Astronomie & Physik
Ist Zeit eine Illusion?
Unmittelbar erleben wir, wie die Dinge sich "im Lauf der Zeit" verändern. Dennoch postulieren Physiker neuerdings ein völlig statisches, zeitloses Universum.
Craig Callender ist Philosophieprofessor
an der University of
California in San Diego. Beginnend
mit seiner Doktorarbeit "Explaining
Time’s Arrow" hat er zahlreiche
Fachartikel über Philosophie und
Physik der Zeit publiziert. Er schrieb
das populäre Buch "Introducing
Time" und arbeitet an einem Werk
über Zeitwahrnehmung unter dem
Titel "Time: From the Inside Out". Doch so natürlich diese Denkweise anmutet, in der Naturwissenschaft spiegelt sie sich nicht wider. Die physikalischen Gleichungen sagen uns nicht, was sich gerade jetzt ereignet; sie sind wie eine Karte ohne die Markierung "Sie sind hier". In ihnen gibt es weder den gegenwärtigen Moment noch den Fluss der Zeit. Insbesondere besagen Albert Einsteins Relativitätstheorien nicht nur, dass keine speziell ausgezeichnete Gegenwart existiert, sondern auch, dass alle Momente gleich real sind. Im Grunde ist die Zukunft nicht offener als die Vergangenheit…
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1. Ja, Zeit ist eine Illusion
11.10.2010, Hans Pröpper, 41352 KorschenbroichDer große Königsberger Philosoph Immanuel Kant hatte sich schon 1781 im Zusammenhang seiner"Kritik der reinen Vernunft" zwangsläufig mit diesem Thema befasst. (Der transzendentalen Ästhetik Zweiter Teil, Von der Zeit.)
Das Ergebnis in Kurzfassung:
JA: Zeit existiert als konstitutives Element "Anschauungsform"(ebenso wie Raum) menschlichen Erkennens und nur für dieses! Alles was wir erkennen, bzw. wie wir es erkennen, "das Ding in der Erscheinung", erscheint uns zeitlich (und räumlich) geordnet.
Nein: Zeit existiert nicht, denn das "Ding an sich", alles was dahinter steht, also frei ist von den konstitutiven Bedingungen unseres Erkennens, ist davon frei!
2. Veränderung, nicht Zeit, ist der grundlegende Begriff
11.10.2010, Harald Kirsch, DüsseldorfWären wir in der Lage, in einem von seiner Umwelt isolierten Raumgebiet die Veränderung oder Fortentwicklung von Materie und Feldern "einzufrieren", läuft dort dann weiterhin Zeit ab? Wenn keine Wechselwirkungen mehr stattfinden, wenn selbst eine Atomuhr aufhört zu "ticken", wenn jeder Veränderungsprozess der zum Messen von Zeit herangezogen werden könnte eingefroren ist, läuft dann noch Zeit ab? Ich denke, nein.
Meiner Meinung nach ist Zeit lediglich ein Weg zum Messen und Vergleichen der durch die Grundkräfte der Physik getriebenen Fortentwicklung von Materie und Feldern. Jede Uhr beruht auf dem Mitzählen einer regelmäßigen Veränderung und dient damit als Maßstab für alle anderen in uns und um uns ablaufenden Veränderungen. Würde die Welt, und mit ihr unsere Uhren, "langsamer ticken", wir hätten keine Möglichkeit dies zu bemerken. So wie für ein Schachspiel nur die Zugfolge wichtig ist, egal ob sie durch Schnellschach oder Briefschach zu Stande kommt, so ist in der Welt die Veränderung der grundlegendere Begriff. Zeit zu messen ist analog zum Zählen der Züge im Schach.
Tatsächlich passt diese Sicht der Zeit hervorragend zur speziellen Relativitätstheorie, in der die Veränderungsgeschwindigkeit vom Beobachter abhängt. Und die unterschiedlichen Veränderungsgeschwindigkeiten implizieren unterschiedliche, beobachterabhängige Zeitmessungen.
