Zeit ist eine Illusion?
Moin,
Ich versuche gerade zu verstehen warum Zeit eine Illusion ist. Und wieso der Begriff jetzt falsch ist. Oder warum die Aussage falsch ist: In 30 Jahren steht eine Raumsonde auf dem Mars. Kann mir bitte das jemand einfach versucht erklärt zusammenfassen. Und dann vielleicht noch wieso die Zeit langsamer vergeht wenn ein Flugobjekt sich schneller bewegt oder wenn das Gravitationsfeld stark ist. Oder gibt es dafür keine Begründung?
Mit freundlichen Grüßen
wajo123
Und kann mir jemand sagen was es bedeutet die Zeit ist relativ?
13 Antworten
Ich versuche gerade zu verstehen warum Zeit eine Illusion ist. Und wieso der Begriff jetzt falsch ist.
"Zeit" ist ein Begriff aus einer bestimmten Kategorie von Begriffen, die alle eine besondere Eigenart haben. Solange man sie im Alltag verwendet, ist jedem völlig klar, was gemeint ist. Ich vermute, in dieser Klarheit denkst du gerade. Sobald man aber anfängt, diese Begriffe genauer zu untersuchen, zu definieren oder zu erklären, werden sie immer unklarer, immer verschwommener und irgendwann entgleiten sie einem völlig und je mehr man sich mit ihnen beschäftigt, umso weniger weiß man darüber. Irgendwann weiß man dann nur noch, was es nicht ist, hat aber keine Worte mehr dafür, was es ist. Weitere Begriffe neben "Zeit" aus dieser Kategorie wären z.B. auch "Liebe" oder "Seele".
Die Vorstellung, Zeit würde nicht real existieren, sei ein menschliches Artefakt und damit eine Illusion, beruht auf der Vorstellung der klassischen deterministischen und reduktionistischen Physik (Newton, Einstein, Hawking). Dieser Zeitbegriff ist allerdings längst überholt.
Die Gesetze der klassischen Physik, wie z.B. der 1. HS (Energieerhaltungssatz) sind zeitsymmetrisch (Vergangenheit und Zukunft sind gleichwertig, die Gleichungen funktionieren vorwärts und rückwärts). Damit können aber nur Zustandsänderungen, aber keine dynamischen Prozesse mathematisch erfasst werden.
In der klassischen Dynamik stellt Zeit die vierte Dimension dar, sie ist ein geometrischer Parameter. Dieses ist die externe Zeit t, die man mit der Uhr misst. Aus verschiedenen Gründen ist diese Zeit aber nicht geeignet, instabile Systeme fernab des thermodynamischen Gleichgewichtes zu beschreiben, dazu später mehr. Das einzige Beispiel innerhalb der klassischen Dynamik, bei der Zeit überhaupt eine Rolle spielt, ist die Beschleunigung. Und die ist, wie wir schon festgestellt haben, zeitsymetrisch, was bei einer geometrischen Betrachtung der Zeit nicht verwunderlich ist. Bei statischen Vorgängen, wie Bewegung eines Punktes im Raum oder Wellenausbreitung in der Quantenphysik wird ebenfalls die externe Zeit t benutzt.
Dass Zeit keine Illusion sei, dass das Universum weder deterministisch noch reduktionistisch sei, sondern dass Irreversibilitäten und Instabilitäten das Universum bestimmen, zeigte Ilya Prigogine in seiner Theorie Dissipativer Strukturen, für die er 1977 den Nobelpreis erhielt. In dieser Theorie zeigt er, dass der Zeitpfeil real existiert und Zeit daher keine Illusion sei und daher auch niemals rückwärts laufen könne.
Nun weist Prigogine drauf hin, dass schon Aristoteles durch Naturbeobachtung erkannte, dass Zeit zwei unterschiedliche Qualitäten haben kann. Er unterschied zwischen der Zeit als "Bewegung" (kinesis) und der Zeit als "Entstehung und Verfall" (metabole). Die erste Zeit ist die Zeit der klassischen Dynamik, die zweite ist die Zeit der Thermodynamik. Um genau diese zweite thermodynamische Zeit geht es in der Theorie dissipativer Strukturen.
