Existiert Zeit? Die Perspektive eines Physikers

Zeit ist sicherlich ein sehr komplexes Thema in Physikund es gibt Leute, die glauben, dass Zeit nicht wirklich existiert. Ein häufiges Argument ist, dass Einstein bewiesen hat, dass alles relativ ist, also ist Zeit irrelevant. Im Bestseller Das Geheimnis, sagen die Autoren "Zeit ist nur eine Illusion." Ist das wirklich wahr? Ist Zeit nur eine Erfindung unserer Vorstellungskraft?

Unter Physikern besteht kein wirklicher Zweifel daran, dass Zeit wirklich, wirklich existiert. Es ist ein messbares, beobachtbares Phänomen. Die Physiker sind sich nur ein wenig uneinig darüber, was diese Existenz verursacht und was es bedeutet zu sagen, dass sie existiert. In der Tat grenzt diese Frage an den Bereich der Metaphysik und Ontologie (der Philosophie der Existenz) als Ähnlich wie bei den streng empirischen Fragen zur Zeit, für die die Physik gut gerüstet ist.

Der Ausdruck "der Pfeil der Zeit" wurde 1927 von Sir Arthur Eddington geprägt und in seinem Buch von 1928 populär gemacht

1. Es wird vom Bewusstsein lebhaft erkannt.
2. Unsere Denkfähigkeit besteht ebenfalls darauf, dass eine Umkehrung des Pfeils die Außenwelt unsinnig machen würde.
3. Es taucht in der Physik nur im Studium der Organisation einer Reihe von Individuen auf. Hier zeigt der Pfeil die Richtung der fortschreitenden Zunahme des zufälligen Elements an.

Die ersten beiden Punkte sind sicherlich interessant, aber es ist der dritte Punkt, der die Physik des Zeitpfeils erfasst. Der Unterscheidungsfaktor des Zeitpfeils besteht darin, dass er in Richtung der Zunahme zeigt Entropie, per the Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik. Die Dinge in unserem Universum verfallen als Verlauf natürlicher, zeitbasierter Prozesse... aber ohne viel arbeit gewinnen sie nicht spontan wieder ordnung.

Es gibt jedoch eine tiefere Ebene zu dem, was Eddington in Punkt drei sagt, und das heißt: "Es erscheint in der Physik nur ..." Was bedeutet das? In der Physik ist die Zeit allgegenwärtig!

Während dies sicherlich wahr ist, ist das Merkwürdige, dass die Gesetze der Physik "zeitumkehrbar" sind, was bedeutet zu sagen, dass die Gesetze selbst so aussehen, als würden sie perfekt funktionieren, wenn das Universum gespielt würde umkehren. Aus physikalischer Sicht gibt es keinen wirklichen Grund, warum sich der Pfeil der Zeit notwendigerweise vorwärts bewegen sollte.

Die häufigste Erklärung ist, dass das Universum in der sehr fernen Vergangenheit einen hohen Ordnungsgrad (oder eine niedrige Entropie) hatte. Aufgrund dieser "Randbedingung" sind die Naturgesetze so, dass die Entropie kontinuierlich zunimmt. (Dies ist das grundlegende Argument in Sean Carrolls Buch von 2010 Von der Ewigkeit bis hierher: Die Suche nach der ultimativen Zeittheorie, obwohl er noch weiter geht, um mögliche Erklärungen dafür vorzuschlagen, warum das Universum mit so viel Ordnung begonnen haben könnte.)

Ein häufiges Missverständnis, das durch eine unklare Diskussion über die Natur der Relativitätstheorie und anderer physikalischer Physik in Bezug auf die Zeit verbreitet wird, ist, dass Zeit überhaupt nicht existiert. Dies tritt in einer Reihe von Bereichen auf, die üblicherweise als Pseudowissenschaften oder sogar als Mystik klassifiziert werden, aber ich möchte in diesem Artikel auf ein bestimmtes Erscheinungsbild eingehen.

Im meistverkauften Selbsthilfebuch (und Video) Das GeheimnisDie Autoren vertreten die Auffassung, dass Physiker bewiesen haben, dass es keine Zeit gibt. Betrachten Sie einige der folgenden Zeilen aus Abschnitt "Wie lange dauert es?" im Kapitel "Wie man das Geheimnis benutzt" aus dem Buch:

"Zeit ist nur eine Illusion. Einstein hat uns das gesagt. "

"Quantenphysiker und Einstein sagen uns, dass alles gleichzeitig geschieht."

"Es gibt keine Zeit für das Universum und es gibt keine Größe für das Universum."

Alle drei obigen Aussagen sind laut kategorisch falsch die meisten Physiker (besonders Einstein!). Zeit ist eigentlich ein wesentlicher Bestandteil des Universums. Wie bereits erwähnt, ist der sehr lineare Zeitbegriff mit dem Begriff des Zweiten Hauptsatzes von verbunden Thermodynamik, die von vielen Physikern als eines der wichtigsten Gesetze überhaupt angesehen wird Physik! Ohne Zeit als eine reale Eigenschaft des Universums wird das zweite Gesetz bedeutungslos.

Was wahr ist, ist, dass Einstein durch seine bewiesen hat RelativitätstheorieDiese Zeit an sich war keine absolute Größe. Zeit und Raum werden vielmehr auf sehr präzise Weise zu Raum-Zeit vereint, und diese Raum-Zeit ist ein absolutes Maß, das verwendet werden kann - wieder auf sehr präzise, ​​mathematische Weise - um zu bestimmen, wie verschiedene physikalische Prozesse an verschiedenen Orten miteinander interagieren andere.

Das macht nicht bedeuten jedoch, dass alles gleichzeitig geschieht. Tatsächlich glaubte Einstein fest daran - basierend auf den Beweisen seiner Gleichungen (wie z E. = mc²) - dass keine Informationen schneller als mit Lichtgeschwindigkeit übertragen werden können. Jeder Punkt in der Raumzeit ist in der Art und Weise begrenzt, wie er mit anderen Regionen der Raumzeit kommunizieren kann. Die Idee, dass alles gleichzeitig passiert, widerspricht genau den Ergebnissen, die Einstein entwickelt hat.

Diese und andere physikalische Fehler in Das Geheimnis sind vollkommen verständlich, da es sich um sehr komplexe Themen handelt, die von Physikern nicht unbedingt vollständig verstanden werden. Nur weil Physiker ein Konzept wie die Zeit nicht unbedingt vollständig verstehen, ist dies nicht der Fall bedeutet, dass es gültig ist zu sagen, dass sie kein Verständnis für Zeit haben oder dass sie das gesamte Konzept als abgeschrieben haben unwirklich. Sie haben es mit Sicherheit nicht getan.

Eine weitere Komplikation beim Verständnis der Zeit zeigt Lee Smolins Buch von 2013 Wiedergeborene Zeit: Von der Krise in der Physik zur Zukunft des Universums, in dem er argumentiert, dass die Wissenschaft (wie die Mystiker behaupten) die Zeit als Illusion behandelt. Stattdessen meint er, wir sollten Zeit als eine grundlegend reale Größe behandeln, und wenn wir sie als solche ernst nehmen, werden wir Gesetze der Physik aufdecken, die sich im Laufe der Zeit entwickeln. Es bleibt abzuwarten, ob dieser Aufruf tatsächlich zu neuen Einsichten in die Grundlagen der Physik führen wird.

Bearbeitet von Anne Marie Helmenstine, Ph. D.