Große Geheimnisse der Physik: Ist Zeit eine Illusion?

Die Natur der Zeit, ein Konzept, das für das menschliche Leben von grundlegender Bedeutung ist, im wissenschaftlichen Sprachgebrauch jedoch immer noch unklar ist, wird in der ersten Folge der neuen Podcast-Reihe „Great Mysteries of Physics“ untersucht.

Die erste Folge des neuen Podcasts, Große Geheimnisse der Physikbefasst sich mit der komplexen Natur der Zeit. Forscher stellen traditionelle Vorstellungen von der absoluten Zeit in Frage und diskutieren Theorien, die besagen, dass Zeit relativ und mit dem Raum verflochten ist, ein Konzept, das unserer subjektiven Erfahrung widerspricht. Die Diskrepanz könnte auf die zunehmende Entropie im Universum zurückzuführen sein, aber warum das Universum mit niedriger Entropie begann, bleibt ein Rätsel. Um dieses Problem zu lösen, schlagen Experten zusätzliche Forschung vor, einschließlich der Eliminierung der Zeit aus wissenschaftlichen Gleichungen und der Untersuchung der Thermodynamik von Uhren.

Ohne ein Zeitgefühl, das uns von der Wiege bis zur Bahre führt, hätte unser Leben wenig Sinn. Aber auf der grundlegendsten Ebene sind sich Physiker nicht sicher, ob die Art von Zeit, die wir erleben, überhaupt existiert.

Dies ist das Thema der ersten Folge unserer neuen Podcast-Reihe, Große Geheimnisse der Physik. Moderiert von mir, Miriam Frankel, Wissenschaftsredakteurin bei The Conversation, und unterstützt von wxyaIm Foundational Questions Institute sprechen wir mit drei Forschern über die Natur der Zeit.

Wissenschaftler gingen lange davon aus, dass die Zeit absolut und universell sei – für alle und überall gleich und unabhängig von uns existent. In der Quantenmechanik, die den Mikrokosmos der Atome und Teilchen beherrscht, wird es noch immer so behandelt. Aber Albert Einsteins Relativitätstheorien, die auf die Natur in großen Maßstäben anwendbar sind, zeigten, dass die Zeit eher relativ als absolut ist – sie kann beispielsweise schneller oder langsamer werden, je nachdem, wie schnell man reist. Auch die Zeit ist mit dem Raum zur „Raumzeit“ verwoben.

Einsteins Theorien ermöglichten es Wissenschaftlern, sich das Universum auf eine neue Art und Weise vorzustellen: als statischen, vierdimensionalen Block mit drei Raumdimensionen (Höhe, Breite und Tiefe) und der Zeit als vierter. Dieser Block enthält den gesamten Raum und die gesamte Zeit gleichzeitig – und die Zeit fließt nicht. Es gibt kein besonderes Jetzt im Block – was für einen Beobachter wie Gegenwart erscheint, ist für einen anderen einfach Vergangenheit.

Aber wenn das wahr ist, warum bewegt sich unsere Zeit dann so stark von der Vergangenheit in die Zukunft? Eine Antwort ist, dass die Entropie, ein Maß für die Unordnung, im Universum ständig zunimmt. Wenn man die Zahlen durchrechnet, erklärt Sean Carroll, ein Physiker an der Johns Hopkins University in den USA, stellt sich heraus, dass das frühe Universum eine sehr niedrige Entropie hatte. „[The universe] war sehr, sehr organisiert und nicht zufällig, und seitdem ist es irgendwie entspannend und immer zufälliger und unorganisierter geworden.“ Dies dürfte für menschliche Beobachter einen Zeitpfeil erzeugen.

Wir wissen jedoch nicht, warum das Universum mit einer so niedrigen Entropie begann. Carroll vermutet, dass es daran liegen könnte Wir sind Teil eines Multiversums enthält viele verschiedene Universen. In einer solchen Welt müssten einige Universen statistisch gesehen mit niedriger Entropie beginnen.

Emily Adlam, Physikphilosophin am Rotman Institute of Philosophy an der University of Western Ontario in Kanada, glaubt hingegen, dass das Rätsel, warum unser Universum mit niedriger Entropie begann, ein Problem ist, das letztendlich aus der Tatsache resultiert, dass die Physik so ist voller Annahmen über die Zeit.

„Ich persönlich bin eher der Meinung, dass die Zeit nicht vergeht“, erklärt sie. „Das ist eine Art Illusion, die von der Art und Weise herrührt, wie wir zufällig in die Welt eingebettet sind.“ Sie vermutet, dass auf der grundlegendsten Ebene alles auf einmal geschieht – auch wenn es uns nicht so erscheint.

Adlam argumentiert, dass der beste Weg, die Zeit zu verstehen, darin bestünde, sie vollständig aus unseren Naturtheorien zu entfernen – sie aus den Gleichungen zu streichen. Interessanterweise verschwindet die Zeit oft aus den Gleichungen, wenn Physiker versuchen, die allgemeine Relativitätstheorie mit der Quantenmechanik zu einer „Quantengravitationstheorie“ für alles zu vereinen.

Experimente könnten auch dazu beitragen, Licht auf die Natur der Zeit zu werfen und verschiedene Kombinationen von Quantenmechanik und allgemeiner Relativitätstheorie zu testen. Natalia Ares, Ingenieurin am Universität von Oxfordglaubt, dass das Studium der Thermodynamik (die Wissenschaft von Wärme und Arbeit) von Uhren kann helfen. „Wenn wir Uhren als Maschinen verstehen, können wir die Grenzen der Zeitmessung besser verstehen“, argumentiert sie.

Gastgeber:

• Miriam Frankel, Podcast-Moderatorin, The Conversation

Befragt:

• Emily Adlam, Postdoktorandin für Philosophie der Physik, Western University
• Natalia Ares, Forschungsstipendiatin der Royal Society University, Universität Oxford
• Sean Carroll, Homewood-Professor für Naturphilosophie, Johns Hopkins University

Dieser Artikel wurde erstmals veröffentlicht in Die Unterhaltung.