Das Rätsel der Zeit – wie lösbar ist es?


Es ist bisher niemand gelungen, ein Phänomen der Natur zu finden, das im Wider­spruch zu Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie steht.

Ganz im Gegenteil: Selbst ihre Vorhersage, dass Objekte gleicher Art, die unter­schiedlich stark beschleunigt werden, aus Sicht eines Beobachters, der sie alle im Blick hat, unterschiedlich schnell altern, erfährt heute über im Labor einfach durch­führbare Experimente eindrucksvolle Bestätigung: Myonen, die beschleunigt wer­den, existieren länger (sie altern langsamer) also solche, die unbeschleunigt sind – und das gut nachprüfbar in genau dem Ausmaß, wie wir auf Grund von Einsteins Theorie erwarten können.

Dies zeigt klar, dass die Zeit auf keinen Fall ein erst im Beobachter ent­stehender subjektiver Eindruck sein kann.

Was aber ist sie dann? Wie kommt sie zustande?

Bislang ist nur klar: Der Zeitbegriff der allgemeinen Relativitätstheorie hat andere Eigenschaften als Zeit im Sinne unserer Alltagserfahrung. Denn:

Noch zu Einsteins Lebzeiten konnte Kurt Gödel, ein berühmter Logiker, nachweisen, dass die allgemeine Relativitätstheorie auch Formen der Raumzeit kennt, die es un­möglich machen, zwischen Vergangenheit und Zukunft zu unterscheiden:

Es kann Wege durch die Raumzeit geben, die eine Folge von Ereignissen sind, auf der die Zeit keine asymmetrische Ordnung mehr darstellt — die Vergangenheit aller Ereignisse ist dort gleichzeitig auch ihre Zukunft, und in die Zukunft zu reisen be­deu­tet dort, gleichzeitig auch auf einer Zeitreise in die Vergangenheit zu sein.

Einstein hat Gödels Argumentation als fehlerfrei eingestuft, hat dem Ergebnis aber keine große Bedeutung beigemessen, da er ohnehin der Meinung war, dass kein noch so gutes mathematisches Modell durch die Natur geschaffene Objekte in jeder Hinsicht genau und vollständig beschreiben kann. Mathematik, so seine Meinung, sei noch keine Physik.

Dennoch bleibt festzuhalten:

Einsteins Theorie erzwingt nicht, dass Zeit sich grundsätzlich nur einmal durchleben lässt. Ob wir da aber wirklich über dieselbe Zeit sprechen, die — durch nichts und niemand aufzuhalten — uns unwiderbringlich verstreicht, ist eine bislang noch keineswegs geklärte Frage.

Genaueres dazu findet sich auf den Seiten:

 
 

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Comments

  • Gebhard Greiter  On October 31, 2014 at 8:09 am

     
    Selbst weltweit bekannte theoretische Physiker vertreten entgegengesetzte Meinungen die Wirklichkeit der Zeit betreffend:

    Julian Barbour argumentiert, dass sie lediglich in unserer Vorstellung existiere — als Abstraktion, siehe The End of Time (1999).

    Lee Smolin aber widerspricht ihm neuerdings ganz entschieden: Er diskutiert in gleich zwei seiner Bücher — die nur diesem Thema gewidmet sind — Argumente, die ihn davon überzeugt haben, dass die Zeit eben doch auch unabhängig von unse­rem Denken existieren müsse: Time Reborn und The Singular Universe and the Reality of Time (beide 2014).

    Mir aber scheint, dass Smolin zu wenig unterscheidet zwischen der “Zeit” einerseits und dem, was wir den “Fluss der Zeit” nennen andererseits. Dass der Unterschied wichtig ist, wird klar am Beispiel “Wasser” und dem “Fluss des Wassers”: Wasser findet sich in jedem Bach ebenso wie in jedem Teich, einen Fluss von Wasser aber gibt es dennoch nur im Bach.

    Es könnte also gut sein, dass die Wirklichkeit zwar ein Fließen kennt (das wir als Fluss der Zeit sehen), die Zeit selbst aber nicht kennt: Sie wäre dann wirklich nur gedanklich — als Abstraktion eines Aspektes solchen Fließens — vorhanden.

    Man bedenke: Was wir als den Fluss der Zeit kennen ist ja einfach nur die Tatsache, dass jeder Zustand Z des Universums einen Nachfolger hat, der ihn ersetzt. Ver­gangenheit und Gegenwart sind — aus Sicht von Z — genau die Zustände, die Z nicht als Möglichkeit, sondern als Faktum einzuordnen hat.

