„Habe nun ach! Philosophie, Juristerei und Medizin, und leider auch Theologie! durchaus studiert mit heißem Bemühn. Da steh ich nun, ich armer Tor! und bin so klug als wie zuvor; heiße Magister, heiße Doktor gar, und ziehe schon an die zehen Jahr herauf, herab und quer und krumm meine Schüler an der Nase herum – und sehe, dass wir nichts wissen können!

Das will mir schier das Herz verbrennen!“ 

- Faust I, S. 354–365

1. psychologischer Zeitpfeil

Der Begriff vom psychologischen Zeitpfeil umschreibt unsere Wahrnehmung von einer Gerichtetheit der Zeit. Aus der Perspektive der Gegenwart zeige die Zeit von etwas, das wir Vergangenheit nennen, zu etwas, das wir Zukunft nennen (nie umgekehrt, was uns eine Vorstellung von einem Vorher und einem Nachher gibt). Diese Auffassung geht eindeutig aus der individuellen Erfahrung der Menschen und ihrem allgemeinen Verständnis der Zeit hervor. Ereignisse in der Vergangenheit seien faktisch-feststehend, Ereignisse in der Zukunft noch eingeschränkt potentiell-möglich. Neben Schicksalsschlägen des Todes und der Liebe kennt dieses unumkehrbare Phänomen des Zeitpfeils jeder von uns durch sein Gedächtnis: An die vergangenen Erlebnisse kann man sich erinnern, an die zukünftigen nicht.

 

# Es ist schon seltsam, dass wir uns bei den herkömmlichen 

drei Raumdimensionen in jede beliebige Richtung bewegen können.

In der Zeitdimension lediglich jedoch in einer

(und nur die Geschwindigkeit justieren können).

2. thermodynamischer Zeitpfeil

2.1. Zeitumkehr

Heißt wir erleben eine deutliche Asymmetrie in der Zeit zwischen den Konzepten Vergangenheit und Zukunft. Da sich die Physik intensiv mit Symmetrien und der Zeit auseinandersetzt, bietet es sich an nachzufragen, ob sie den Zeitpfeil erklären kann. Die verblüffende Antwort: Nein, nahezu alle physikalischen Gesetze sind zeitumkehrsymmetrisch (auch: zeitumkehrvariant). Das bedeutet, ein physikalisch beschriebener Vorgang könnte theoretisch auch genauso gut rückwärts ablaufen. So lässt sich beispielsweise quantitativ belegen, dass ein Ball anstatt von A nach B auch von B nach A hätte fliegen können, ohne dabei irgendein physikalisches Gesetz zu verletzten. Dazu müsste man nur die Parameter wie die Kraft des Balls umkehren, die Flugbahn wäre dieselbe, nichts spricht also generell gegen einen Vorgang in entgegengesetzter Zeitpfeilrichtung.

 

 

2.2. Beobachtungen

Gemäß dem psychologischen Zeitpfeil erleben wir eine fundamentale Ungleichbehandlung von Vergangenheit und Zukunft. Diese Asymmetrie könnte ein Anzeichen für ein zugrunde liegendes Naturgesetz sein. Doch die Zeitumkehrsymmetrie besagt, dass die Zeit auch rückwärts laufen könnte (nicht, dass sie es tut!) Denkt man ein wenig darüber nach und beobachtet aufmerksam alltägliche Ereignisse, kommt einem dieser Umstand schon komisch vor. Bei dem einfachen Beispiel mit dem Ball fällt es einem noch nicht auf. Sieht man sich beispielsweise ein Film über das Hin- und Herspringen eines Balles zwischen zwei Wänden an, ist es schwer zu sagen, ob dieser gerade vorwärts oder rückwärts läuft. Bei komplexeren Systemen lässt sich dies hingegen recht schnell ausmachen. Man erkennt sofort, ob ein Actionstreifen vorwärts läuft und ein Auto explodiert, oder ob dieser rückwärts abgespielt wird und sich urplötzlich eine Summe von brennenden Wrackteilen zu einem Lamborghini zusammentun. Dass uns solche Zeitrichtungsumkehrungen auffallen, deutet stark darauf hin, dass es entlang des Zeitpfeils neben den anfangs bereits angeführten mindestens noch ein richtungscharakteristisches Phänomen gibt. Denn ansonsten könnten wir nicht intuitiv ausmachen, ob der Actionfilm von Anfang nach Ende oder andersherum abgespielt wird. Vielleicht steckt hinter dieser Erkenntnis das Naturgesetz, das die Asymmetrie des Zeitpfeils erklären kann. Warum also kennen wir explodierende, aber nicht zusammenfallende Autos?