3. Beobachten besser als vermuten
11.10.2010, Julian Dindas, LauterSicherlich: Zeit ist etwas kaum fassbares, zu sehr unterschieden und unterscheiden sich die Wahrnehmung und die sprachliche Manifestierung dieser in den Sprachen und Kulturen der Menschen. Ihre Artikelreihe zur Zeit machte dies deutlich: Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft sind wohl eher moderne Begriffe und repräsentieren nur eine Ordnung der Zeit unter den vielen die Menschen wahrnehmen und beschreiben können. Und was uns heute im Alltag als wohl geordnete Aneinanderreihung Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft erscheint, wurde durch Einstein aufgelöst. Zeit kann gestaucht und gestreckt werden, mal vergeht sie schneller, mal langsamer. Gleichzeitigkeit existiert nicht mehr. Alles ist relativ.
Aber Einsteins Relativitätstheorien sind beobachtbar, ihre Effekte sind messbar. Sie sind nicht die ganze Wahrheit, ihr Versagen auf Quantenebene legt davon Zeugnis ab. Und aus dieser Kluft zwischen Quanten- und Relativitätstheorie erwachsen nun die vielfältigsten Theorien, um beide zu vereinen, lang schon sind sie so kompliziert das sie Laien nicht mehr zu vermitteln sind, das ist aber auch nicht der Anspruch. Ansprüche sind vielmehr die mathematische Exaktheit, die Logik der Schlussfolgerungen und letztlich die Möglichkeit zur Beobachtung in der realen Natur. Ich bin der festen Überzeugung, dass die Mathematik etwas der Natur immanentes ist, etwas was vor dem Menschen da war, etwas wofür wir nur die Sprache aus Symbolen und Formalismen geschaffen haben, um sie im Wortsinn zu begreifen. Ob damit aber ein Anspruch auf Realität erwächst, so dass alles, was sich streng mathematisch ergibt, auch so sein muss, ist zu bezweifeln. Nur weil sich das Formelzeichen t, für die Zeit, sich aus Gleichungen herauskürzt, heißt dies doch noch nicht, dass Zeit nicht existiert. Ich weiß nicht, wie es ist, ich meine nur, die Zeit ist etwas so grundlegend Charakteristisches für unser Universum, dass in diesen Fragen der Beweis durch Beobachtung, wie kompliziert sie auch sein mögen, unbedingt erbracht werden muss. Ich halte es für leichtfertig, immer komplexere Theorien aufzustellen, die unser Universum (wenn nicht mehr) erklären wollen, und sich dabei wiederum auf Vermutungen zu stützen, die vielleicht gar nicht beweisbar sind. So wie in der Biologie der Beginn des Lebens nicht beweisbar ist, da chemische Reaktionen keine Fossilien hinterlassen und Überreste von ersten Protozellen längst der Plattentektonik zum Opfer gefallen sind.
Insgesamt glaube ich: Warum sollte unser Universum so über die Maßen kompliziert sein? Vermutlich ist es viel einfacher.
4. Zeit ist keine Einzeldimension
11.10.2010, Josef Wieser• Die Zeit kann einzeln für sich nicht verstanden werden, sondern macht nur Sinn im Verbund der (mindestens) vierdimensionalen Raumzeit, die zu jeder definierten Koordinate nur ein reales Abbild hat. Es macht also keinen Sinn, die Zeit als Einzeldimension mit Sondereigenschaften (im Unterschied zu den drei Raumdimensionen, die als umkehrbar verstanden werden können) zu begreifen.
• Der Autor verwendet jeweils das Wort "Zeit" für so unterschiedliche Bedeutungen wie "Zeitpunkt" oder Zeitfluss. Obwohl schon Albert Einstein dies z. B. in seinen Abhandlungen "Zur Elektordynamik bewegter Körper" auch so handhabt, ist es einer Beschreibung eines Szenarios nicht zuträglich und nicht eindeutig verstehbar.
• Bei der Abbildung auf S. 35 oben soll vermutlich die Sonderform der Zeit als besondere Dimension in der vierdimensionalen Raumzeit herausgestellt werden. Dies Bedarf meiner Ansicht nach keiner Darstellung, denn eine Ungleichheit der drei Raumdimensionen mit der Zeit als vierter Dimension ist in unserem Erfahrungssystem (einschließlich einer Kugel, die - durch eine zeitlichen Ortsveränderung - an einer räumlichen Wand abprallt) trivial. Außerdem ist durch die Definition einer rein räumlichen Wand bereits eine Sonderstellung der Zeitdimension im Beispielansatz festgelegt.