    Sind Z1 und Z2 zwei Zustände des Universums derart dass Z2 aus Sicht von Z1 Zukunft darstellt, so könnte man unter dem “zeitlichen Abstand” der Ereignisse, die Z1 bzw. Z2 herstellen, die Zahl aller Zustände Z verstehen, die Z1 als Faktum (“Vergangenheit” genannt) und Z2 als Möglichkeit (“Zukunft” genannt) kennen.

    Zeit in diesem Sinne wäre Wirklichkeit, wohingegen Zeit im Sinne von Uhren und sie beobachtender Menschen stets nur Teil der jeweils subjektiven Realität solcher Beobachter sein kann.

    Wir sehen also: Es gibt sehr unterschiedliche Begriffe von Zeit. Je nachdem, welchen man meint, wird Zeit tatsächlich existieren oder eben doch nur Illusion sein.

    Wie sich das Rätsel der Zeit meinem Verständnis nach löst, findet sich beschrieben in Notiz Wirklich ist nur Alter — aber nicht die Zeit.
     

    • Gebhard Greiter  On November 1, 2014 at 10:10 am

       
      Noch ein Hinweis:

      Die oben vorgeschlagene Definition des Begriffes Zeit macht nur Sinn unter der Voraussetzung, dass jeder Beobachter im Universum alle schon faktisch gewordenen Zustände Z in ein und derselben Reihenfolge linear angeordnet sieht. Das kann nur gewährleistet sein, wenn jeder Kollaps der Wellenfunktion nicht-lokale Wirkung hat. Dass dem tatsächlich so ist, wird wahrscheinlich durch das, was Physiker über Quantenverschränkung gelernt haben.

      Der oben skizzierte Zeitbegriff könnte demnach wirklich Sinn machen und hätte den Vorteil, nicht-relativ zu sein. Aus genau diesem Grund kann er nicht iden­tisch sein mit dem Zeitbegriff von Einsteins Relativitätstheorien (SRT, ART).

      Genau das wiederum macht ihn suspekt — allerdings nur auf den ersten Blick, denn:

      Einsteins Theorie berücksichtigt nur eine der 4 Grundkräfte der Natur, kann also gar nicht die genauest mögliche Theorie sein.

      Wie Smolin auf den Seiten 190-191 seines Buches Time Reborn sagt, gibt es bereits eine zur ART äquivalente Theorie, deren Zeitbegriff nicht-relativ — und somit global eindeutig — ist. Man nennt sie Shape Dynamics. Es handelt sich dabei um einen der Kandidaten für eine in Entwicklung begriffene Theorie der Quantengravitation, die alle 4 Grundkräfte der Natur berücksichtigen und daher genauer als die ART sein möchte.

      Warum sich in ihr ein global eindeutiger nicht-relativer Zeitbegriff ergibt, be­gründet Smolin wie folgt:

      The relativity of simultaneity in special relativity is a consequence of locality. Determining whether distant events are simultanous is impossible because the speed of light imposes an upper limit on the transmission of signals: In special relativity, you can determine simultaneity only when two events happen at the same place. But in a quantum universe where every particle is potentially only one step away from every other particle, everything is essentially “at the same place”. In such a model, there’s no problem synchronizing clocks, so there is a universal time.
       

  • Köppnick  On February 26, 2016 at 2:35 pm

     
    Über die Webseite von Johannes Heinle “Seelenlachen” und Ihren dortigen Artikel zur M-Theorie bin ich auf Ihre Seite gestoßen. Ich habe hier bisher nur einen kleinen Teil gelesen, es war sehr interessant und ist für die Zukunft noch sehr vielversprechend.

    Was bereits die klassische Physik gezeigt hat, ist, dass es wenig sinnvoll ist, über Raum und Zeit zu sprechen, ohne die Messgeräte, d.h. Maßstäbe und Uhren zu berücksichtigen. Das sind materielle Objekte, die eine Masse haben und sich gegenüber anderen Objekten bewegen. Wenn man das in der SRT oder der ART beachtet, kann man Längen und Zeitabstände verschiedener Bezugssysteme widerspruchsfrei ineinander umrechnen.

    Woran die RT nichts ändert, ist unser Verständnis von Kausalität. Wenn A die Ursache von B ist, dann kann es zwar sein, dass wir von C aus B eher als A beobachten, aber nach der Umrechnung der Bezugssysteme ist auch von C aus klar, dass A die Ursache von B ist.

    Die wesentliche Eigenschaft der Zeit ist, Kausalität zu erklären. Die Frage ist jetzt, ob die Instantanität bei der Beobachtung quantenmechanischer Verschränkung daran etwas ändert. Meine Interpretation der Instantanität:

    Von einem System A beobachten wir ein System B. Wir wissen zu diesem Zeitpunkt, dass B in zwei Teilsysteme zerfallen wird. Beim Zerfall von B in B1 und B2 gelten Erhaltungssätze, z.B. für den Spin. Der Zerfall von B wird aber von A nicht sofort beobachtet, sondern erst zu einem späteren Zeitpunkt entweder B1 oder B2. Aufgrund des Erhaltungssatzes für den Spin ist klar, dass der Spin von B1 den Spin von B2 festlegt.