Die thermodynamische Zeit ist eng an Irrevesibilität und Instabilität gebunden. Prigogine nennt sie auch die innere Zeit. In stabilen reversiblen Systemen gibt es sie nicht. In Systemen nahe des thermodynamischen Gleichgewichtes wird die innere bzw. thermodynamische Zeit zur kosmologischen Zeit der deterministischen Physik.
In seiner Theorie dissipativer Strukturen weist Prigogine tatsächlich sowohl theoretisch als auch gestützt durch Experimente nach, dass Irreversibilität schon auf Quantenebene intrinsisch auftritt (intrinsisch: real im System vorhanden, also keine Gedankenkonstruktion ist). Da die innere Zeit direkt von der Irreversibilität abhängt, ist auch die innere Zeit intrinsisch, was er ebenfalls theoretisch und experimentell belegt. Er schreibt in "Die Gesetze des Chaos": "Der "Urknall" zeigt uns, dass es einen bestimmten Moment gibt, in dem die Materie, wie wir sie kennen, aus dem Quantenvakuum hervorgeht. Wir waren schon immer der Ansicht, dies sei das irreversible Phänomen schlechthin, und haben versucht, es als eine Irreversibilität zu analysieren. Das Universum bildet ein Ganzes, und die Existenz eines einzigen Zeitpfeils hat eine kosmologische Ursache. Dieser Zeitpfeil ist stets gegenwärtig und es besteht darüberhinaus ein enger Zusammenhang zwischen Irreversibilität und Komplexität. Je höher der Komplexitätsgrad - Chemie, Leben, Gehirn -, desto offenkundiger ist der Zeitpfeil. Das entspricht genau der konstruktiven Rolle der Zeit, die in den eingangs beschriebenen dissipativen Strukturen so offenkundig ist."
Durch die Verleugnung des Zeitpfeiles hat der Reduktionismus/Determinismus mit 3 wesentlichen Paradoxa zu tun:
1. Das Zeitparadoxon: Hatten wir schon ausführlich diskutiert und beschreibt den Widerspruch zwischen der reduktionistischen Betrachtung, bei der Vergangenheit und Zukunft gleichwertig sind und der Beobachtung der dynamischen Natur, nach der es eben nicht so ist. Diese Paradoxon löst Prigogine mit seiner Betrachtungsweise auf.
2. Das Quantenparadoxon: Auf der einen Seite beschreibt die Schrödingergleichung die Wellenfunktion innerhalb der Quantenmechanik, auf der anderen Seite bricht diese Wellenfunktion aber bei Messungen zusammen. Man spricht vom Kollaps der Wellenfunktion. Schrödingers Katze beschäftigt sich mit diesem Problem. Viele Physiker meinen, diesen Zusammenbruch der Wellenfunktion verursacht der Beobachter durch seine Messung. Über das Thema wird eigentlich seit Entstehung der Quantenphysik bis heute unter den klassischen Physikern gestritten. Da Prigogine nicht mehr reduktionistisch sondern probabilistisch (mit Wahrscheinlichkeitrechnungen) an das Problem herangeht, löst der dieses Paradoxon auf, indem bei seiner Betrachtungsweise kein Zusammenbruch einer Wellenfunktion mehr vorkommen kann.
3. Das kosmologische Paradoxon: Laut Hawking führt die reduktionistische, zeitsymmetrische Betrachtung des Kosmos zu der Vermutung, dass der Urknall einen rein geometrischen Charakter haben könnte, bei dem die Zeit eine zufällige unwesentliche Eigenschaft sei. Die kosmologische Zeit wäre daher reine Illusion.
Paradox wird es nach Prigogine deswegen, weil damit jeglicher Zusammenhang zwischen Sein und Werden verleugnet würde.
