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Auf der Suche nach der Zeit

Friedrich Wagner, Mai 2020


Was ist die Zeit? Mit diesem Wort verbinden wir eine ganze Reihe unterschiedlicher Aspekte, und jeder davon kann auf seine eigene Geschichte von naturwissenschaftlichen und philosophischen Diskussionen zurückblicken. Dieser Aufsatz soll einen Überblick darüber geben, zu welchen Erkenntnissen wir über die Zeit bis heute, Anfang des 21. Jahrhunderts, gelangt sind.

Die Zeit bildet zusammen mit dem Raum die Basis der Naturwissenschaften. Sie ist aber auch grundlegend für uns selber als menschliche Lebewesen, wenn wir als aktive "Agenten" die verwirrend komplexe Welt um uns herum erkunden. Dieser zweite Blickwinkel hat sich sogar als überraschend grundlegend herausgestellt und kann manche Wesenszüge der Zeit besser erklären als die physikalische Forschung. Darüber wird noch zu reden sein.

Es soll dabei nicht um die Messung der Zeit oder historische Abhandlungen über unser Verhältnis zur Zeit gehen, sondern um das Wesen der Zeit selber. Was ist die Zeit? Hat sie eine Richtung und kann sie fließen? Ist nur die Gegenwart real? Was ist der Unterschied zwischen Zeit und Raum und in welcher Beziehung stehen sie zueinander? Ist Zeit relativ? Entspricht unsere Zeitwahrnehmung dem Bild der Zeit, das unsere physikalischen Theorien nahelegen? Ist Zeit nur eine Illusion? Gibt es eine offene Zukunft, die wir beeinflussen können?

> Inhaltsverzeichnis <

Wie der Titel dieses Aufsatzes nahelegt, ist die Erforschung dieser Aspekte nicht abgeschlossen und wird es vielleicht auch niemals sein. Die folgenden Ausführungen geben daher auch nicht vor, eine einfache Antwort auf das Rätsel der Zeit gefunden zu haben. Aber wir stehen längst nicht mehr am Anfang dieser Suche. Für viele Fragen zeichnen sich schlüssige - und zugleich sehr überraschende! - Antworten ab, die mittlerweile eine breite Zustimmung unter den "Zeitforschern" aus den unterschiedlichsten wissenschaftlichen Bereichen genießen, obwohl sie noch kaum einen Weg in unser Alltagsverständnis der Zeit gefunden haben. Die Gründe hierfür werden offensichtlich, wenn diese Ergebnisse vorgestellt werden, was das Ziel dieses Aufsatzes ist. Nur um diese relativ gut abgesicherten Erkenntnisse soll es dabei gehen, nicht um gänzlich neue spekulative Theorien von einzelnen Forschern oder mir selber. Man kann diesen Aufsatz daher als Startpunkt ansehen, der einen Überblick über den heutigen Kenntnisstand zum Thema der Zeit gibt und zum eigenen Nachdenken anregen soll. Mir selber hat dieses Unterfangen auf jeden Fall viel Spaß gemacht und ich war erstaunt, wie viele Seiten am Ende zusammengekommen sind...

Jetzt aber zum Inhaltlichen. Wie nähert man sich diesem komplexen Thema am besten? Man kann zunächst einmal zwei Aspekte der Zeit unterscheiden:

  1. Zeit als zusätzliche Dimension
    Die Zeit hat eine trennende oder dimensionsaufspannende Rolle, ganz analog zu den drei räumlichen Dimensionen, so wie es der Kalenderspruch "Gott hat die Zeit erschaffen, damit nicht alles auf einmal passiert" treffend beschreibt.
  2. Die dynamische Rolle der Zeit
    Hierfür lassen sich drei Unteraspekte anführen, die eng miteinander verbunden sind:
    • Die Auszeichnung der Gegenwart (die ausschließliche Existenz des Jetzt)
    • Der Fluss der Zeit (selbst bei völliger Untätigkeit scheint die Zeit weiter zu fließen)
    • Die Asymmetrie zwischen Vergangenheit und Zukunft (es gibt nur eine unveränderliche Vergangenheit, während die Zukunft offen ist)

Die dimensionsaufspannende Rolle der Zeit ist zweifellos ein Teil der physikalischen Naturbeschreibung. Daher soll die Suche nach der Zeit an diesem Ort beginnen.

Was sagt uns die Physik über die Zeit?

Das neue Bild von Raum und Zeit

Die physikalische Auffassung der Zeit hat eine bemerkenswerte Historie. Nach Isaac Newton verfließt die Zeit "an sich und vermöge ihrer Natur gleichförmig und ohne Beziehung auf irgendeinen äußeren Gegenstand". Man spricht daher auch von einer "absoluten" Zeit. Dieses Konzept entspricht auch unser Alltagserfahrung und wurde viele Jahrhunderte lang nicht in Frage gestellt. Das darauf basierende Gebäude der Physik hat sich als äußerst erfolgreich erwiesen, nicht nur für herabfallende Äpfel, sondern auch für die allerkleinsten Werkstoffe in unseren Laboren und sogar für die Beschreibung von Sternen und Planeten. Dann aber, im Jahre 1905, fand eine Revolution statt, die mit dem Namen Albert Einstein verbunden ist.

Abbildung 1a Abbildung 1b
Abb. 1: Isaac Newton (1705) und Albert Einstein (1905)

Einsteins Spezielle Relativitätstheorie, zehn Jahre später von ihm erweitert zur Allgemeinen Relativitätstheorie, stellt bis heute den Grundpfeiler der Physik für die Beschreibung von Raum und Zeit dar. Kein Zitat gibt den Kontrast dieser Theorie zu Newtons Weltbild besser wieder als der Aufsehen erregende Vortrag von Hermann Minkowski auf der Versammlung der Gesellschaft Deutscher Naturforscher und Ärzte im Jahre 1908:

"Die Anschauungen über Raum und Zeit, die ich Ihnen entwickeln möchte,
sind auf experimentell-physikalischem Boden erwachsen. Darin liegt ihre Stärke.
Ihre Tendenz ist eine radikale. Von Stund' an sollen Raum für sich und Zeit für sich
völlig zu Schatten herabsinken und nur noch eine Art Union der beiden
soll Selbständigkeit bewahren."
(H. Minkowski)

Diese "Union" wird heute vierdimensionale Raumzeit genannt, oder kurz 4D Raum. Ein Punkt in diesem Raum, ein "Ereignis", hat drei Raum- und eine Zeitkoordinate. Diese Form kann man auch Ereignissen in der Newtonschen Welt geben, der entscheidende Unterschied besteht aber in der Entdeckung, dass die Zeit nicht unbeeinflusst von der räumlichen (Spezielle Relativitätstheorie) und materiellen (Allgemeine Relativitätstheorie) Umgebung abläuft. Sie vergeht für bewegte Objekte und in der Nähe von großen Massenansammlungen langsamer - die Zeit ist relativ. Das ist auch die Grundlage des in Abb. 2 dargestellten "Zwillingsparadoxons":

Abbildung 2
Abb. 2: Das Zwillings- "Paradoxon": Der reisende Zwilling ist nach seiner Rückkehr jünger als sein Bruder.

Nach der Rückkehr einer 6-jährigen Reise mit einer Geschwindigkeit von 80% der Lichtgeschwindigkeit würde der reisefreudige Zwilling auf seinen um 10 Jahre gealterten Bruder treffen[1]. Das ist allerdings kein Paradoxon, sondern eine experimentell nachgewiesene Besonderheit der Natur. Statt der Zwillinge wurden hierfür die Gangunterschiede von relativ zueinander bewegten Atomuhren überprüft sowie die Lebensdauer von extrem beschleunigten Elementarteilchen vermessen, in vollkommener Übereinstimmung mit Einsteins Theorie als Ergebnis.

