Kollektive Halluzination! Was ist Zeit?

Zeit ist ein vertrautes Konzept, das scheinbar keiner Definition bedarf. Doch die moderne Physik hat viele unserer Annahmen entkräftet und offenbart, dass Zeit in vielerlei Hinsicht eine Illusion ist.

Die Diskussion um die wahre Bedeutung der Zeit, sogar um ihre Existenz auf einer grundlegenden Ebene, ist heute lebendiger denn je und verknüpft sich mit den tiefsten Fragen der theoretischen Physik.

Zu Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts revolutionierte Albert Einstein unsere Vorstellung von Raum und Zeit mit seiner Theorie der speziellen Relativitätstheorie (1905) und der allgemeinen Relativitätstheorie (1915). Demnach ist die Zeit abhängig von der Geschwindigkeit des Beobachters und dem Gravitationsfeld, dem er ausgesetzt ist – Phänomene, die experimentell bestätigt wurden.

Seitdem verstehen wir die Zeit als eine Dimension, die denselben Charakter wie die drei räumlichen Dimensionen besitzt: die vierte Dimension.

Die Zeit vergeht langsamer im Kopf als in den Füßen

Nehmen wir an, Ihre Standuhr zeigt 10 Uhr an, wenn Sie zum Spazieren ausgehen, und 11 Uhr, wenn Sie zurückkommen. Der gesunde Menschenverstand würde sagen, dass eine Stunde vergangen ist und dass auch die Uhr in Ihrer Tasche (wenn sie korrekt funktioniert) eine Stunde angezeigt hat. Aber genau genommen ist das nicht korrekt. Da Sie sich bewegt haben, ist die verstrichene Zeit für Sie und Ihre Taschenuhr tatsächlich etwas kürzer als für die Standuhr zu Hause. Der Unterschied ist so minimal, dass er praktisch vernachlässigbar ist. Führt man jedoch dieses Experiment mit Atomuhren durch, bestätigt sich, dass die verstrichene Zeit unterschiedlich ist – genau wie von Einsteins Theorie vorhergesagt.

Das gilt auch für die Gravitation: In einem stärkeren Gravitationsfeld vergeht die Zeit langsamer. Stehen Sie, so vergeht die Zeit in Ihrem Kopf schneller als in Ihren Füßen. Dies wurde auch experimentell bestätigt.

Es existiert keine universelle Weltzeit. Es lässt sich nicht behaupten, dass die Realität zu einem bestimmten Zeitpunkt aus einer Determiniertheit besteht, die sich aus gleichzeitig an verschiedenen Orten stattfindenden Ereignissen zusammensetzt. Für einen anderen Beobachter stellen sich die Fakten, die die gegenwärtige Realität konstituieren, anders dar.

Der Fluss der Zeit für die Physik

Die tiefgreifendste psychologische Erkenntnis über die Zeit ist, dass sie, im Gegensatz zum Raum, fließt. Vergangene Geschehnisse sind bereits passiert; sie existierten, existieren jedoch nicht mehr. Die Zukunft hingegen steht noch aus. Einzig die Gegenwart besitzt eine wirkliche Existenz.

In den Gleichungen der Physik findet sich jedoch kein Hinweis darauf, dass die Zeit in dieser Art und Weise fließt. Diese Gesetze beziehen sich auf Ereignisse zu unterschiedlichen Zeiten (das heißt, sie sind durch verschiedene Werte der Zeitkoordinate gekennzeichnet), aber sie implizieren nicht, dass die Zeit von der Vergangenheit in die Zukunft fortschreitet.

So unglaublich es klingen mag, der Ablauf der Zeit ist vermutlich eine Illusion – allerdings eine sehr überzeugende.

Was ist der Grund für diese kollektive Halluzination?

Angenommen, die Zeit würde langsamer vergehen, wie könnten wir das feststellen? In diesem Gedankenexperiment dürfen wir uns nicht dazu verleiten lassen zu glauben, dass die Zeit nur für uns langsamer vergeht. Als Teil des Universums würden sich unsere Gehirnprozesse und die daraus resultierenden Gedanken synchron mit allen Uhren verlangsamen. Die Antwort ist also, dass wir es nicht bemerken würden. Unsere Wahrnehmung bliebe unverändert.

Selbst wenn der “Fluss der Zeit” rückwärts liefe, wären unsere Gedanken in jedem Augenblick identisch, ebenso unsere “Erinnerungen” und die Wahrnehmung der Zeit.

Der Pfeil der Zeit

Die Zeit scheint in eine bestimmte Richtung zu vergehen, nicht in die entgegengesetzte, ein Phänomen, das als “Zeitpfeil” bekannt ist. Wenn wir Milch in Kaffee rühren, vermischen sie sich, doch das Gegenteil geschieht nie. Fällt ein Ei herunter, zerbricht es, aber nie setzen sich die Stücke spontan wieder zusammen. Dies liegt am zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, der besagt, dass “die Entropie eines isolierten Systems nicht abnimmt”.