Irreversibiltät wird durch den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik beschrieben und das ist auch der einzige Satz innerhalb der klassischen Physik, der einen echten Zeitpfeil enthält, der nicht geometrisch und symmetrisch ist und daher auch nur in eine Richtung laufen kann. In der klassischen Dynamik ist der 2.HS sowieso ein Fremdkörper. Er wird von vielen Reduktionisten so interpretiert, dass Irreversibilität, also die Abweichung von der Zeitsymmetrie aller anderer grundlegender Naturgesetze letztlich nur Rundungsfehlern bzw. unserem Unwissen geschuldet sei. Diese Meinung vertrat in seiner Frühzeit auch Einstein, relativierte sie im Alter allerdings deutlich, indem er feststellte, dass die Aussendung eines Signals immer irreversibel sei (altes japanisches Sprichwort: "Einen abgeschossenen Pfeil und ein gesprochenes Wort holt niemand zurück").
Prigogine lehnt den 2.HS als "Maß für unser Unwissen" ab und postuliert in seiner Theorie, dass der 2.HS ein grundlegendes Naturgesetz sei.
Der 2. Hauptsatz sagt absolut, dass Entropie immer zunimmt. Sie kann zwar in Systemen fernab des thermodynamischen Gleichgewichtes lokal durch Entropieexport sinken, dafür nimmt dann aber die Entropie der Umwelt überproportional zu.
Stephen Hawking, als einer der damals letzten bedeutenden Reduktionisten, geriet Ende der 1980er bis Anfang der 1990 Jahre mit Ilya Prigogine aneinander, weil Hawking in seinen Theorien zu den Schwarzen Löchern unterstellte, am Ereignishorizont könne die Zeit kurzfristig auch rückwärts laufen. Prigogine widersprach dem und begründete mit dem 2. HS in der nichtlinearen Form, dass das nicht möglich sei, weil Zeit eben nicht nur eine Illusion sei sondern der Zeitpfeil real existiert. Nach einer längeren und intensiven Diskussion musste Hawking vor versammelter Physikergemeinde am Ende zugeben, dass er sich offensichtlich geirrt habe.
http://www.spiegel.de/spiegel/print/d-13522084.html
Danach zog er auch die meisten Aussagen und ganze Kapitel der "Kurzen Geschichte der Zeit" offiziell zurück. Dieselben Probleme gibt es mit der Hawkingstrahlung, die ebenfalls davon ausgeht, dass Zeit auch rückwärts laufen könne. Jedenfalls beschränkte sich Hawking danach auf philosophische Ergüsse, in denen er dann auch auch öfters auf die Argumentation Prigogines einging.
Mittlerweile haben sich die Erkenntnisse Prigogines, u.a. dass der Zeitpfeil physikalisch real existiert, in der modernen nichtlinearen und indeterministischen Physik durchgesetzt.
Die Richtung der Energiedissipation, der Entropie und des Zeitpfeiles sind vorgegeben. Wie die sich aber im Einzelnen äußern, ist nicht Gegenstand der Thermodynamik, sondern der anderen Einzelwissenschaften. Vom Kern her ist die Thermodynamik aufgrund des 2. Hauptsatzes eigentlich von jeher indeterministisch aufgestellt.
Einen schönen Vortrag zu diesem Thema der Theorie Dissipativer Strukturen und ihrer Auswirkungen hat Harald Lesch hier gehalten. Ohne jeglichen Vorkenntnisse ist der allerdings nicht leichtzu verstehen:
Danke. Ziehe ich mir dann Montag o. Dienstag rein :-). B i s h e r ehe ich davon aus, dass ALLES IMMER eine Ursache hat. Wenn wir die UR UR URsachen kennen wuerden, koennten wir alles vorhersagen.......
Nur das eine Vorhersage niemals beliebig genau möglich ist wie die Quantenmechanik zeigt Stichwort "Heißenberg". Wir können Zeit und Ort nicht beliebig genau für jedes Teilchen festlegen und gerade in chaotischen Systemen führt die kleinste Änderung zu völlig anderen Ergebnissen. Das heißt wir können die Grundvoraussetzung der Vorhersagbarkeit nämlich Anfangsort und Zeit nicht beliebig genau bestimmen.
Heisenberg ! Ja! WIR koennen nicht den "Ursprung" eines Teilchens (zeitlich o. oertlich) f e s t l e g e n. Es aendert aber nichts daran, dass es so einen Ursprung gibt (oder nicht?) und daraus die gesamte Kausalitaet des Weltgeschehens abzuleiten waere, wenn wir Zeit und Ort etc. dieses Ursprungs wuessten.....