Der mathematisch-physikalische Kern der Relativitätstheorie lässt sich trotzdem am besten darüber erfassen, was nicht relativ, sondern in jedem Bezugssystem, das heißt unabhängig von der eigenen Geschwindigkeit, unveränderlich (invariant) bleibt: das ist in dieser Theorie der Abstand Δs von zwei Punkten im 4D Raum. Statt der üblichen Abstandsformel Δs² = Δx² + Δy² + Δz² im 3D Raum gilt hierfür die Beziehung Δs² = (c · Δt)² - (Δx² + Δy² + Δz²) mit der Lichtgeschwindigkeit c, die in jedem Bezugssystem den gleichen Wert hat[2]. Wie groß der räumliche gegenüber dem zeitlichen Anteil ist, hängt dagegen vom relativen Bewegungszustand des Beobachters und von eventuell vorhandenen Gravitationswirkungen ab. Eine feste Auftrennung in Zeit- und Raumachsen wird dadurch unmöglich - daher 4-dimensionale Raumzeit statt dem 3+1 Modell aus 3D Raum plus Zeit. Statt der Wirkung von speziellen Kräften stehen in dieser Theorie geometrische Eigenschaften im Mittelpunkt: Teilchen bewegen sich (in Abwesenheit von nicht-gravitativen Kräften) stets auf Geodäten der Raumzeit, das heißt auf den kürzesten Verbindungskurven zweier Punkte, ganz so als würde es überhaupt keine Gravitationskräfte geben. Diese Raumzeit ist nicht euklidisch, sondern wird selber durch gravitative Massen gekrümmt. Die gemessene Winkelsumme eines Dreiecks ist also in unserer Welt nicht exakt gleich 180°, was den revolutionären Charakter der Relativitätstheorie unterstreicht. Diese geometrische Beschreibung fußt auf dem mit hoher Genauigkeit nachgewiesenen Äquivalenzprinzip: Die schwere Masse (Anziehungskraft) und die träge Masse eines Körpers (Widerstand gegen seine Beschleunigung) sind identisch.

Die Relativitätstheorie zeigt, dass sich kein materielles Objekt und kein Signal schneller als die Lichtgeschwindigkeit bewegen kann. Genauer gesagt kann kein Objekt, das sich mit Unterlichtgeschwindigkeit bewegt, auf Lichtgeschwindigkeit oder darüber hinaus beschleunigt werden[3]. Mit dem sogenannten "Lichtkegel" gibt es ein sehr nützliches Konzept zur Veranschaulichung dieser Eigenheit. Trägt man die Gesamtheit der möglichen Signale von einem Punkt im 4D Raum in Zukunfts- und Vergangenheitsrichtung auf, erhält man das folgende Bild:

Abbildung 3
Abb. 3: Vergangenheits- und Zukunfts-Lichtkegel in der Relativitätstheorie

Hier kommt das Abstandsmaß Δs ins Spiel. Man nennt die Relation zwischen zwei Raumzeitpunkten im 4D Raum, d.h. zwischen zwei Ereignissen, wie folgt:

  • zeitartig für Δs² > 0 (im Doppelkegel, unterschiedliche Zeiten in jedem Bezugssystem)
  • lichtartig für Δs² = 0 (auf Rand des Doppelkegels, unterschiedliche Zeiten und Orte in jedem Bezugssystem, Signalausbreitung mit Lichtgeschwindigkeit)
  • raumartig für Δs² < 0 (außerhalb des Doppelkegels, unterschiedliche Orte in jedem Bezugssystem, auch "raumartig getrennt")

Ereignisse außerhalb dieses Doppelkegels können weder Einfluss auf das Ereignis im Zentrum haben noch von diesem beeinflusst sein, da dies überlichtschnelle Signale erfordern würde. Anders als die Ganggeschwindigkeit von Uhren ist diese Beziehung invariant: alle Beobachter würden zu dem gleichen Schluss kommen, welche Relation zwei Ereignisse haben. Dieser Aspekt ist so wie der in einem späteren Kapitel erklärte Begriff der "Eigenzeit" ein Beispiel dafür, dass man die wesentlichen Inhalte der Relativitätstheorie besser über die invarianten (strukturellen) statt über die relativen Größen erfassen kann. Albert Einstein bevorzugte anfangs auch tatsächlich den Begriff "Invariantentheorie" gegenüber dem von Max Planck geprägten Ausdruck "Relativ(itäts)theorie".

Die unzerlegbare Einheit der vierdimensionalen Raumzeit stellt den Kern der Einsteinschen Revolution dar. Sie hat bis zum heutigen Tag sämtliche empirische Tests bestanden, von raffiniert ausgeklügelten Laborexperimenten, z.B. gravitationsbedingte Gangunterschiede von optischen Uhren mit lediglich einem Meter Höhenunterschied, bis hin zu spektakulären astronomischen Vorhersagen. Jüngstes Beispiel ist die Messung der von der Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagten Gravitationswellen, siehe Abb. 4, die zuvor schon indirekt nachgewiesen wurden.

Abbildung 4
Abb. 4:Künstlerische Darstellung von zwei kollidierenden Schwarzen Löchern (R. Hurt, Caltech). Die von der Relativitätstheorie vorausgesagten Gravitationswellen als sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitende Kräuselungen der Raumzeit konnten 2015 direkt gemessen werden (Physik Nobelpreis 2017).

Es ist nicht leicht, diese Ergebnisse zu interpretieren, ohne der vierdimensionalen Raumzeit eine unmittelbare Existenz zuzugestehen.

Sehr anschaulich sind auch die Auswirkungen, wenn man die Effekte der Relativitätstheorie auf das GPS Signal vernachlässigen würde, auf das wir uns täglich in unseren Navigationssystemen verlassen: der berechnete Ort würde bei einer direkten Uhrensynchronisation (tatsächlich wird die Synchronisierung etwas anders durchgeführt) durch den Gangunterschied der Satelliten-Atomuhren nicht um Zentimeter, sondern jeden Tag um ca. 11 km von der korrekten Position wegdriften!

Dies sind nur zwei von unzähligen Beispielen für den beeindruckenden Siegeszug der Relativitätstheorie, die seit ihrer Entdeckung im Jahr 1905 bzw. 1915 in vollkommen unveränderter Form Bestand hat. Der nächste Abschnitt soll klären, was diese Erkenntnisse für das Wesen der Zeit bedeuten.

Was sagt uns die Relativitätstheorie über die Zeit?

Die Auswirkungen der Relativitätstheorie auf unser Alltagsverständnis der Zeit scheinen zunächst einmal klein zu sein. Die Lichtgeschwindigkeit ist um Größenordnungen höher als die Geschwindigkeit von Objekten in unserer direkten Umgebung, weshalb die relativistischen Effekte in der Regel unmerkbar klein bleiben. Interessant und für viele Aspekte der Zeit wesentlich ist aber die Frage, welche Konzepte man in dem modernen Bild von Raum und Zeit nicht findet. Dies sind vor allem zwei Dinge: Die Auszeichnung des Jetzt und der Begriff der Gleichzeitigkeit, der in der Relativitätstheorie zwar noch vorhanden ist, aber im Vergleich zu der Newtonschen (und unser alltäglichen!) Auffassung viel von seiner Substanz verloren hat. Das soll nun genauer erklärt werden.

Wann würde man sagen, dass zwei Ereignisse gleichzeitig stattfinden? Das klingt fast wie eine Fangfrage, die Antwort heißt natürlich, wenn sie zum genau gleichen Zeitpunkt auftreten. Das könnte man zum Beispiel an der identischen Uhrzeit für zuvor synchronisierte Uhren festmachen. Wie die Relativitätstheorie zeigt, ist diese Bedingung aber nur relativ umsetzbar, weil die Zeit und damit die Ganggeschwindigkeit von Uhren vom Bewegungszustand eines Beobachters abhängt. Dadurch können zwei Ereignisse für einen Beobachter gleichzeitig stattfinden, obwohl sie für einen zweiten dazu bewegten Beobachter - mit absolut gleichwertiger Berechtigung! - als nicht gleichzeitig gesehen werden.

