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Zeitloses über die Zeit

"Raum und Zeit" – ein schlichter Titel für ein großes Thema. Sind diese Begriffe trivial, da mit selbstverständlichen sinnlichen Erfahrungen verbunden, oder stecken sehr tiefe Wahrheiten dahinter? Das kleine, 200-seitige Büchlein von Andreas Müller versucht darauf Antworten zu geben. Dabei scheint der Raum eher noch das kleinere Problem zu sein. Seine drei Dimensionen sind uns bestens vertraut – mehr können wir allerdings nicht verkraften. Die Zeit ist dagegen ein bemerkenswert flüchtiges Phänomen. Je mehr man darüber nachdenkt, umso verwirrender wird die Sache, wie schon Augustinus erkannt hat. Auch moderne Philosophen haben kaum zur Klärung beigetragen. Der Nebel wurde eher dichter, wie man am Beispiel von Martin Heidegger sehen kann, der dem Thema sogar ein ganzes Werk ("Sein und Zeit") gewidmet hat. Dort heißt es: "Zeit ist kein Ding, demnach nichts Seiendes, bleibt aber in ihrem Vergehen ständig, ohne selber etwas Zeitliches zu sein wie das in der Zeit Seiende. Sein und Zeit bestimmen sich wechselweise, jedoch so, daß das Sein weder als Zeitliches noch die Zeit als Seiendes angesprochen werden können." Ist alles klar?

Zum Glück haben sich theoretische Physiker dem Phänomen angenommen – allerdings mit unterschiedlichem Erfolg. Isaac Newton war klar, dass Raum und Zeit durch "Bewegung" verknüpft sind, er konnte aber nicht über seinen Schatten springen und erklärte sie zu unabhängigen, absoluten Größen. Sie bilden die gottgegebene Bühne auf der sich alles abspielt und die unabhängig von den materiellen Dingen existiert. Leibniz und Mach fanden diesen theologisch motivierten "Absolutismus" unhaltbar. Und so ging der Streit weiter, bis Albert Einstein die "Relativität" zum Prinzip erhob und Raum und Zeit mit Unterstützung von Hermann Minkowski untrennbar zur vierdimensionalen Raumzeit verband. Es gelang ihm aber nicht, den leeren Raum und die kosmische Zeit vollständig aus der Natur zu verbannen. Ernst Mach, der von Einstein bewunderte Schöpfer des universellen Machschen Prinzips, hätte an der Allgemeinen Relativitätstheorie sicher einiges zu kritisieren gehabt.

Wie behandelt nun Andreas Müller, Astrophysiker an der TU München, das schwierige Thema? Gibt er Antworten auf die fundamentalen Fragen? Ja, es sind aber leider die gängigen, populären Antworten. Diskutiert wird weniger darüber, was Zeit und Raum eigentlich sind, sondern eher wie sie gemessen werden. Es geht also hauptsächlich um die im Mikro-, Meso- oder Makrokosmos beheimateten Phänomene, die Maßstäbe und Uhren definieren oder beeinflussen. Diese pragmatische Darstellung findet man in vielen einschlägigen Werken.

Müllers Buch gliedert sich in fünf Kapitel. Im ersten geht es um den Raum. Nach einem kurzen Exkurs über Koordinaten und Einheiten, wird Newtons absoluter Raum und Machs Kritik daran diskutiert ("ohne Materie kein Raum"). Ähnlich knapp wird im nächsten Kapitel die Zeit in der klassischen Physik abgehandelt. Im Vordergrund stehen Zeitmessung und Uhren. Interessant ist der Abschnitt über "Zeitpfeile". Hier geht es um Thermodynamik (Entropie) und Kosmologie (Expansion). Unter "Galileis absolute Zeit" hätte man eher Newton erwartet, da Galilei ein Verfechter der "Relativität" war. Grundlegend Neues erfährt man hier nicht. Im nächsten Kapitel werden Raum und Zeit zur "Raumzeit" verknüpft. Erläutert werden die speziell-relativistische Längenkontraktion und Zeitdilatation, also die Anhängigkeit von räumlichen beziehungsweise zeitlichen Maßstäben vom Bewegungszustand. Schließlich darf auch der Einfluss der Gravitation nicht fehlen: Nach Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie bestimmen bekanntlich Masse und Energie die Geometrie der Raumzeit – ein gekrümmtes vierdimensionales Kontinuum, das unserer Anschauung verborgen bleibt.