Entropie wird oft als Maß für die Unordnung in einem physikalischen System verstanden. Der zweite Hauptsatz ist eigentlich kein physikalisches Gesetz, sondern basiert auf Statistik: Es gibt mehr ungeordnete als geordnete Zustände, daher tendieren Systeme dazu, Unordnung zu entwickeln.

Betrachten Sie ein Kartenspiel mit 20 roten und 20 schwarzen Karten. Wenn Sie es mischen, verlieren Sie schnell eine bestimmte Anordnung. Egal wie oft Sie mischen, es wird praktisch nie zur ursprünglichen Konfiguration zurückkehren, obwohl es theoretisch möglich ist. Diese irreversiblen Prozesse erzeugen den Zeitpfeil, der Vergangenheit von Zukunft unterscheidet.

Ordnung im Urknall

Zum Zeitpunkt des Urknalls wies das Universum eine sehr niedrige Entropie auf, was bedeutet, dass es kaum Unordnung gab. Der Grund für diese entscheidende Tatsache ist unbekannt, obwohl es interessante Modelle zu ihrer Erklärung gibt. Dank dieser geringen Entropie konnte sie steigen und der uns bekannte Zeitpfeil bildete sich heraus.

Seit diesem entfernten Zeitpunkt hat die Entropie nur durch irreversible Prozesse zugenommen, wie die erwähnten (zerbrechende Eier, Vermischung von Flüssigkeiten) und andere von größerer Bedeutung (Sterne, die Wasserstoff verbrennen).

Irreversible Prozesse vermitteln ein starkes Gefühl von Ursache und Wirkung in dieser Reihenfolge. In den physikalischen Gleichungen ist diese Unterscheidung jedoch nicht vorhanden, da alle Prozesse theoretisch reversibel sind.

Der Stein im Teich

Stellen Sie sich vor, Sie lassen einen Stein in einen Teich fallen, wodurch die charakteristischen konzentrischen Wellen auf der Oberfläche entstehen. Theoretisch könnte dieser Prozess umgekehrt werden: Durch eine zufällige Fluktuation könnten sich perfekte Wellen bilden, die sich zur Mitte hin bewegen, wo ein Strudel den Stein anhebt und in Ihre Hand wirft, bevor die Oberfläche wieder vollkommen ruhig wird – wie ein rückwärts abgespielter Film.

Obwohl dies nicht gegen die Gesetze der Physik verstößt, ist es höchst unwahrscheinlich. Der Grund hierfür liegt im zweiten Hauptsatz der Thermodynamik: Prozesse verlaufen stets von einem Zustand niedrigerer zu höherer Entropie. Der Zustand des Steins in der Hand und des stillen Teiches besitzt viel weniger Entropie als der Stein am Teichgrund und das durch den Einschlag leicht erwärmte Wasser.

Wird uns ein Foto von kreisförmigen Wellen auf der Wasseroberfläche eines Teiches gezeigt, bringen wir dies mit einem Zustand niedriger Entropie in Verbindung, wie zum Beispiel dem Eintauchen eines Objekts. Das Gegenteil, eine zufällige Fluktuation des Wassers, erscheint äußerst unwahrscheinlich.

Deshalb ordnen wir die Ursache in der Vergangenheit an, im Bereich niedriger Entropie. Aus diesem Grund sprechen wir von Ursache und Wirkung, wobei die Ursache der Wirkung vorausgeht.

Dies ist auch der Grund, warum Aufzeichnungen und Erinnerungen in der Vergangenheit verankert sind. Fällt ein Stein in Schlamm, werden die entstandenen Wellen “festgehalten” und bilden eine Aufzeichnung der “Ursache”, die sie erzeugt hat – ein Ereignis, das immer in der Vergangenheit liegt.

Die Welt ist voll von solchen Spuren der Vergangenheit: Mondkrater, Fossilien, menschliche Bauwerke und so weiter. Aus demselben Grund beziehen wir die Aufzeichnungen in unserem Gehirn (unsere Erinnerungen) auf vergangene Ereignisse, die sie “verursacht” haben. Dies erzeugt das psychologische Gefühl, dass wir von der Vergangenheit in die Zukunft reisen: Von der Vergangenheit (niedrige Entropie) haben wir viele Aufzeichnungen und Erinnerungen, während die Zukunft (hohe Entropie) ungewiss bleibt. Es entsteht der Eindruck, dass die Vergangenheit “bereits passiert” ist, während die Zukunft “noch nicht geschehen” ist, obwohl die Gesetze der Physik diese Deutung nicht exakt vorsehen.

Das Wesen der Zeit

Obwohl viele Physiker dem zustimmen würden, bleibt die Wahrheit, dass wir die Natur der Zeit in ihrer vollen Tiefe noch nicht verstehen. Dies wird sich nicht ändern, bis die Allgemeine Relativitätstheorie mit der Quantenmechanik vereint ist, den beiden Grundpfeilern der modernen Physik.

Zurzeit können wir uns mit dem Gedanken trösten, dass der Verlauf der Zeit, ob erwünscht oder nicht, lediglich eine Illusion sein könnte.

Bild: bastetamon