"That no inherent meaning can be assigned to the simultaneity of distant events
is the single most important lesson to be learned from relativity."
(D. Mermin)

Gleichzeitigkeit wird somit in der Speziellen Relativitätstheorie zu einem relativen Begriff. Dieser Umstand kann allerdings nicht dazu führen, dass sich die Kausalfolge von zwei Ereignissen umdreht, denn nur für Ereignisse außerhalb des Doppellichtkegels kann es überhaupt ein Bezugssystem geben, in denen beide gleichzeitig erscheinen, und wie zuvor erwähnt können sich derartige Ereignisse nicht gegenseitig beeinflussen.

Das lässt sich auch in dem Raumzeitdiagramm von Abb. 3 veranschaulichen. Es zeigt eine "Gegenwarts-Hyperfläche", wobei Hyperfläche ganz allgemein einen N-1 dimensionalen Unterraum eines N dimensionalen Raums bezeichnet. Statt einer 2D Fläche entspricht dieser Bereich dem kompletten 3D Raum, das heißt unserem ganzen Universum zu einem bestimmten Zeitpunkt. Ihr Verlauf in diesem Diagramm hängt aber, und das ist der entscheidende Punkt, vom relativen Bewegungszustand des Beobachters ab. Der eingezeichnete Bereich ist daher nur ein Beispiel unter unendlich vielen gleichberechtigten Möglichkeiten. Die Gleichzeitigkeit von zwei Ereignissen ist in diesem Bild daher genauso relativ wie die relative Geschwindigkeit zweier Objekte.

Eine weitere Einschränkung folgt aus der Allgemeinen Relativitätstheorie. Gravitative Massen krümmen die Raumzeit, was im Raumzeitdiagramm einem Verkippen der Lichtkegel entspricht. Ob zwei Ereignisse gleichzeitig stattfinden, hängt daher nicht nur von dem Bewegungszustand des Beobachters statt, sondern auch von ihrem Ort. Für nur leicht gekrümmte Raumzeiten, wie hier bei uns auf der Erde, ist dieser Effekt sehr klein und damit für unsere alltäglichen Erfahrungen unsichtbar. Für starke Krümmungen oder Lichtjahre weit entfernte Systeme entzieht er der Anwendung des Gleichzeitigkeits-Begriffs aber jede Grundlage - Gleichzeitigkeit ist nicht nur auf eine relative Anwendbarkeit beschränkt, sondern auch auf eine lokale. Jeder von uns trägt somit seinen eigenen Gleichzeitigkeits- und damit Gegenwarts-Bereich mit sich herum. In irdischen Dimensionen überlappt er sich fast 100% mit den Bereichen anderer Leute, aber wenn die Relativitätstheorie Recht hat, kann es keine globale Gegenwart für alle Beobachter hier auf der Erde und anderswo geben. Auf fundamentaler Ebene hat der Begriff der Gleichzeitigkeit damit jegliche Objektivität eingebüßt.

Dies sind (zumindest seit 1905) keine neuen Erkenntnisse und vermutlich hat fast jeder schon mal den ein oder anderen Aspekt der Relativitätstheorie aufgeschnappt. Trotzdem ist diese Konsequenz weit davon entfernt, ins allgemeine Bewusstsein der Menschen übergegangen zu sein, weshalb sich eine Wiederholung lohnt: Nach dem aktuellen Stand der Physik gibt es keine objektive (beobachterunabhängige) Gegenwart.

Gibt es denn in der Physik den Begriff des "Jetzt", d.h. die Auszeichnung des gegenwärtigen Moments, den wir als den einzig realen Augenblick zwischen der bereits verblassenden Vergangenheit und der noch offenen Zukunft erleben? Diesen Begriff suchte man bereits in der Newtonschen Auffassung von Raum und Zeit vergebens. Genauer gesagt gibt es ihn nur in analoger Verwendung zum Begriff "Hier", und selbst der ortsverliebteste Mensch der Welt würde wohl nicht abstreiten, dass es noch andere Leute an anderen Orten dieser Welt gibt, die mit absolut gleicher Berechtigung auf ihr eigenes "Hier" beharren können.

Findet man dieses "Jetzt" vielleicht in der Relativitätstheorie? Die eindeutige Antwort "Nein" wird jetzt nicht mehr überraschen. Schlimmer noch, mangels einer objektiven Gleichzeitigkeits-Beziehung fehlt diesem Begriff, wenn er sich auf die ausschließliche Existenz des "Jetzt" beziehen soll, jegliche physikalische Grundlage! Wie kann es eine alleinige Realität der Gegenwart geben, wenn nicht einmal die Definition einer solchen Jetzt-Zeit möglich ist, die über ein rein lokales und damit subjektives Konstrukt hinausgeht?

Diese Folgerung kann nur als Schock für unser Alltagsverständnis gesehen werden. Das ist wohl auch der Hauptgrund dafür, dass er nicht allgemein bekannt ist. Aber es gibt keinen Ausweg: Die Relativitätstheorie, unsere beste Theorie zur Beschreibung von Raum und Zeit, steht im Widerspruch zu der Annahme, dass es eine reale Gegenwart zwischen der nicht mehr realen Vergangenheit und der noch nicht feststehenden Zukunft gibt. Dem "Jetzt" kommt keine größere Bedeutung zu als dem "Hier".

Was sagen uns andere physikalische Theorien über die Zeit?

Nicht nur in der Relativitätstheorie, auch in anderen Bereichen der Physik sucht man eine Auszeichnung der Gegenwart oder einen grundlegenden Unterschied zwischen Vergangenheit und Zukunft vergebens. Die fundamentalen physikalischen Theorien und ihre Beziehungen zueinander sind in der folgenden Abbildung dargestellt.

Abbildung 5a    Abbildung 5b
Abb. 5:Übersicht der fundamentalen physikalischen Theorien. Die noch unbekannte Quantengravitationstheorie entspricht bei schwachen Gravitationsfeldern (Gravitationskonstante G → 0) der relativistischen Quantenfeldtheorie. Im makroskopischen Grenzfall (Planck-Konstante → 0) stimmt sie mit der Allgemeinen Relativitätstheorie überein. Die nichtrelativistische Physik ergibt sich für Geschwindigkeiten weiter unter der Lichtgeschwindigkeit (c → ∞).

Die beiden Stützpfeiler der Physik sind die Allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenmechanik, genauer gesagt die (speziell-)relativistische Quantenfeldtheorie. Ihre exakten Beschreibungen und Vorhersagen der Naturvorgänge in ihrem jeweiligen Anwendungsbereich haben bis zum heutigen Tag sämtliche experimentelle Überprüfungen bestanden. Alle anderen physikalischen Theorien konnten zu diesen beiden Theorien vereinheitlicht werden, das heißt sie lassen sich aus ihnen ableiten. Auch wenn das Bild noch nicht vollständig ist, kann man diesen Erfolg ohne Übertreibung als einen Triumph der theoretischen Physik ansehen.

Die Quantenmechanik benutzt die Zeit einfach wie einen mathematischen Parameter, der keinerlei Beziehung mit räumlichen oder materiellen Größen hat. Für ihren subatomaren Anwendungsbereich ist diese Vereinfachung natürlich vollkommen akzeptabel. In den 1940er Jahren ließ sich die Quantenmechanik auf die Raumzeit-Strukturen der Speziellen Relativitätstheorie erweitern, ohne dass ihre fundamentale Struktur dafür umgeschrieben werden musste. Die experimentellen Vorhersagen dieser relativistischen Quantenfeldtheorie haben sich als außerordentlich erfolgreich erwiesen. In erster Näherung kann man daher sagen, dass sich die neuen Erkenntnisse über Raum und Zeit zwar in die Quantenmechanik integrieren ließen, aber dass sich hieraus keine neuen Erkenntnisse über Raum und Zeit ergeben haben.