Wenn wir die UR UR URsachen kennen wuerden, koennten wir alles vorhersagen.......
Das ist der sogenannte Laplace'sche Dämon, der inzwischen aber als widerlegt gilt, siehe Antwort von DoctorBibber.
Wir können Zeit und Ort nicht beliebig genau für jedes Teilchen festlege
Einer meiner Lieblingswitze:
Heisenberg ist mit dem Auto unterwegs und wird von der Polizei wegen überhöhter Geschwindigkeit angehalten. Der Polizist fragt: "Wissen Sie eigentlich, wie schnell sie waren?" Darauf Heisenberg: "Nein, dafür weiß ich aber genau, wo ich hier bin."
und daraus die gesamte Kausalitaet des Weltgeschehens abzuleiten waere, wenn wir Zeit und Ort etc. dieses Ursprungs wuessten.....
Das Kausalitätsprinzip ist eine Modellvorstellung, die nur dann funktioniert, wenn die Realität auf wenige bestimmende Einflussfaktoren im Rahmen des Modells reduziert wird. Und selbst da liefert die Kausalität nur Näherungslösungen, wenn auch ziemlich gute. Tatsächlich ist es aber so, dass im Universum alles mit allem zusammenhängt und sich gegenseitig beeinflusst.
Vor einigen Jahren hat ein Physiker mal ein Beispiel zum sogenannten Lorenzeffekt, bekannt auch als Schmetterlingseffekt, durchgerechnet.
Dazu hat er einen idealen Newtonschen Billiardtisch angenommen. Newtonscher Billiardtisch bedeutet, die Kugel ist ideal rund, läuft absolut reibungsfrei und die Reflexion an der Bande erfolgt verlustfrei exakt nach dem Reflexionsgesetz. Dann hat er die Kugel (rechnerisch) angestoßen und die jeweilige Position der Reflexion an der Bande ausgerechnet.
Anschließend hat er dieselbe Anordnung gewählt, hat aber die Anfangs- bzw. Randbedingung insofern abgewandelt, dass er nun einen kleinstmöglichen Einfluss von Außen berücksichtigt hat, indem er die Gravitation eines einzelnen Elektrons in einer Entfernung von 13 Milliarden Lichtjahren rechnerisch berücksichtigte.
Die Frage war nun, wie oft müssen die beiden Kugeln an der Bande reflektiert werden, bevor die Abweichung ihrer jeweiligen Position der Länge des Billiardtisches entspricht, dass sie also entgegengesetzte Positionen einnehmen womit dann die Vorhersagbarkeit, also eine kausale Vorherberechnung, hinfällig wäre.
Das erstaunliche Ergebnis: trotz dieser praktisch gegen 0 gehenden Gravitation des Elektrons ist das schon nach der 31. Reflexion der Fall.
Nun ist es aber so, dass wir weder theoretisch wegen des Unvollständigkeitssatzes von Gödel und erst recht nicht praktisch sämtliche Teilchen, Wirkungen und sonstigen Phänomene des Universums vollständig erfassen können. Damit ist dann jegliche Vorhersagbarkeit immer nur auf einen sehr kurzen Zeitraum begrenzt und längerfristige Vorhersagen des Weltgeschehens theoretisch unmöglich. Das liegt gemäß des Lorenzeffektes daran, dass sich selbst kleinste Störungen exponentiell mit fortschreitender Zeit entwickeln und daher irgendwann mal die sich linear entwickelnden Kausalitäten übersteigen.
Danke. Mir geht es nicht darum, so vermessen :-) zu sein, die Anfangsbedingugnen erkennen zu wollen, es geht mir darum, dass WENN wir diese wuessten, dann entspr. richtige Vorhersagen machen koennten....
dass WENN wir diese wuessten
Die können wir aber aus prinzipiellen Gründen (Gödelscher Unvollständigkeitssatz) nie vollständig wissen.