 

# Eier zerbrechen, aber entbrechen nie. Warum?

2.3. zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

Unser unmittelbares Erlebnis unterscheidet zwischen Vergangenheit und Zukunft. Aus unserer alltäglichen Erfahrung wissen wir, dass manche Abläufe nur so und nie andersherum ablaufen. Wenn Milch, Kaffee und Zucker zuvor getrennt in eine Tasse gegeben wird, können wir vorhersagen, dass sich der Cappuccino in absehbarer Zeit zu Einem vermischen wird. Doch nach der physikalischen Zeitumkehrsymmetrie (allen makroskopischen Gesetzen der Mechanik, von denen Newtons, über Maxwells bis Einsteins) könnte es ebenso gut anders herum gehen. Entsprechend dem Ball der anstatt von A nach B auch von B nach A hätte fliegen können, könnten sich auch die Moleküle in ihrem allmorgendlichen Kaffee hin zur ursprünglichen Heterogenität, und schneller bewegen, sodass er wieder warm wird. Die entscheidende, da vielleicht zusammenhängend mit der nach dem Zeitpfeil, Frage: Warum passiert sowas nicht?

Physikalische Systeme entwickeln sich von Zuständen niedrigerer Entropie gen Zustände höherer Entropie. Dieser zweite Hauptsatz der Thermodynamik ist das Geheimnis hinter dem thermodynamischen Zeitpfeil(Der erste besagt die Energieerhaltung in einem geschlossen, physikalischen System). Entropie ist, stark vereinfacht, das Maß für die Unordnung in einem System. Umso höher die Unordnung, desto höher die Entropie. Ein gemachtes Puzzle hat eine niedrigere Entropie, als beliebig angeordnete Puzzleteile in einer Schachtel.

# Die Entwicklung physikalischer Systeme

führt für gewöhnlich zu Zuständen höherer Entropie.

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik lässt sich mit einfachen statistischen Überlegungen nachvollziehen. Zu Beginn ist „die Welt noch in Ordnung.“ Die getrennten Komponenten Eigelb, Eiklar, Eischale und Eierbecher bilden ein System niedriger Entropie. Es gibt viele Möglichkeiten wie das Ei herunterfallen, zerbrechen und zerfließen könnte, jedoch nur wenige unwahrscheinliche, wie der Boden den Eiermatsch so koordiniert anstößt, dass ein heiles Ei entsteht. Es ist also nicht unmöglich, nur unwahrscheinlich, dass sich die Entropie innerhalb eines Systems verringert (daher ist der z.H.d.T. kein Gesetz im klassischen Sinne.) Wahrscheinlichkeitsrechnungen zeigen uns aber, dass die Entropie des Universums im Großen und Ganzen stetig zunimmt. Befindet sich ein System dann in einem Zustand hoher Unordnung, ist es auf natürlicherweise bestrebt diesen aufrechtzuerhalten. Auch wenn ich den Eiermatsch zum Kuchenbacken noch einmal verrühre oder die Puzzleschachtel durch schüttele, wird die Unordnung höchstwahrscheinlich erhalten bleiben. Unter Vorbehalt kann man die Eianalogie auf jedes natürliche System übertragen. Diese Beispiele zeigen also auch, dass Zustandsänderungen bei hochentropischen Systemen meist keinen großen Unterschied mehr machen.