Diese Aussage erfordert allerdings eine Ergänzung. Die Suche nach einem konkreten physikalischen Modell der Quantenmechanik, gemeinhin auch als ihre "Interpretation" bezeichnet, hat durchaus Berührungspunkte mit dem Thema Zeit und hat schon zahlreiche Spekulationen über angebliche neue Erkenntnisse über die Zeit hervorgebracht. Wie in dem Kapitel "Ein zweiter Blick auf die Physik" genauer ausgeführt wird, ist aber auch für diese Modelle überhaupt nicht in Sicht, dass aus ihnen eine objektive Gegenwart in der uns bekannten Form oder gar eine besondere Bedeutung des "Jetzt" abgeleitet werden könnte.

Aber wie sieht es mit der Vereinigung der Allgemeinen Relativitätstheorie mit der Quantenmechanik aus? Eine solche Theorie wird als 'Quantengravitation' oder auch wenig bescheiden als "Weltenformel" oder "Theory Of Everything" bezeichnet. Das Problem ist nur, dass wir sie nicht kennen. Die beiden Theorien haben eine derart unterschiedliche Grundstruktur, dass noch nicht einmal geklärt ist, ob es zielführender ist, die Allgemeine Relativitätstheorie zu quantisieren, die Quantenmechanik zu geometrisieren oder ob wir eine ganz neue Art von Theorie entwerfen müssen. In den bisherigen Ansätzen zur Quantengravitation lässt sich aber ein eindeutiger Trend ausmachen: Weit davon entfernt, der Gegenwart und der Zeit eine objektivere oder aktivere Rolle zuzugestehen, führen viele dieser Theorien zu einem Verschwinden der Zeit und damit zu einem absolut statischen Universum. Für weitere Details sei auch hierfür auf das Kapitel "Ein zweiter Blick auf die Physik" verwiesen.

An dieser Stelle lohnt sich eine erste Bestandsaufnahme. Statt einfach die uns bekannten Eigenschaften der Zeit mit einem konkreten Fundament zu untermauern, zeigen uns die modernen physikalischen Theorien, allen voran die Spezielle und Allgemeine Relativitätstheorie, ein ganz anders Bild der Zeit. Einen besonderen "Jetzt"-Moment sucht man in ihnen vergebens und anders noch als in der Newtonschen Auffassung von Raum und Zeit gibt es nicht einmal eine globale Gegenwart als mögliche Grundlage für eine fundamentale Unterscheidung zwischen Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft. Auch die innige Verbindung der Zeit mit den Bewegungszuständen eines Beobachters, und damit mit dem Raum, passt nicht in unser alltägliches Zeitverständnis.

Vielleicht ergeht es unserer Vorstellung der Richtung der Zeit besser? Diese Frage soll als nächstes untersucht werden und auch sie wird ein überraschendes Ergebnis liefern.

Hat die Zeit eine Richtung?

Wie allgemein bekannt ist, hat die Zeit eine Richtung, sie fließt von der Vergangenheit in die Zukunft, auch bekannt als "Zeitpfeil". Aber ist das wirklich der Fall? Die vorherigen Abschnitte haben gezeigt, wie schwierig allein die Definition eines "Flusses" der Zeit ist, und das Gleiche gilt für den "Zeitpfeil". Trotzdem ist unbestritten, dass man leicht erkennen kann, ob ein Video von alltäglichen Situationen vorwärts oder rückwärts abgespielt wird. Die Milch in einem Milchkaffee sammelt sich nicht plötzlich in einer Ecke, Wärme fließt nicht ohne Weiteres von einem kalten zu einem warmen Gegenstand, und ganz bestimmt räumt sich das Kinderzimmer nicht von alleine auf. Dafür gibt es sicherlich eine einfache physikalische Erklärung?

Es gibt eine Erklärung, aber sie ist indirekter und vielschichtiger als man vermuten könnte. Das liegt vor allem daran, dass sämtliche grundlegenden physikalische Theorien, also insbesondere die Klassische Mechanik, die Elektrodynamik, die Relativitätstheorie und die Quantenmechanik, vollkommen zeitsymmetrisch sind, das heißt sie machen nicht die geringste Unterscheidung zwischen Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft! Jeder Prozess in Zukunftsrichtung ist nach diesen Theorien genauso gut in Vergangenheitsrichtung möglich (eine kleine für diese Diskussion nicht relevante Ausnahme in Form der sogenannten "schwachen Kernkraft" wird später im Kapitel "Ein zweiter Blick auf die Physik" besprochen). Trotzdem ist die Suche nach einer physikalischen Grundlage des Zeitpfeils nicht aussichtslos. Eine entscheidende Rolle spielt dabei eine physikalische Größe, die "Entropie" genannt wird.

Wie die Thermodynamik uns lehrt, die als rein phänomenologische Beschreibung nicht als grundlegende Theorie angesehen wird, kann die Entropie eines geschlossenen Systems im Laufe der Zeit nur größer, aber nicht kleiner werden. Man kann diese Größe als "Unordnungs-Maß" interpretieren, sie hat aber auch eine konkrete mathematische Definition: es ist die Anzahl der Mikrozustände, die mit einem bestimmten Makrozustand kompatibel sind. Es gibt zum Beispiel sehr viele unterschiedliche Molekül-Konstellationen, die einem gut durchmischten Milchkaffee entsprechen, aber deutlich weniger, wenn die Milch in einer Ecke der Tasse konzentriert ist. Eine höhere Entropie bedeutet daher auch eine höhere Wahrscheinlichkeit für den entsprechenden Makrozustand, deswegen ist es logisch, dass sich dieser Zustand von alleine einstellt. Systeme mit sehr wenigen Mikrozuständen können kurzzeitig einen Entropierückgang zeigen, aber für alle makroskopischen Systeme (schon ein Staubkorn enthält zwischen 1015 und 1020 Moleküle) kann die Entropie mit fortschreitender Zeit nur größer werden.

Erklärt diese Entropiezunahme die Asymmetrie zwischen Vergangenheit und Zukunft? Leider nein, die obige Schlussfolgerung funktioniert nämlich wie in Abb. 6 gezeigt in beide Zeitrichtungen! Wenn man sich fragt, welches der wahrscheinlichste vorhergehende Zustand ist, der zum beobachteten Ergebnis geführt hat, lautet die Antwort ebenfalls, dass es ein Zustand mit höherer Entropie gewesen sein muss. Die Begründung ist absolut identisch zur zukunftsorientierten Betrachtung.

Abbildung 6
Abb. 6:Die Zunahme der Entropie als Maß der Unordnung ist der Schlüssel für das Verständnis des "Zeitpfeils". Die Statistische Mechanik alleine sagt allerdings einen Entropieanstieg in beide Zeitrichtungen voraus, daher ist man auf zusätzliche Annahmen über den Zustand des frühen Universums angewiesen.

Die Tendenz zu wahrscheinlicheren Konfigurationen ist daher für sich genommen keine Grundlage für den Zeitpfeil. Diese Folgerung ergibt sich auch aus dem Umstand, dass man die Thermodynamik vollständig aus der Statistischen Mechanik ableiten kann, und diese ist eine vollkommen zeitsymmetrische Theorie.

