives off radiation,
341
789000
3000
Aber da der leere Raum Strahlung absondert,
13:27
there's actually thermal fluctuations,
342
792000
2000
gibt es thermische Fluktuationen,
13:29
and it cycles around
343
794000
2000
und er durchläuft
13:31
all the different possible combinations
344
796000
2000
all die möglichen verschiedenen Kombinationen
13:33
of the degrees of freedom that exist in empty space.
345
798000
3000
des Maßes an Freizügigkeit, die in einem leeren Raum existiert.
13:36
So even though the universe lasts forever,
346
801000
2000
Obwohl das Universum für immer fortbesteht,
13:38
there's only a finite number of things
347
803000
2000
gibt es also nur eine endliche Anzahl an Dingen,
13:40
that can possibly happen in the universe.
348
805000
2000
die im Universum passieren können.
13:42
They all happen over a period of time
349
807000
2000
Sie alle geschehen über einen Zeitraum hinweg von
13:44
equal to 10 to the 10 to the 120 years.
350
809000
3000
10 hoch 10 hoch 120 Jahren.
13:47
So here's two questions for you.
351
812000
2000
Hier sind also zwei Fragen für Sie.
13:49
Number one: If the universe lasts for 10 to the 10 to the 120 years,
352
814000
3000
Nummer eins: Wenn das Universum 10 hoch 10 hoch 120 Jahre fortbesteht,
13:52
why are we born
353
817000
2000
warum werden wir geboren
13:54
in the first 14 billion years of it,
354
819000
3000
in den ersten 14 Milliarden Jahren,
13:57
in the warm, comfortable afterglow of the Big Bang?
355
822000
3000
im warmen, komfortablen Nachglühen des Urknalls.
14:00
Why aren't we in empty space?
356
825000
2000
Warum existieren wir nicht im leeren Raum?
14:02
You might say, "Well there's nothing there to be living,"
357
827000
2000
Sie mögen sagen: "Naja, dort gibt es nichts, worin man leben kann",
14:04
but that's not right.
358
829000
2000
aber das ist nicht richtig.
14:06
You could be a random fluctuation out of the nothingness.
359
831000
2000
Sie könnten eine willkürliche Fluktuation aus dem Nichts sein.
14:08
Why aren't you?
360
833000
2000
Warum sind Sie es nicht?
14:10
More homework assignment for you.
361
835000
3000
Mehr Hausaufgaben für Sie.
14:13
So like I said, I don't actually know the answer.
362
838000
2000
Wie ich schon gesagt habe, ich kenne die Antwort nicht wirklich.
14:15
I'm going to give you my favorite scenario.
363
840000
2000
Ich werde Ihnen mein Lieblingsszenario schildern.
14:17
Either it's just like that. There is no explanation.
364
842000
3000
Entweder ist es so, dass einfach keine Erklärung gibt.
14:20
This is a brute fact about the universe
365
845000
2000
Es ist eine rücksichtslose Tatsache der Universums,
14:22
that you should learn to accept and stop asking questions.
366
847000
3000
die man akzeptieren und nicht hinterfragen sollte.
14:26
Or maybe the Big Bang
367
851000
2000
Oder vielleicht ist der Urknall
14:28
is not the beginning of the universe.
368
853000
2000
nicht der Beginn des Universums.
14:30
An egg, an unbroken egg, is a low entropy configuration,
369
855000
3000
Ein Ei, ein unversehrtes Ei, ist eine Konfiguration niedriger Entropie,
14:33
and yet, when we open our refrigerator,
370
858000
2000
und dennoch sagen wir, wenn wir unseren Kühlschrank öffnen,
14:35
we do not go, "Hah, how surprising to find
371
860000
2000
nicht: "Hah, was für eine Überraschung
14:37
this low entropy configuration in our refrigerator."
372
862000
2000
diese Konfiguration niedriger Entropie in unserem Kühlschrank zu finden."