• Wäre Zeit nur eine Illusion, dann auch die Veränderung, da sie per Definition einen Vergleich zwischen einem Vorher und einem Nachher erfodert, der nur durch mit einem Vorhandensein von Zeit existieren kann. Da aber Veränderungen physikalisch messbar stattfinden, so kann auch die Zeit keine Illusion sein. Selbst das Vorhandensein einer sich verändernden Illusion setzt das Vorhandensein von Zeit - zumindest in einer emergenten Form - voraus. Ein Umkehrschluss ergäbe, dass es kein Leben gäbe. Es sei denn der Zeitfluss wird als statisch begriffen und die Veränderung an sich als stationär. In diesem Fall ist es notwendig, sich vor der weiteren Diskussion auf gemeinsame Definitionen von Begriffen wie Dynamik und Veränderung zu einigen. Jede "Weltformel" muss auch die Erfahrungswelt richtig beschreiben.
• Auch Albert Einstein formuliert die Lichtgeschwindigkeit als Grundgröße - hieraus ist die Zeit ableitbar und nicht mehr als Grundkonstannte notwendig. Mathematisch wie physikalisch ist aber durch Formelumformung genauso die Zeit als Grundgröße definierbar - auch hierbei bleibt die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum konstannt. (Außerdem gibt es alternative Definitionen zur Gleichzeitigkeit von Ereignissen - die der Autor der Zeit abspricht - die mit der Albert Einsteins konkurrieren, wodurch natürlich die Aussagen der Relativitätstheorie nicht in Frage gestellt werden.)
Ausdrücklich möchte ich abschließend noch die Arbeiten Craig Callenders sowie die Qualität Ihrer Zeitschrift würdigen.
5. Viel Worte und wenig Ordnung
11.10.2010, Dr. med. Claus-Dieter Kopetzky, GrossrosselnSo fabuliert Callender frei weg ohne einen deklarierten Zeitbegriff. Im ersten Satz meint er offensichtlich eine "subjektive" Zeit, späterhin die Zeit schlechthin, zum Schluss eine "objektive", dann auch eine "Erfahrungszeit" und schließlich gar eine "physikalische Zeit", was immer er darunter versteht. Was soll ich denn dann mit dem Hinweis anfangen, dass es Naturwissenschaftler gäbe, die die Existenz der Zeit leugnen. Die Existenz welcher Zeit? "Auch die Zeit könnte eine emergente Eigenschaft der grundlegenden Bestandteile dieser Welt sein."
Ohne auf die problematische Begrifflichkeit der Emergenz eingehen zu wollen, ist ihre Feststellung oder Vermutung immer einem bewertenden Vergleich zeitlich unterschiedlicher Beobachtungen und Beobachtungsebenen geschuldet. Die Feststellung einer Emergenz kann der falsifizierbaren Erklärung der Entstehung eines neuen Phänomens dienen, für den Beweis dessen Existenz/Nichtexistenz ist sie untauglich. Die Existenz einer wirkenden, also realen Zeit wäre mit hinreichender Sicherheit nachzuweisen, bevor ich mir Gedanken über ihre Entstehung machen könnte. Die "Entdeckung" der Emergenz einer (noch) nicht bewiesenen, subjektiven?, objektiven?, physikalischen? Zeit den Leistungen von Einstein gleichzusetzen, spricht für die Begeisterungsfähigkeit von C. Callender.
Zum Schluss nochmals Kant: "Die Zeit ist also lediglich eine subjektive Bedingung unserer (menschlichen) Anschauung, (welche jederzeit sinnlich ist, d.i. so fern wir von Gegenständen affiziert werden,) und an sich, außer dem Subjekte, nichts." (Kant. I.: Kritik der reinen Vernunft, B51). Solange diese Aussage (mit ihren Begründungen) nicht widerlegt ist, können wir kaum von der emergente Eigenschaft einer subjektiven und objektiven Zeit sprechen. Was bleibt, wäre die "physikalische Zeit". Unterstellt, sie existiert, müsste sie sich in ihren Wechselwirkungen zeigen, offen in welchen. Eher unwahrscheinlich ist aber, dass sie die Eigenschaften der uns bekannten Zeit besitzt.