Diese Überlegungen waren trotzdem nicht nutzlos, denn es gibt einen entscheidenden Unterschied: Anders als die Entropiezunahme in Zukunftsrichtung ist es überhaupt nicht der Fall, dass die Entropie in unserer Welt in Vergangenheitsrichtung ansteigt! Einem halb durchmischten Milchkaffee ist typischerweise ein Zustand vorhergegangen, in dem die Milch noch stärker konzentriert war, und nicht etwa eine homogene Mischung, die sich spontan in ihre Bestandteile zerlegt hat. Auch das Kinderzimmer war gestern noch nicht ganz so chaotisch wie heute. Woher stammt dieser Widerspruch?

Es gibt eine Antwort auf diese Frage, auch wenn sie auf den ersten Blick nicht sehr befriedigend erscheint. Aber es gibt nur dieses eine Argument: All unsere alltäglichen und wissenschaftlichen Erfahrungen über den Entropieverlauf und damit über den von uns erlebten Zeitpfeil lassen sich ableiten, wenn wir die explizite Annahme treffen, dass sich das frühe Universum in einem Zustand mit sehr niedriger Entropie befand.

Diese Aussage enthält zwei Bestandteile, die auf den ersten Blick unglaubwürdig erscheinen. Könnten wirklich sämtliche Entropie-Effekte auf eine solche kosmologische Eigenheit zurückgeführt werden, die über 13 Milliarden Jahre vor unserer heutigen Zeit liegt? Das ist nach einhelliger wissenschaftlicher Meinung tatsächlich der Fall. Eine entscheidende Rolle spielt dabei die Strahlung unserer Sonne, die sich als stärkste Entropiequelle für die Geschehnisse auf unserer Erde erweist, insbesondere als Ausgleich und treibende Kraft für die Entropie-verringernden Prozesse der belebten Natur. Eine gute Beschreibung dieses Themas findet man zum Beispiel in dem Buch "Time's Arrow and Archimedes' Point" von Huw Price (1997), das sich bezüglich vieler Aspekte der Zeit als wegweisend erwiesen hat.

Deutlich schwerer wiegt aber der Einwand, dass man für diese Argumentation eine spezielle Annahme über das frühe Universum treffen muss, die in diesem Fall wahrlich speziell ist. Eine niedrige Entropie entspricht einem unwahrscheinlichen Zustand und bezogen auf das Universum sprengt das dafür erforderliche Maß jegliche Vorstellungskraft - der englische Mathematiker und Physiker Roger Penrose hat hierfür eine Größenordnung von 1 zu 10 hoch 10 hoch 123 abgeschätzt, das heißt eine Zahl mit 10123 Nullen. Eine echte Begründung für die Annahme dieses Zustandes gibt es nicht. Immerhin konnte man im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie zeigen, dass diese Bedingung erfüllt ist, wenn man die Homogenität der Materie im frühen Universum voraussetzt, das heißt ihre ungefähre Gleichverteilung in allen drei Raumdimensionen auf großer Skala. Das ändert nichts an dem Maß der Unwahrscheinlichkeit, denn wegen der ausschließlich anziehend wirkenden Schwerkraft müsste man eigentlich einen sehr "verklumpten" Zustand oder einen riesigen einzelnen Materieball erwarten oder sogar (was vielleicht daraus folgen würde) ein einzelnes gigantisches schwarzes Loch. Aus unseren astronomischen Beobachtungen wissen wir aber, dass das frühe Universum tatsächlich sehr homogen war. Dazu gehört die Kartierung der Galaxien-Verteilung, die genaue Vermessung der 3 Kelvin Hintergrundstrahlung und die Tatsache, dass die Welt nicht nur aus einem einzelnen großen schwarzen Loch besteht. Gerade die Hintergrundstrahlung mit ihrer Anisotropie (Abhängigkeit von der Beobachtungsrichtung) von unter 0.1% ist ein wichtiger Zeuge dieser Eigenschaft. Diese Homogenität kann dann nach den Gesetzen der Relativitätstheorie als aufgezogene Triebfeder für den nachfolgenden Entropieanstieg diesen.

Es bleibt natürlich die Frage, wie sich dieser gleichmäßig verteilte Zustand des frühen Universums bilden konnte. Dafür gibt bis heute keine allgemein anerkannte Antwort, lediglich einige kosmologische Spekulationen[4]. Trotz dieses fehlenden Puzzlesteins ist diese Argumentationskette nach heutigem Stand die beste Erklärung für das täglich beobachtbare Phänomen der zeitlich gerichteten Prozesse: Es gibt viele Hinweise auf die Homogenität des frühen Universums und diese Eigenschaft wäre ausreichend, um zusammen mit dem - für sich genommen zeitsymmetrischen - Entropiewachstum den von uns erlebten Zeitpfeil zu begründen.

Abbildung 7
Abb. 7:Der "Zeitpfeil" (zeitliche Asymmetrie) entsteht aus dem Entropieanstieg, der wiederum auf den besonderen Eigenschaften des frühen Universums beruht.

Was sagen uns diese Ausführungen über die Zeit selber? Zunächst einmal sehr wenig, aber das ist auch schon der entscheidende Punkt: Der alltäglich erlebbare Zeitpfeil geht nicht auf eine Besonderheit der Zeit selber zurück, ja nicht einmal auf irgendwelche physikalische Entwicklungsgleichungen, die zwischen Zukunfts- und Vergangenheitsrichtung unterscheiden würden! Daran erkennt man auch die Unsinnigkeit des Begriffs "Zeitpfeil" - die Zeit selber hat keine Richtung. Es ist einzig der besondere Zustand des frühen Universums, der zusammen mit dem zeitsymmetrischen Prozess der Entropiezunahme diese Erklärungsaufgabe meistert. Dafür mussten keine besonderen Anforderungen an die Zeit selber gestellt werden, ihre ungerichtete dimensionsaufspannende Funktion erwies sich als vollkommen ausreichend. Denken Sie gerne an diese Verbindung mit dem frühen Universum beim nächsten Blick in ein unaufgeräumtes Kinderzimmer!

Das vierdimensionale Blockuniversum

Zeit für ein Zwischenfazit. Welches Bild der Zeit vermittelt uns der aktuelle Stand der Physik? Es ist das Bild eines vierdimensionalen "Blockuniversums". Es besteht wie in Abb. 8 gezeigt aus einer Zeitachse und drei (in der Darstellung zwei) Raumachsen und stellt als echte "Raumzeit" eine untrennbare Einheit von Raum und Zeit dar. Keiner dieser vier Achsen hat dabei eine ausgezeichnete Richtung, wie im letzten Abschnitt gesehen auch nicht die Zeitachse.

Die ganze Geschichte des Universums vom Urknall bis zum Ende der Zeiten ist darin abgebildet. Dieser Block lässt sich in "Scheiben" schneiden, die man dann als zeitliche Abfolge deuten könnte, aber es gibt unendlich viele Möglichkeiten für eine solche Aufteilung. Keiner dieser Perspektiven ist vor den anderen ausgezeichnet, daher kann auch keine von sich in Anspruch nehmen, "realer" als die anderen zu sein. Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft sind in einem solchen Blockuniversum gleichermaßen vorhanden und real.

Abbildung 8
Abb. 8:Die Erde und ihr umkreisender Mond im vierdimensionalen Blockuniversum (mit nur 2 dargestellten Raumdimensionen). Jeder Punkt, das heißt jedes Ereignis, ist darin gleichermaßen real. Die dunkel dargestellte Hyperfläche ist nur eine von unendlich vielen gleichberechtigten Möglichkeiten, dreidimensionale "Gegenwarts-Scheiben" der Raumzeit zu definieren.

Der Verlauf ihrer Trennlinien ergibt sich aus dem Bewegungszustand der Beobachter und wird daher zu einer relativen - gewissermaßen rein privaten - Eigenschaft. Raum und Zeit sind keine Illusionen, aber unsere besten physikalischen Theorien legen nahe, dass sich Raum und Zeit - und damit auch Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft - viel ähnlicher sind und viel inniger miteinander verknüpft sind als es unser Alltagsverständnis für möglich gehalten hätte.