Mehr dazu hatte ich hier geschrieben:
https://www.gutefrage.net/frage/multiversum-parallel-universum#answer-431193417
(dritter Beitrag von oben)
"Zeit" ist nach Auffassung der Physiker nichts Feststehendes, das objektiv und unter welchen Bedingungen auch immer genau in dieser Geschwindigkeit sich abspielt, wie wir es auf unserem Planeten mit Messgeräten (wie den Uhren) in festgelegten Einheiten (wie Sekunden, Minuten ...) erfassen. - Dagegen gilt zum Beispiel die Verbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes als Konstante, also als ein feststehender Wert! Überall und immer in diesem Universum.
Einstein hat durch sein Modell der Relativitätstheorie dazu den mathematischen Nachweis geführt. Er hält darin auch fest (so weit, wie ich es verstehe), dass durch die Gravitationskräfte die Ablaufgeschwindigkeit von "Zeit" verändert wird.
Daraus ergeben sich manch eigenartige Aussagen (z.B. über das langsamere Älterwerden von sehr schnell sich fortbewegenden Raumfahrern im Vergleich zu den Menschen, die stationär auf der Erde bleiben).
Erstmal brauchen wir eine griffige Vorstellung davon was Zeit ist.
Zeit erleben wir in unserer Welt als eine "Taktrate" bei der zu jedem "Taktschritt" eine von beliebig vielen Möglichkeiten herausgepickt wird, als Gegenwart festgelegt und im nächsten Taktschritt schon als Vergangenheit dokumentiert wird und zwar unwiederbringlich. Dieser Vorgang ist "irreversibel".
Nach den Erkenntnissen der Thermodynamik scheint die Zeit stehts in Richtung größt möglicher "Entropie" zu verlaufen. Man bezeichnet die Richtung des Zeitverlaufs als "Zeitpfeil". Das erklärt, warum alles immer nur in Richtung Zukunft verläuft aber nicht in umgekehrter Reihenfolge.
Das ist jedoch ein statistisches Argument. Was ist aber "Entropie"? Entropie wird allgemein als ein Maß für die Unordnung bezeichnet. Tatsächlich handelt es sich um den Quotienten aus der irreversibel ausgetauschte Wärmemenge und der Temperatur (klassisch betrachtet). Boltzmann ging noch ein Schritt weiter und hat die Thematik auch auf kleinster Ebene untersucht. Für das grobe Verständnis reicht das aber erstmal.
Im allgemeinen bedeutet es, dass wenn sich ein physikalischer Prozess vollzieht, z.b. ein Flummi auf dem Boden hüpft, dass Prozesse dazu führen, dass bei jedem hüpfen durch Verformung und Reibung Wärme an die Umgebung abgegeben wird der Flummi gibt also beim hüpfen jedes Mal Energie an die Umwelt an und kann so seine ursprüngliche Potentielle Energie also die ursprüngliche Höhe nicht erreichen. So hört der Flummi irgendwann auf zu hüpfen.
Was wäre aber wenn die Energie nicht in Wärme umgewandelt wird sondern ständig in kinetische Energie, dann verformungsenergie, dann wieder kinetisch und dann wieder Potentielle sodass die ursprüngliche Höhe erreicht wird?
Was war vorher und was kommt nachher? Man spricht von einem idealen Kreisprozess die Entripie währe 0 und einen Zeitpfeil gibt es nicht. Man könnte den Verlauf vorwärts und rückwärts abspielen und keiner würde den Unterschied merken.
Newton hat Raum und Zeit zu seiner Zeit als etwas verschiedenes betrachtet. Er hat sich den Raum wie eine Bühne vorgestellt auf dem sich das Drama des Universums abgespielt hat. Die Zeit verlief für jeden gleich. Dem hat Albert Einstein widersprochen und revolutionierte das Weltbild durch die Relativitätstheorie.
Albert Einstein stellte fest, dass die Geschwindigkeit mit der sich Licht ausbreitet endlich ist. Licht breitet sich mit einer Geschwindigkeit von c=3*10^8m/s aus.
Das sind 300000km/s.
Nichts ist schneller es ist wie eine kosmische Geschwindigkeitsbegrenzung und das hat Konsequenzen.
Machen wir rin Gedankenexperiment:
Stell dir vor du befindest dich in einem Zug. Der Zug bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit. Ein System wie der Zug der sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird "Inertialsystem" bezeichnet und es gilt folgender Grundsatz:
- in Inertialsystemen herrschen stehts die gleichen physikalischen Gesetze.