Ich vermag nicht zu beurteilen, ob es gelingen könnte, diese auf mathematischen Metaebenen darzustellen. Wenn wir allerdings die Ergebnisse dieser Gleichungen in unserer Erfahrungsebene deuten wollten, wären wir wieder auf die subjektiven zeitlichen, räumlichen und kausalen Kategorien unseres Verstandes angewiesen. Das ist so, als wollten wir den Eimer hochheben, in dem wir stehen. Nun soll der Artikel sicher nicht der wissenschaftlichen Diskussion dienen, eher der Unterhaltung der "naturwissenschaftlich interessierten Laien". Aber auch Laien verdienen den Respekt der Sorgfalt und methodischen Ordnung. Es verwundert schon, wie sorglos, wenn nicht fahrlässig der Philosoph Callender sprachkritische Grundregeln ausser Acht lässt, indem er immer wieder undeklariert die subjektive Beschreibung an die Stelle des beschriebenen Objektes setzt. Als Titelgeschichte des Spektrum der Wissenschaft, dessen Leser und Abonnent ich vom ersten Heft an bin, ist die Story aus meiner Sicht leider pathognomisch. Dies gilt zwar weniger für die Entwicklung der Zeitschrift im letzten Jahrzehnt (das aber auch) als für die Entwicklung der Naturwissenschaften.
Die von Callender geschilderten Zweifel und Unsicherheiten sind damit ausdrücklich nicht gemeint, vielmehr die mangelnde Disziplin von Naturwissenschaftlern mit ihnen methodisch, sprachlich und inhaltlich umzugehen. Dass der existentielle Zwang möglichst viel, in möglichst kurzer Zeit zu veröffentlichen, zu Lasten der gebotenen Sorgfalt und Ruhe geht, wer vermag das nicht zu sehen. Den Naturwissenschaften ist "die Zeit" zwar nicht gänzlich abhandengekommen, was könnten sie denn noch ohne sie messen, wohl aber die Solidität ihrer wissenschaftstheoretischen Basis.
Dem interessierten Laien offenbart sich ein einziger Kuddelmuddel, weshalb auch ich mich zur Nachsicht mahne: Die subjektive Beschreibung eines Objektes kann nur schwerlich geordneter sein, als die Ordnung des beschriebenen Objektes. Abschließend gestehe ich, dass auch ich eine "Zeitlosigkeit" kenne. Z.B. gerade jetzt. Ich habe keine Zeit mehr: Meine Frau hat mich zum zweiten Mal zum Essen gerufen. Und das muss ich ernst nehmen, Zeit hin oder Zeit her.
6. Zeit entsteht durch den Akt des Beobachtens
12.10.2010, Gerhard Fischer, Neubau (Österreich)Im Rahmen der Quantenmechanik kommt noch der wichtige Aspekt hinzu, dass ein unbeobachtetes System sich in keinem eindeutigen, bestimmten Zustand befindet. Alle auf Grund der Randbedingungen möglichen Zustände sind quasi gleichzeitig vorhanden, sie sind einander überlagert.
Wie kommt also die Zeit in die unsere Welt?
In der Quantenmechanik ist ein weiterer Effekt bekannt, der allerdings mit Mitteln der Schrödinger-Gleichung nicht beschreibbar ist und der bisher völlig rätselhaft und gesetzlos erscheint: In dem Augenblick, in dem ein System beobachtet wird, nimmt ein zunächst unbestimmter Zustand plötzlich einen bestimmten Zustand an (dies wird auch Kollaps der schrödingerschen Wellenfunktion genannt). Durch den Vorgang der Beobachtung entsteht ein Vorher und ein Nachher, das System ist nach der Beobachtung wesentlich verschieden von jenem vor der Beobachtung: Das Ergebnis der Beobachtung ist aus dem vorhergehenden System nicht ableitbar und die im Zuge der Beobachtung gewonnenen Fakten übernehmen die Rolle von zusätzlichen Randbedingungen. Dieser Effekt ist für einzelne Photonen und Elementarteilchen sehr ausgeprägt, für einen Vorgang des menschlichen Alltags, in dem Myriaden von Photonen und Atomen im Spiel sind, ist der Gesamteffekt dieser Kollapse einzelner Teilchen winzig, auf Grund statistischer Effekte erscheinen neue makroskopische physikalische Gesetze. Dies ändert jedoch nichts am Prinzip der permanent stattfindenden mikroskopischen nichtdeterministischen Vorgänge.