14:39
That's because an egg is not a closed system;
373
864000
3000
Das kommt daher, dass ein Ei kein geschlossenes System ist;
14:42
it comes out of a chicken.
374
867000
2000
es kommt aus einem Huhn.
14:44
Maybe the universe comes out of a universal chicken.
375
869000
4000
Vielleicht kommt das Universum aus einem universellen Huhn.
14:48
Maybe there is something that naturally,
376
873000
2000
Vielleicht gibt es etwas, das naturgemäß,
14:50
through the growth of the laws of physics,
377
875000
3000
anhand der Entwicklung der physikalischen Gesetze,
14:53
gives rise to universe like ours
378
878000
2000
Universen wie unseres hervorbringt,
14:55
in low entropy configurations.
379
880000
2000
in Konfigurationen niedriger Entropie.
14:57
If that's true, it would happen more than once;
380
882000
2000
Falls das der Fall ist, dann würde es mehr als einmal passieren;
14:59
we would be part of a much bigger multiverse.
381
884000
3000
wir wären Teil eines viel größeren Multiversums.
15:02
That's my favorite scenario.
382
887000
2000
Das ist mein Lieblingsszenario.
15:04
So the organizers asked me to end with a bold speculation.
383
889000
3000
Die Veranstalter haben mich darum gebeten, mit einer gewagten Spekulation zu enden.
15:07
My bold speculation
384
892000
2000
Meine gewagte Spekulation ist,
15:09
is that I will be absolutely vindicated by history.
385
894000
3000
dass die Zeit mich absolut bestätigen wird.
15:12
And 50 years from now,
386
897000
2000
Und in 50 Jahren
15:14
all of my current wild ideas will be accepted as truths
387
899000
3000
werden all meine derzeitigen wilden Ideen als Wahrheiten akzeptiert werden
15:17
by the scientific and external communities.
388
902000
3000
von den wissenschaftlichen und externen Gemeinden.
15:20
We will all believe that our little universe
389
905000
2000
Wir alle werden der Ansicht sein, dass unser kleines Universum
15:22
is just a small part of a much larger multiverse.
390
907000
3000
nur ein kleiner Teil eines viel größeren Multiversums ist.
15:25
And even better, we will understand what happened at the Big Bang
391
910000
3000
Und noch besser, wir werden verstehen, was beim Urknall geschehen ist,
15:28
in terms of a theory
392
913000
2000
mit Hilfe einer Theorie,
15:30
that we will be able to compare to observations.
393
915000
2000
die wir mit unseren Beobachtungen vergleichen werden können.
15:32
This is a prediction. I might be wrong.
394
917000
2000
Das ist eine Prophezeiung. Ich mag falsch liegen.
15:34
But we've been thinking as a human race
395
919000
2000
Aber wir machen uns als menschliche Rasse schon
15:36
about what the universe was like,
396
921000
2000
seit vielen, vielen Jahre Gedanken darüber,
15:38
why it came to be in the way it did for many, many years.
397
923000
3000
wie das Universum aussah, warum es entstand, wie es entstand.
15:41
It's exciting to think we may finally know the answer someday.
398
926000
3000
Es ist aufregend, darüber nachzudenken, dass wir die Antwort vielleicht eines Tages kennen werden.
15:44
Thank you.
399
929000
2000
Vielen Dank.
15:46
(Applause)
400
931000
2000
(Applaus)
ABOUT THE SPEAKER
Sean M. Carroll - Physicist, cosmologistA physicist, cosmologist and gifted science communicator, Sean Carroll is asking himself -- and asking us to consider -- questions that get at the fundamental nature of the universe.
Why you should listen
Sean Carroll is a theoretical physicist at Caltech in Pasadena, California, where he researches theoretical aspects of cosmology, field theory and gravitation -- exploring the nature of fundamental physics by studying the structure and evolution of the universe.
His book on cosmology and the arrow of time, From Eternity to Here: The Quest for the Ultimate Theory of Time, was published in 2010. He keeps a regular blog at Cosmic Variance.
Sean M. Carroll | Speaker | TED.com