    Die (experimentell bestätigte) Aussage in der Bellschen Ungleichung ist, dass der beobachtete Spin B1 instantan B2 impliziert und der Wert des Spin erst zum Zeitpunkt der Beobachtung festgelegt wird. Nach der Kopenhagener Deutung kollabiert mit der Beobachtung von B1 die Wellenfunktion von B und legt instantan den Wert von B2 fest.

    Die gedankliche Schwierigkeit der Kopenhagener Deutung (und der anderen auch), ist, dass man für eine Eigenschaft (z.B. den Spin) annimmt, dass sie a) existiert, aber b) bis zur Beobachtung keinen Wert hat.

    Meine zur Kopenhagener Deutung alternative Interpretation des Messvorgangs wurde von Bekensteins Analyse der Entropie schwarzer Löcher inspiriert. Bekenstein hat gezeigt, dass die maximale Entropie eines Objekts nicht proportional zur Masse, sondern zum Quadrat der Masse ist. Setzen wir hier die Masse proportional zur Anzahl der Teilchen und die Entropie proportional zur Menge an Informationen, die man benötigt, um den inneren Zustand eines Objekts zu beschreiben, dann stellt sich die Frage, warum zur Beschreibung eines doppelt so großen Objekts viermal so viel Information benötigt wird: Es sind die neu hinzukommenden Wechselwirkungen zwischen Teilchen, die bisher in verschiedenen Objekten nichts voneinander “gewusst” haben.

    Das ist der Kern des Messvorgangs: Wenn Objekt A Objekt B beobachtet, dann erzeugt dieser Messvorgang ein neues Objekt AB. Dabei entstehen neue Wechselwirkungen, die es bisher noch nicht gab. Was, wenn wir den Spin nicht als Teilcheneigenschaft betrachten, sondern als Eigenschaft der Wechselwirkung? Das bisherige Mysterium der Quantenmechanik besteht darin, dass es Eigenschaften geben soll, die existieren, aber bis zu ihrer Beobachtung / Messung keinen Wert haben sollen. Dieses Mysterium verschwindet mit der Deutung, dass die entsprechenden Eigenschaften erst mit der Messung erzeugt werden. Die Deutung ist auch in sich widerspruchsfrei, denn wenn ich etwas nicht gemessen habe, wie kann ich dann physikalisch sinnvoll sagen, dass es existiert?

    Die Wellenfunktion vor der Beobachtung gibt die Wahrscheinlichkeiten an, mit der bestimmte Werte von Eigenschaften gemessen werden können. Mit der Messung “kollabiert” die Wellenfunktion nicht, sondern die a priori Wahrscheinlichkeit wird durch einen a posteriori Messwert ersetzt.

    Zurück zu ihrer Ausgangsthese einer kosmischen Zeit: Zwei Teilchen konnten in der Vergangenheit (der Zeit vor der Messung eines ihrer Komponenten) nur verschränkt werden, weil sie nahe benachbart waren. Sie konnten sich danach (jeweils im Bezugssystem eines der Teilchen) nur mit maximal Lichtgeschwindigkeit voneinander entfernt haben. Jedes der Teilchen befindet sich im Raumzeitkegel des anderen.

    Bei der Messung gerät eines von ihnen in den Raumzeitkegel des messenden Systems bzw. des Beobachters. Um zu einem späteren Zeitpunkt die Verschränkung zu bestätigen, muss auch das zweite Teilchen in diesen Raumzeitkegel gelangt sein, denn die Information des zweiten Teilchens kann nur maximal mit Lichtgeschwindigkeit zum Beobachter gelangen.

    Folglich können wir die Instantanität der Wechselwirkung zweier Teilchen nur messen bzw. bestätigen, wenn sich beide in unserem eigenen Raumzeitkegel befinden. Ist eines außerhalb, können wir über die Verschränkung nichts wissen. Und alle Bezugssysteme, die sich in unserem Raumzeitkegel befinden, lassen sich mit der SRT/ART widerspruchsfrei ineinander umrechnen. Ich sehe deshalb nicht so recht, wozu wir einen erweiterten Zeitbegriff benötigen.

    Was ich allerdings als ziemlich sicher gegeben annehme, ist die ebenfalls von Ihnen vermutete Quantisierung der Zeit (und des Raums natürlich auch). Sie ergibt sich recht zwanglos wieder aus Bekensteins Überlegungen: Wenn die Entropie (Informationsmenge) in einem abgeschlossenen Volumen, einer endlichen Masse nur endlich sein kann, dann können zu kleine Unterschiede in der Zeit bzw. im Raum nicht voneinander unterschieden werden.
     