Auch ist zu bedenken, dass sich menschliches Beobachten in Zuständen des Neuronennetzes des Gehirns repräsentiert. Die permanent stattfindenden Kollapse von unbestimmten Zuständen eines beobachteten Systems zu bestimmten Zuständen spiegeln sich also wider in permanenten nichtdeterministischen Zustandswechseln des Gehirns. Da das Gehirn diese Zustandswechsel selbst erkennen kann, entsteht die Wahrnehmung der Zeit.
Die Schlussfolgerung lautet: Menschlich wahrgenommene Zeit entsteht durch den Akt des Beobachtens, sie ist keine inhärente Eigenschaft des beobachteten Systems.
7. Eigentlich kein Problem, oder bin ich zu naiv?
15.10.2010, Prof. Dr. Dietrich H. Nies8. Zwei Bedeutungen von "Zeitlosigkeit"
15.10.2010, Peter Eisenhardt, Frankfurt am Main9. Die Physik des Subjekts
15.10.2010, Dr. Michael Klement, St. Johann im Pongau, ÖsterreichAndrej Linde hat in 'Elementarteilchen und inflationärer Kosmos' sehr anschaulich das Phänomen 'Beobachtung' beschrieben - nämlich als Zerfall des Universums in den Beobachter und das beobachtete 'quasiklassische' Restuniversum. Für Letzteres finden wir in der Quantenmechanik eine hervorragende Beschreibung. Für Ersteres, das beobachtende Subjekt, fehlt uns bislang jeder Ansatz einer Theorie.
Zeit als kann nur als Phänomen der Wechselwirkung zwischen Subjekt und Objekt verstanden werden, Veränderung nur in Bezug auf etwas geschehen. Um eine Analogie aus der objektorientierten Programmierung zu bemühen - die Klasse, das Objekt ist zeitlos und unveränderlich, erst die Instanz 'erfährt' Veränderung und Zeit. Der Vorgang der Instanzierung eines Programmobjekts kann cum grano salis als Selbstbeobachtung des Programms verstanden werden. Im Fokus der Selbstbeobachtung fließt Zeit, geschieht Veränderung.
Eine vollständige Theorie des Universums muss also eine Theorie des Beobachters miteinschließen. Eine Physik des Subjekts.
10. Falsche Frage
21.10.2010, Dr. Michael Klement, St. Johann im Pongau, Österreich11. Zum Leserbrief von Herrn Harald Kirsch
25.10.2010, Gerhard Fischer, NeubauMeines Erachtens gilt dieselbe Schlussfolgerung, wenn Systemzustände von verschiedenen "Zeitpunkten" streng deterministisch untereinander abbildbar sind. Es gibt dann nichts Neues mehr in alle Ewigkeit.
Was ist denn das Besondere am Zeitpunkt der so genannten Gegenwart? Ich sage: Es ist der Akt des Beobachtens (oder wenn Sie so wollen, der Akt des Wahrnehmens oder des Bewusstwerdens eines Sachverhalts). Jede Beobachtung eines einzigen Photons (in der menschlichen Praxis sind das natürlich unendlich viele und es können auch andere Informationsträger sein) ändert das System grundlegend, es ist plötzlich ein völlig anderes System, es ist eine Veränderung in Ihrem Sinn. Es ändert sich das Gesamtsystem, das sowohl aus dem beobachteten System als auch aus den Messapparaturen und dem Gehirn des Beobachters besteht.
Dieser Fluss von Informationen, dies ist auch der Fluss der Zeit - denn Information ist die Wahrnehmung der Veränderung eines Systems von einem unbestimmten Zustand in einen bestimmten Zustand. Und Wahrnehmung findet statt, wenn eine solche Systemänderung im Gehirn stattfindet.