Am interessantesten sind die beiden Schlusskapitel. In "Das neue Wesen von Raum und Zeit?" geht es um die (räumlichen) Extradimensionen der Stringtheorie und die Loop-Quantenkosmologie mit ihrer diskreten Raumzeit-Struktur – beides hochspekulative Gebiete. Der Abschnitt "Gedanken zum Schluss" behandelt zunächst die populäre Frage "Was war vor dem Urknall?"; hier erscheint auch die "konforme zyklische Kosmologie" von Roger Penrose. Schließlich folgen wir dem Autor "Auf der Spur nach dem Wesen von Raum und Zeit". Diese fünf Seiten entschädigen etwas für die Hausmannskost der vorangegangenen Kapitel. Sie bieten zwar eher eine Zusammenfassung des Buches, es sind aber auch einige philosophische Gedanken eingestreut.

Meine Kritik am Buch greift genau hier an: Warum kommen zwei wichtige moderne, physikalisch-philosophisch motivierte Ideenkomplexe zum Wesen von Raum und Zeit nicht vor? Da ist zum einen der relationale Ansatz von Julian Barbour, in dem das Machsche Prinzip erstmals wirklich ernst genommen wird. Er umfasst sowohl die klassische Welt (Newton, Einstein) wie auch die Quantenwelt. Ich denke, in der kritischen Diskussion der Raumzeit als Hintergrund (Bühne), liegt der Schlüssel zur Überwindung des Problems der Vereinigung von Allgemeiner Relativitätstheorie und Quantenfeldtheorie. Erstere hat die globale Absolutheit von Raum und Zeit nicht vollständig überwunden und Letztere ist massiv hintergrundabhängig; daran krankt auch die derzeit populärste Vereinigung, die Stringtheorie. Die universelle Zeit wird bei Barbour zur Illusion (Zeit ist allenfalls in Subsystemen als "Ephemeridenzeit" vorhanden) und der Raum ist nur durch Relationen der materiellen Körper definiert (dabei eliminieren Symmetrien alle redundanten Freiheitsgrade). Diese Natur zeigt sich auch in der berühmten Wheeler-DeWitt-Gleichung. Hier liegt der zweite moderne Ansatz, das Problem von Raum und Zeit fundamental anzugehen. Er ist eng mit dem Namen Claus Kiefer verbunden. Dessen Quantenkosmologie hat eine beachtliche Substanz. Beide Ideenkomplexe brechen übrigens die schon traditionelle vierdimensionale Raumzeit wieder auf. Dynamisch relevant sind nur die dreidimensionalen Hyperflächen, wie bereits John Wheeler bemerkte. Von ihm stammt auch der bemerkenswerte Satz: "Zeit ist das Instrument der Natur, welches verhindert, dass alles auf einmal geschieht."

Barbour, Kiefer und Wheeler werden von Müller einfach ignoriert – dabei sind deren Theorien nicht schwieriger zu verstehen als Extradimensionen, Spinschaum oder ein zyklisches Universum. Das Buch wärmt lediglich "periphere" Betrachtungen auf, welche die moderne Physik nach Meinung einiger Theoretiker, wie etwa Lee Smolin, zum Stillstand bringen. Das soll nicht heißen, dass man Müllers "Raum und Zeit" nicht gewinnbringend lesen kann. Wer sich mit den Theorien von den kleinsten bis zu den größten Dingen befassen will, wird hier gut bedient. Alles ist auf dem neuesten Stand. Die Sprache ist verständlich, die Grafiken anschaulich und ein Glossar bietet schnelle und kompetente Information; hilfreich sind auch das Literatur- und Stichwortverzeichnis. Was mir aber im Buch zu kurz kommt, ist die Philosophie von Raum und Zeit – natürlich nicht à la Heidegger sondern auf kritisch-physikalischem Boden!

10. KW 2013

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 10. KW 2013

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