    • Gebhard Greiter  On March 23, 2016 at 7:25 pm

       
      Die Kopenhagener Deutung richtig zu verstehen, muss man sich vor Augen führen, dass das Ergebnis einer quantenphysikalischen Messung stets nur etwas über den Zustand des Quants nach der Messung aussagt und der abhängig ist von der durch die Messapparatur gestellten Messfrage.

      Hier ein Beispiel:

      Ist das Quant eine Lichtwelle (ein Photon) und die Messapparatur ein Polarisationsfilter, der versucht, eintreffendes Licht in Richtung R zu polarisieren, so wird das Quant nach der Messung entweder in Richtung R polarisiert sein oder nicht mehr existieren – und das selbst dann noch, wenn es vorher gar nicht, zyklisch oder in einer von R verschiedenen Richtung polarisiert war.

      Das bedeutet: In der Realität des Betrachters (und der der Kopenhagener Deutung) gab es vorher keinen Zustand des Photons — und das, obgleich es ihn in Wirklichkeit sehr wohl gegeben haben mag.
       

      • Köppnick  On March 24, 2016 at 12:52 pm

        Ja, dem stimme ich zu. Eine Anmerkung zu Ihrem Polarisationsbeispiel:

        Wenn die Polarisation eines Photons gemessen wird, das vorher noch in keiner Weise mit dem messenden System gewechselwirkt hat – zum Beispiel weil es aus dem Zerfall eines Teilchens in verschiedene andere entstanden ist – dann wird man *immer* eine Polarisation messen.

        Das Photon kann bei der Polarisationsmessung nur dann verschwinden, wenn es bereits eine Polarisationsmessung in dem messenden System gegeben hat – entweder mit demselben Photon oder mit einem irgendwie mit diesem Photon verschränkten. In diesem Fall liegen die Wahrscheinlichkeiten der messbaren Polarisationsrichtungen instantan bereits fest. Versucht man dann eine um 90° versetzte Polarisation zu messen, dann *muss* das Photon verschwinden (absorbiert werden), weil alles andere eine Verletzung eines bewährten physikalischen Gesetzes wäre.

        Deshab sind die beiden Fälle vollkommen verschieden voneinander. Im ersten Fall ist die Messung die erste Wechselwirkung des Photons mit dem Messsystem, im zweiten Fall nicht die erste, sondern mindestens die zweite.

        Wird in einem physikalischen (technischen) System mit Polarisation (z.B. zur Datenübertragung) gearbeitet, dann wurden die Polarisationsebenen vorab bereits festgelegt. Die Information über das, was man erwarten kann, sind also zwischen Sender und Empfänger schon ausgetauscht. Die Seltsamkeiten der Quantenphysik verschwinden, wenn man sich immer vergegenwärtigt, dass es sinnlos ist, über Eigenschaften zu sprechen, die man nicht messen kann oder noch nicht gemessen hat. Da wäre man dann bei Russels Teekanne.

  • Werner Spat  On March 22, 2016 at 12:45 pm

     
    Interessante Themen, die du anschneidest und mich ebenfalls beschäftigen! Vielleicht findest du ein paar brauchbare Ideen in meinem Post:

    Gibt es doch Probleme zwischen Relativitätstheorie und Quantenmechanik wegen Verschränkung, EPR-Effekt, Überlichtgeschwindigkeit, Telepathie?
    http://weltanschauung-inspiration.blogspot.de/2016/03/probleme-relativitatstheorie-quantenmechanik-verschrankung-epr-effekt-uberlichtgeschwindigkeit-telepathie.html
     

  • Gebhard Greiter  On September 17, 2016 at 9:48 am

     
    Man könnte definieren:

    Die Gegenwart eines Objekts X besteht in der Aufnahme von Information durch X (konkreter: von Signal, noch konkreter: von Impuls).

    Dieser Gegenwart zuzurechnen ist das den Impuls erzeugende Ereignis.
     
    Konsequenz daraus wäre, dass die Gegenwart von X stets nur aus einem Paar von Quantenereignissen Q1 und Q2 bestünde.

    Dies würde uns erlauben, zu definieren:

    > Potentielle Zukunft von X sind alle Ereignisse, die durch das Ergebnis von Q2 nicht unmöglich gemacht sind.

    > Vergangenheit von X (und Q1) sind alle Ereignisse, deren Zukunft Q1 enthält.

     
    Zeit in diesem Sinne kann nur in einer Richtung vergehen, denn nur existierender Impuls kann weitergegeben (d.h. von Objekten aufgenommen) werden.
     

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