12. Zeit – eine Definition
26.10.2010, Egbert Scheunemann, HamburgDie Erde und mit ihr alles, was sich auf und in ihr befindet, bewegt sich permanent. Sie dreht sich um sich selbst und um die Sonne. Unser Sonnensystem dreht sich um den Kern unserer Galaxis. Unsere Galaxis bewegt sich relativ zu anderen Galaxien. Der Mond dreht sich relativ zur Erde und die Erde relativ zum Mond – und beide drehen sich um den gemeinsamen Schwerpunkt. Menschen am Äquator bewegen sich relativ zur Erdachse schneller als ich in Hamburg. Und mein Kopf bewegt sich, gemessen am exakten Erdmittelpunkt, relativ schneller als meine Füße, falls ich aufrecht stehe. Das Blut in meinen Adern bewegt sich relativ zu meinen Kapillaren. Meine Gehirnströme bewegen sich relativ zu meinen Neuronen. Die Elektronen, aus denen diese Neuronen unter anderem bestehen, bewegen sich relativ zu den Protonen, aus denen sie auch bestehen. Alles bewegt sich permanent relativ zu irgend etwas anderem!
Wenn ich also die Zeit, in Kurzform, als die Bewegung der Dinge (der Materieenergie, der Energiematerie) definiere, fällt sie unter die Erhaltungssätze. Sie ist dann so absolut, wie überhaupt etwas absolut sein kann in unserem Universum: die Erhaltung der Materieenergie bzw. der Energiematerie in ihren verschiedenen bewegten Erscheinungsformen. Sie ist dann so wenig eine Illusion wie die permanent bewegte Energiematerie selbst.
Um ein erstes, schwächeres Argument für diese Definition der Zeit bzw. ihres ‚Wesens’ anzuführen: Es ist unmittelbar klar, dass wir eine Uhr, also einen Chronometer (griech. ο χρόνος, die Zeit), ohne irgend etwas, das sich relativ zu irgend etwas anderem bewegt, nicht einmal denken, geschweige den konstruieren können: emittierte Photonen, schwingende Atome oder schwingende Pendel, Schwungräder und gespannte Federn in mechanischen Uhrwerken, rieselnder Sand, rotierende Planeten etc. pp.
Und um das stärkste nur denkbare Argument gleich folgen zu lassen: Man stelle sich ein Universum vor ohne jede Bewegung von irgend etwas! Eine bessere ‚Definition’ des (eben auch zeitlichen) NICHTS kann man sich kaum – ‚vorstellen’! Und man merkt sofort und intuitiv, dass ein Zustand absoluter Bewegungslosigkeit eine physikalische und physische Unmöglichkeit ist: Ein Planet, der nicht mehr um sein Zentralsystem kreisen würde, müsste, denkt man sich zunächst, durch die Gravitation in letzteres stürzen. Aber halt: Auch diese Bewegung gäbe es nicht mehr, wenn es keine Bewegung mehr gäbe! Und sogar den Planeten selbst und die Sonne, um die er kreist, und alle anderen Planeten und Sterne und alle andere Materie und Energie und Strahlung im Universum würde es nicht mehr geben – weil kein Molekül und kein Atomgitter und kein Atom und kein Elementarteilchen und keine Strahlung vibrierend, schwingend, rotierend, also sich bewegend Energie tragen könnte, weil kein Elektron mehr um seinen Atomkern kreisen oder als Strom fließend sich durch Atomgitter bewegen würde, kein Atomkern, kein Elementarteilchen, definiert (nach De Broglie) als Materiewelle, kein Photon, definiert als elektromagnetische Welle, kein Teilchenspin sich schwingend, vibrierende oder rotierend im Universum tummeln würde, weil also einfach NICHTS mehr wäre – ‚wäre’.
In einem solchen physikalisch und physisch unmöglichen und nicht einmal denkbaren Zustand (es gäbe ja auch niemanden mehr, der denken könnte…) wäre also auch alles ‚weg’, was man in irgend einem vernünftigen Sinne als Materie oder Energie bezeichnen könnte. Die Totalannihilation jeder Bewegung wäre die Totalannihilation jeder Zeit, jeder Energie, jeder Materie – also des Seins schlechthin.