Form und Inhalt dieses Blockuniversums ändern sich nicht mit fortlaufender Zeit, es wird daher auch als "statisch" bezeichnet. Diese Bezeichnung ist aber irreführend, denn das Blockuniversum enthält ja schon die Dimension der Zeit - bezüglich welcher (zusätzlichen äußeren!?) Zeit könnte es sich daher zeitlich verändern, um sich einen "dynamischen" Status zu verdienen? Ähnliche Fehlinterpretationen werden uns in späteren Abschnitten noch häufiger begegnen.

Zeigen diese Erkenntnisse vielleicht sogar, dass sich Raum und Zeit gar nicht voneinander unterscheiden, das heißt dass die Zeit lediglich eine zusätzliche Dimension aufspannt? Das Zitat von Hermann Minkowski sowie die fehlende Asymmetrie der Zeit scheinen dies nahezulegen und führt zu der Frage des folgenden Abschnitts.

Was ist der Unterschied zwischen Zeit und Raum?

Wie wir bisher gesehen haben, sind sich Zeit und Raum viel ähnlicher als es unser Alltagsverständnis für möglich gehalten hätte. Sind sie am Ende sogar identisch, das heißt ist Zeit nur eine spezielle Form von Raum? Das ist tatsächlich nicht der Fall. Die Frage, worin sie sich genau unterscheiden, ist aber erstaunlich vielschichtig. Die beste Antwort darauf dürfte überraschen und bildet eine Brücke zum Gesamtfazit am Ende dieses Aufsatzes.

Zunächst einmal lässt sich natürlich anführen, dass die Zeit eindimensional und der Raum dreidimensional ist. Das kann aber nicht die Antwort auf die Frage sein, die wir suchen, denn auch in einem zwei- oder eindimensionalen Raum könnte es zeitliche Veränderungen geben. Als deutlich wesentlicher stellt sich ein anderer Aspekt heraus: In der Relativitätstheorie manifestiert sich der Unterschied zwischen der Zeit- und den Raumachsen mathematisch gesehen in einem kleinen, aber wesentlichen Detail: In der Abstandsgleichung Δs² = (c · Δt)² - (?x² + Δy² + Δz²), welches in dieser Theorie als Bezugssystem-unabhängiges Maß eine zentrale Rolle spielt, unterscheiden sich die Zeit- und Raumkoordinaten durch ihr Vorzeichen. Diese Struktur ist vollkommen ausreichend für die konkreten empirischen Vorhersagen dieser Theorie, aber was bedeutet dieser Unterschied physikalisch und in allgemeinverständlicher Sprache?

Wie sich herausstellt, ist dies eine erstaunlich schwer zu beantwortende Frage, für die neben der Relativitätstheorie auch andere physikalische Theorien betrachtet werden müssen. Eine solche Untersuchung findet sich in dem hervorragenden Buch "What Makes Time Special?" von Craig Callender (2017), dessen Titel auf genau diese Frage anspielt. Als Fazit erweist sich ein ganz besonderer Aspekt als wesentlich: Die Zeit entspricht derjenigen Richtung im 4D Raum, in der man die stärksten Geschichten erzählen kann. Dies klingt beinahe lyrisch, basiert aber auf einer mathematisch präzisierbaren Argumentation, wie nun erklärt werden soll.

Die zeitlichen Entwicklungsgleichungen praktisch aller grundlegenden physikalischen Theorien lassen sich durch lineare partielle Differentialgleichungen zweiter Ordnung beschreiben oder zumindest annähern. Um aus diesen Theorien Vorhersagen über zukünftige Ereignisse ableiten zu können, muss man zunächst eine dreidimensionale Hyperfläche (Unterraum) im 4D Raum auswählen, auf dem die Anfangsbedingungen definiert sein sollen. Typischerweise wählt man hierfür einen festen Zeitpunkt und damit eine Hyperfläche senkrecht zur eigenen Zeitachse, aber man könnte sich ebenso für andere Aufteilungen entscheiden. Die Raumzeit selber, auch nicht ihre konkrete von der Materieverteilung geformte Struktur, gibt dies in keiner Weise vor.

Man kann nun zeigen, dass die Raumzeit-Aufteilung, bei der es am einfachsten ist, freie Startbedingungen zu setzen und den Zustand der nächsten Hyperfläche vorherzusagen, genau diese Zerlegung in Zeit-Richtung ist. Für kausale Agenten wie uns bietet sie das höchstmögliche Maß an Vorhersagbarkeit (Determinismus), unabhängig davon, ob man sich für die Zukunfts- oder die Vergangenheitsrichtung interessiert.

Ein Beispiel: Wenn die augenblickliche Lage und Geschwindigkeit zweier Billardbälle bekannt sind, kann man relativ einfach ableiten, wo sie sich eine Sekunde später befinden. Das ist eine typische Geschichte. Wenn man als Startpunkt dagegen nur Teilinformation über ihren Zustand an verschiedenen Zeitpunkten besitzt, fällt die Rekonstruktion der gesamten Historie deutlich schwieriger oder ist sogar je nach Art dieser Informationen gar nicht möglich.

Die Simulation und damit Erzählung der Geschehnisse in unserem Universum entfaltet sich daher in mathematisch fassbarer Weise in Zeit- und nicht in Raum-Richtung. Anders formuliert: unsere besten physikalischen Theorien erzählen die informationsreichsten und damit stärksten Geschichten entlang der Zeitachse. Das ist nach aktuellem Stand die beste Antwort auf die Frage, was die Zeitachse von den drei Raumachsen unterscheidet. Sie sind unterschiedlich, aber spannen gemeinsam den vierdimensionalen Raum auf, in dem die Weltlinien aller Beobachter enthalten sind, ohne Unterscheidung von Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft.

Ein zweiter Blick auf die Physik: Rettungsversuche für die Zeit

Das Kapitel über das physikalische Bild der Zeit ließe sich hiermit zunächst einmal schließen und eilige Leser können diesen Abschnitt auch tatsächlich überspringen, ohne etwas vom Gesamtbild zu verpassen. Wie in der Einleitung dieses Aufsatzes versprochen, soll aber nicht meine persönliche Sicht der Zeit im Vordergrund stehen, sondern die allgemein anerkannten Erkenntnisse der Wissenschaftler, und es ist eine unbestreitbare Tatsache, dass nicht alle Wissenschaftler das bislang vermittelte physikalische Bild der Zeit teilen. Daher werden an dieser Stelle einige besonders prominente Gegenpositionen vorgestellt und grob bewertet. Auch diese Einschätzungen sind natürlich subjektiv gefärbt und sollten daher nur als Anhaltspunkte für weitere Diskussionen gesehen werden. Sie machen aber hoffentlich deutlich, warum sich diese Vorschläge bei der Mehrheit der Forscher nicht durchgesetzt haben, beziehungsweise warum sie den Schlussfolgerungen im Haupttext nicht entgegenstehen. Nebenbei wird mit dem Begriff der "Eigenzeit" ein wichtiger Aspekt für das bessere Verständnis der Relativitätstheorie vorgestellt und ein überraschend hartnäckiges Konfliktpotential zwischen dieser Theorie und der Quantenmechanik aufgedeckt.