Das heißt es macht an sich keinen Unterschied ob du deine Tasse Kaffee zuhause oder in einem anderen Inertialsystem trinkst, die physikalischen Regeln sind gleich.
Nun bewegt sich der Zug auf einen Bahnsteig zu. Mit sagen wir mal 60km/h das sind rund 16m/s.
Jetzt werfe ich im Zug einen Stein und beschleunige ihn auf 5m/s. Aus meiner Sicht im Zug bewegt sich der Stein nun in Fahrtrichtung mit 5m/s aber wie schnell ist er aus der Sicht einer Person die sich am Bahnsteig befindet? Na:
60km/h+5km/h=65km/h
Logisch. Was währe aber wenn ich nicht den Stein sondern ein Lichtteilchen ein "Photon" geworfen hätte? Dann hätten wir:
3*10^8m/s+16m/s=....
Überlichtgeschwindigkeit? O.o
Nein es bleibt 3*10^8m/s egal aus welchen System wir das betrachten. Das wirkt seltsam weil wir das aus dem Alltag nicht kennen.
Aber jetzt überlegen wir mal. Das Licht legt eine Strecke von 300000km in einer Sekunde zurück. In gleicher Zeit legt der Zug 16m zurück damit muss das Licht in einer Sekunde zwangsläufig eine Strecke von 300000,016km zurück legen obwohl es doch nicht schneller ist! Aus dem weg Zeit gesetz ergibt sich:
s=v*t
Strecke=geschwindigkeit*Zeit.
Die Strecke wird dich ändern, die Geschwindigkeit bleibt aber konstant somit gibt es nur noch eine Größe die sich ändern MUSS! Und das ist die Zeit. Die Zeit ändert sich je nachdem wie schnell wir uns bezogen auf einem bezugssystem bewegen um die Lichtgeschwindigkeit konstant zu halten!
Aber das ist noch nicht alles, denn auch die längen ändern sich. Bewegte Uhren werden kürzer.
So bleibt die Lichtgeschwindigkeit im Universum für jedes System immer erhalten.
So weit so gut. Bewegte Uhren gehen langsamer und bewegte Uhren werden kürzer.
Machen wir noch ein Gedankenexperiment:
Ein Asteroid bewegt sich auf die Erde zu. Aus der Sicht des Asteroiden vergeht die Zeit ganz normal, wir haben eine bestimmte Geschwindigkeit.
Aus der Erde betrachtet aber vergeht die Zeit am Asteroiden langsamer, die Geschwindigkeit wird kleiner.
MOMENT! Die freiwerdende Energie des Asteroiden zeichnet sich doch durch die Geschwindigkeit aus! Das ist doch die kinetische Energie des Asteroiden!
Ekin=(1/2)*m*v^2
Es kann doch nicht sein, dass der Impact davon abhängt aus welchem System wir das ganze betrachten. Es gibt nur eine Möglichkeit auch Masse muss relativ sein. Bewegte Uhren werden schwerer damit die Energie erhalten bleibt.
Alleine aus diesen Überlegungen und eines Faktors den "Lorenzfaktor" währen wir jetzt in der Lage auch die berühmteste Formel von Einstein herzuleiten:
E=mc^2
Und kann mir jemand sagen was es bedeutet die Zeit ist relativ?
Das bedeutet je schneller Du Dich bewegst, desto langsamer geht die Zeit. Aber es geht hier um Lichtgeschwindigkeit das sind 300 000 km pro Sekunde. Je näher Du da dran bist, desto langsamer vergeht die Zeit. Es ist für Dich also völlig egal ob Du zu Fuß gehst oder mit einem Kampfjet fliegst, die Zeit vergeht immer gleich weil Du so weit von der Lichtgeschwindigkeit entfernt bist, so viel langsamer bist.
Zeit ist keine Illusion, dass merkst du, wenn morgens aus dem Bett musst, weil die Pflicht ruft. Das Wort ZEIT, ist eine Illusion, weil wir dieses Wort erfunden haben, für etwas das eigentlich nicht Erklärbar ist.
Es gibt viele, die sagen, dass gerade durch die Thermodynamik, alles von vorneherin determiniert sei.....?