# Das ist keine Ausrede, wenn ihr Kind mal wieder nicht sein Zimmer aufgeräumt hat! ;-)

Dies ist auch der Grund, weshalb mein Kaffee kalt wird und die Pizza während der Lieferzeit nicht wärmer wird. Die heißen (schnelle, energiereichen) Teilchen sind in meiner Tasse, die kalten (langsameren, energiearme) außerhalb. Nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik vermengen sich beide Teilchengruppen, stoßen einander an, wobei die warmen Teilchen den kalten permanent ein wenig Energie abgegeben. Am Ende haben wir den Salat, beziehungsweise Kaffee auf viel zu kalter Zimmertemperatur, beziehungsweise Unordnung. 

2.4. thermodynamischer Zeitpfeil

Die Entropie nimmt nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik also zu. Daher können wir einen thermodynamischen Zeitpfeil definieren: Die Zukunft liegt in der Zeitrichtung, in der die Entropie zunimmt. Und damit haben wir auch die Erklärung, warum Dinge immer so passieren und nicht anders. Warum uns explodierende Autos und Eierschalen vertraut sind, obwohl sie rein theoretisch auch zu einem Ganzen zusammenfallen könnten. Weil letzteres so unwahrscheinlich ist, dass es höchstwahrscheinlich noch nie in der Geschichte der Menschheit, des gesamten Universums, vorkam. 

Damit ist das Rätsel des Zeitpfeils aber noch nicht geklärt. Denn der thermodynamische Zeitpfeil liefert keine befriedigende Erklärung, einige Sonderheiten und Probleme mit sich. Die Suche nach dem Zeitpfeil geht also weiter. Wie wir sehen werden, bis heute.

3. Fazit

Im Laufe der Zeit sind noch weitere Konzepte rund um die Zeitpfeilthematik entstanden. Der meiner Einschätzung nach vielversprechendste ist der thermodynamische Zeitpfeil. Aber auch der thermodynamische Zeitpfeil zeigt nun mal nur eine Korrelation, keine Erklärung auf. Inwiefern dieser oder sonst irgendein Zeitpfeilkonzept die Gerichtetheit der Zeit erklären kann, stellt gegenwärtig also eine offene Frage dar. Der Vollständigkeit halber hier noch eine Erläuterung der anderen Zeitpfeile. Dabei ist es wichtig, dass ein Zeitpfeil nicht immer versucht eine Erklärung für die Richtung in der Zeitdimension zu liefern. Ein Zeitpfeilkonzept hat immer eine besondere Verbindung von Vergangenheit und Zukunft als Gegenstand, nicht mehr. Nach dem kausalen Zeitpfeil ist ein jede Wirkung durch eine zeitlich hervorgegangene Ursache kausal bedingt. Der historische Zeitpfeil besagt, dass sich eine geschichtliche Rekonstruktion nur bei vergangenen Ereignissen, nie aber mit zukünftigen vollzogen werden kann. Der sprachliche Zeitpfeil bezieht sich auf den Zusammengang zwischen lokaler und temporärer Bezeichnungen in der Sprache (beispielsweise: "davor" als vergangen und als räumlich vor etwas.) 

Ein philosophisch noch recht interessanter ist der kosmologische Zeitpfeil. In der Physik ist es mehr oder weniger common sense, dass sich das Universum als ganzes vor langer Zeit in einem Zustand extrem hoher Dichte befand und seitdem expandiert und sich auch zukünftig weiter ausbreiten wird. Folglich ist die (zeitliche) Zukunft die Richtung des (räumlich) größeren Universums.

Kommentare: 1
  • #1

    WissensWert (Mittwoch, 13 Juli 2016 00:53)

    http://www.spektrum.de/rezension/buchkritik-zu-the-briefest-history-of-time/1416129

    !!!


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