Relativistische Zeit - Jedem seine eigene Zeit

Zunächst also ein zweiter Blick auf die Rolle der Zeit in der Relativitätstheorie. Die relativen Aspekte der Zeit wurden bereits dargestellt, es gibt in dieser Theorie aber auch einen absoluten Zeitbegriff, nämlich die "Eigenzeit": das ist die Zeit, die für einen Beobachter selber vergeht, das heißt die er von seiner eigenen Uhr abliest. Genauso wie das Abstandsmaß Δs ist diese Größe invariant, das heißt sie ist unabhängig vom gewählten Koordinatensystem: alle Beobachter stimmen darüber ein, wie groß dieser Wert für diesen einen Beobachter ist, auch wenn sie selber eine andere Zeitdauer zwischen Anfangs- und Endereignis messen würden. Anders als in der Newtonschen Raumzeit hat nämlich jeder Beobachter seine eigene von anderen Beobachtern abweichende Eigenzeit, entsprechend seiner Form der Weltlinie. Die Eigenzeit hat nämlich eine ganz konkrete geometrische Bedeutung: sie entspricht der Länge einer zeitartigen Weltlinie im 4D Raum.

Diese Eigenschaft kann man allerdings leicht missverstehen. Mit Länge ist hier das relativistische Maß Δs² = (c · Δt)² - (Δx² + Δy² + Δz²) gemeint, dieser Wert wird demnach kleiner und nicht etwa größer, wenn die Kurve von einer geraden Linie im 4D Raum abweicht, das heißt wenn die in diesem Diagramm eingezeichnete Kurve länger wird. Die kürzeste Verbindung, das sind zwei Ereignisse an verschiedenen Zeiten am gleichen Ort für ein unbewegtes Objekt, ist daher genau durch eine maximale Eigenzeit ausgezeichnet. Das andere Extrem sind lichtgeschwindigkeitsschnelle Photonen (45° Winkel im 4D Raum) mit Eigenzeit 0. Es gibt daher nicht nur eine Eigenzeit, sondern unendlich viele, und genau das - und nicht die Relativität der Zeitkoordinaten oder irgendwelche Beschleunigungseffekte - ist der Kern des Zwillingsparadoxons: Jeder Zwilling hat seine eigene Eigenzeit und seine eigene Art, durch den 4D Raum zu reisen, wodurch sich ihre Weltlinien und damit auch der Wert ihrer Eigenzeit ändert, selbst wenn Start- und Endpunkt identisch sind.

Man kann solche zeitartigen Weltlinien, die von der Eigenzeit parametrisiert sind, als Fundament des relativistischen 4D Raums ansehen. Die konkreten Raumkoordinaten kommen nämlich erst ins Spiel, wenn man sich für ein konkretes Koordinatensystem für die Beschreibung dieser Weltlinien entscheidet, was für raumartige Kurven nicht funktionieren würde. Man kann daher sagen, dass die (Eigen-) Zeit - und nicht der Raum - die vierdimensionale Raumzeit erst aufspannt. Das ist eine bemerkenswerte Schlussfolgerung: Zeit ist in der Relativitätstheorie fundamentaler als der Raum.

Dieser absolute Charakter der Eigenzeit und seine Priorität vor dem Raumbegriff stellt nun nach Ansicht einiger Wissenschaftler die Perspektive des vierdimensionalen Blockuniversums in Frage. Die Relativitätstheorie bietet wie in den vorherigen Abschnitten gesehen keine Struktur für eine global definierte Gegenwart, die für einen intersubjektiven "Jetzt"-Moment notwendig wäre, aber vielleicht können wir unsere intuitiven Vorstellungen über die Zeit wie den Zeitfluss und die ausschließliche Realität der Gegenwart retten, wenn wir sie auf diese Eigenzeit anwenden?

Gegen diese Perspektive ist prinzipiell überhaupt nichts einzuwenden, aber sie steht auch nicht im Widerspruch zu den bisherigen Schlussfolgerungen über die Rolle der Zeit in der Physik. Zunächst einmal weist sie keine Unterscheidung zwischen Zukunfts- und Vergangenheitsrichtung auf und eine besondere Auszeichnung des "Jetzt"-Moments bietet sie ebenfalls nicht. Die Größe dieser Eigenzeit hängt für einen Beobachter außerdem wie gesehen von seinem eigenen Bewegungszustand ab und ist daher keine globale Zeitkoordinate, aus der man eine "objektive", das heißt für alle Beobachter gleich definierte, Gegenwart konstruieren könnte. Jeder hat seine eigene private Eigenzeit, und deren Ablauf ist nicht unabhängig von seinen eigenen Bewegungen und damit vom Raum. Sie ist nicht einmal unabhängig von anderen Dingen im Raum, denn sie wird über die Krümmung der Raumzeit auch von gravitativen Massen beeinflusst. Mit unserem eigenen intuitiven Bild der Zeit hat diese Eigenzeit daher wenig gemeinsam.

Kosmologische Zeit - Das Universum und Wir

Wenn schon die Spezielle und Allgemeine Relativitätstheorie keine Grundlage für eine global definierte Zeit liefert, dann vielleicht die Kosmologie? Tatsächlich wird von einigen Physikern vorgeschlagen, eine globale Gegenwart auf eine "kosmologische Zeit" zu gründen. Über den Urknall selber gibt es viele Spekulationen, aber es ist eine gut etablierte Erkenntnis, dass unser Universum seit knapp 14 Milliarden Jahren richtungsunabhängig expandiert, das heißt dass die Abstände von gravitativ verbundenen Systemen wie Galaxien auf großer Skala beständig größer werden. Dieses kosmologisch ausgezeichnete Bezugssystem der gemittelten Materieverteilung definiert eine eindeutige Zeitachse. Genau diese Zeit könnte nun, so der Vorschlag, als absolute Zeit gesehen werden, das heißt als die einzige "echte" Zeit. Die dazu senkrecht stehenden Hyperflächen würden dann die Schichten einer globalen und damit ebenfalls absoluten Gegenwart darstellen.

Dieser Ansatz kann aber aus mehreren Gründen nicht überzeugen. Zunächst einmal basieren sämtliche kosmologische Modelle auf der Allgemeinen Relativitätstheorie und die Gleichberechtigung aller Bezugssysteme ist in dieser Theorie ein Grundprinzip. Noch schlagender sind zwei andere Argumente: Warum sollte eine solche abgeleitete gemittelte - das heißt durch Weglassen von Information entstandene - Größe eine fundamentale Bedeutung haben? Aus welchem Grund und auf welche Weise sollte es zudem eine Verbindung zwischen dieser kosmologischen "Galaxien-" Zeit und unserem eigenen Zeiterlebnis geben? Die derart konstruierte "Gegenwart" würde noch nicht einmal unserer Gegenwart entsprechen, da sich unser Sternensystem kosmologisch gesehen mit beträchtlicher Geschwindigkeit bewegt und wir uns somit überhaupt nicht im Ruhesystem der kosmologischen Expansion befinden. Dieser Rettungsversuch einer absoluten Zeit hat daher den Großteil der Forschergemeinde nicht überzeugt.

Quantenmechanik - Auf der Suche nach dem Quantenmodell

Die Quantenmechanik hat unser Bild der Materie und der Welt der kleinsten Teilchen revolutioniert, in gewisser Weise sogar in noch radikalerer Form als die Einsteinsche Revolution für ihren Bereich, aber sie hat wie schon zuvor erwähnt keine konkreten neuen Erkenntnisse über Raum und Zeit ergeben. Diese Aussage ist allerdings etwas vereinfachend. Sie trifft nach allgemeiner Meinung auf jeden Fall auf die messbaren Anwendungen der Quantenmechanik zu, weshalb sie sich auch relativ unproblematisch in Form der bereits erwähnten relativistischen Quantenfeldtheorie mit der Speziellen Relativitätstheorie verbinden ließ. Eine andere Frage besteht aber darin, was uns ein quantenmechanisches Modell über die Zeit sagen würde.

Was steckt hinter dieser Unterscheidung zwischen Quantenmechanik und quantenmechanischem Modell? Dahinter verbirgt sich eine Kluft, die seit über 100 Jahren besteht und trotz intensivster Bemühungen nicht geschlossen werden konnte. Sie zeigte sich nämlich schon in den Anfängen der von Niels Bohr, Erwin Schrödinger und Albert Einstein[5] aufgestellten Quantenmechanik. Max Planck, Werner Heisenberg, Louis de Broglie und Paul Dirac können ebenfalls als Gründungsväter dieser Theorie benannt werden. Schon damals wurde klar, dass die Quantenmechanik zwar höchst erfolgreiche Rechenvorschriften über mögliche Messergebnisse liefert, wenn auch nur als statistische Aussagen über eine Vielzahl von Messungen und nicht deterministisch für einzelne Fälle, aber dass sie sich vollkommen darüber ausschweigt, wie diese Messungen zustande kommen könnten. Schlimmer noch, sie muss auf unscharf definierte Begriffe wie "Messung" oder "makroskopisches Messgerät" zurückgreifen und beinhaltet zwei vollkommen unterschiedliche Zeitentwicklungsgesetze - die stetige lineare Schrödingergleichung und den sprunghaften nichtlinearen sogenannten "Kollaps der Wellenfunktion" - ohne deren Anwendungsbereich zu klären oder ihre Inkompatibilität aufzulösen. Was dieser Theorie fehlt, wofür sich leider der etwas unglückliche Begriff der "Interpretation" der Quantenmechanik eingebürgert hat, ist ein physikalisches Modell, das die fundamentalen Grundelemente der mikroskopischen Welt benennt (seien es Teilchen, Felder oder andere Entitäten) und deren Zeitentwicklung vorgibt.

Es ist nun nicht so, dass es keine solcher Modelle gibt. Im Gegenteil: In den letzten 100 Jahren wurden unzählige konkrete Modellvorschläge publiziert, die alle für sich in Anspruch nehmen, die beste Antwort auf diese Suche geliefert zu haben. Das Problem ist nur, dass jeder dieser Ansätze entweder eklatante Schwachstellen aufweist oder unsere Vorstellung, was wir unter einem physikalischen Modell oder einer wissenschaftlichen Erklärung verstehen, so weit aufweicht, dass ihm jegliche Erklärungskraft verloren gegangen ist. Aus diesem Grund hat nicht einer dieser Modelle die allgemeine Zustimmung der Forschergemeinde gefunden. Einig ist diesen Ansätzen nur, dass sie - in der einen oder anderen Form - eine Änderung unseres gewohnten physikalischen Weltbildes erfordern, und zwar eine radikale. Wer mehr über dieses noch immer aktuelle Thema erfahren möchte, sei auf meinen eigenen Aufsatz "Die Quantenmechanik - der Traum, aus dem die Stoffe sind" unter www.frwagner.de/qm.html verwiesen.

Auch wenn diese Suche noch andauert, hat sie uns viele Eigenschaften der Quantenmechanik besser verstehen lassen. Insbesondere hat sie ein hartnäckiges Konfliktpotential mit der Speziellen Relativitätstheorie aufgedeckt. Im Mittelpunkt steht dabei ein Theorem aus dem Jahr 1964 von dem nordirischen Physiker John Stewart Bell, der wohl bedeutendsten Figur in der Deutungsdebatte der Quantenmechanik. Dieses experimentell bestätigte Theorem sagt aus, dass das Prinzip von ausschließlich relativistisch-lokalen Kausalwirkungen, also Wirkungseinflüsse mit maximal Lichtgeschwindigkeit, in jeder denkbaren physikalischen Theorie verletzt ist, die die Resultate der Quantenmechanik wiederspiegelt[6]. Die Nichtlokalität in dem von Bell definierten Sinne ist daher nachweislich eine Eigenschaft der Natur, nicht nur unserer aktuellen Theorie der Quantenmechanik. Keine zukünftigen Entdeckungen der Physik oder die noch unbekannte Weltenformel werden daran etwas ändern können. Überlichtschnelle Signale sind aber auch in der Quantenmechanik unmöglich, es gibt daher keinen empirischen Konflikt mit der Relativitätstheorie.

Diese Nichtlokalität wird nun von einigen Autoren als mögliche Grundlage einer absoluten Zeit gesehen. Tatsächlich führen einige quantenmechanische Modelle zu einer Auszeichnung bestimmter Bezugssysteme und damit zu einer ausgezeichneten Zeitachse. Kann diese "quantenmechanische Zeit" unser gewohntes Zeitverständnis rehabilitieren?

Neben der Tatsache, dass es noch kein allgemein anerkanntes Model als Grundlage dieser These gibt, hat dieser Ansatz zwei gewichtige Gegenargumente. Zum einen wäre diese Zeitachse empirisch vollkommen ununterscheidbar mit anderen Zeitrichtungen, da es wie schon erwähnt auch in der Quantenmechanik keine überlichtschnellen Signale gibt. Zum anderen wären diese Zeitachsen und damit die dazu senkrecht stehenden Hyperflächen von den Details der quantenmechanischen Wechselwirkungen abhängig und wären vollkommen anders als die Hyperflächen gelagert, die unserer globalen Gegenwart entsprechen. Wenn dieser Ansatz erfolgreich wäre, würde er daher "falsche" Gegenwarts-Schichten vorhersagen!

Aus diesen Gründen ist nicht in Sicht, dass aus der Nichtlokalität der Quantenwelt eine objektive Gegenwart oder ein ausgezeichneter "Jetzt"-Moment abgeleitet werden könnte. Die Quantenmechanik hat unser Verständnis der Materie revolutioniert, aber für unser Wissen von Raum und Zeit ist noch immer die Relativitätstheorie die beste Referenz.

Quantenfeldtheorie - Die Schwache Kernkraft fällt aus der Rolle

Im Kapitel über die Richtung der Zeit wurde die Aussage getroffen, dass alle grundlegenden physikalische Theorien zeitsymmetrisch sind, das heißt dass sie für die Zukunftsrichtung die exakt gleichen Vorhersagen wie für die Vergangenheitsrichtung machen. Tatsächlich gibt es hierfür eine Ausnahme: In dem Zerfallsprozess von bestimmten subatomaren Teilchen, genannt Kaonen, wurde 1964 eine winzige Abweichung von der sogenannten CP-Symmetrie entdeckt. Diese Symmetrie sagt aus, dass sich das Verhalten eines Teilchens nicht ändert, wenn man es durch sein ladungsumgekehrtes Antiteilchen ersetzt (C für Charge) und dabei alle Raumkoordinaten spiegelt (P für Parity). Nach einem grundlegenden Theorem der Quantenfeldtheorie gehorcht nun aber jedes Teilchen der CPT-Symmetrie, in der man zusätzlich die Zeitrichtung (T für Time) spiegelt. Daraus kann man folgern, dass es in diesem Prozess einen Unterschied zwischen der Zukunfts- und der Vergangenheitsrichtung gibt, was mittlerweile auch direkt nachgewiesen wurde.

Verantwortlich für diese Symmetrieabweichung ist die sogenannte schwache Kernkraft (auch schwache Wechselwirkung genannt), die zusammen mit der Gravitation, dem Elektromagnetismus und der starken Kernkraft zu den vier Grundkräften der Physik gehört. Anders als die anderen Kräfte hat sie aber eine extrem kurze Reichweite, kürzer als ein Atomkernradius, und die Kaonen sind flüchtige Teilchen mit einer Halbwertszeit von weniger als einer Millisekunde. Diese Symmetrieabweichung hat daher nach allgemein anerkannter Meinung nicht den geringsten Einfluss auf makroskopische Systeme und den thermodynamischen Zeitpfeil, was sich anhand von Zerfallsprozessen von Antiteilchen auch empirisch nachprüfen ließ. Das torpediert jeglichen vereinzelt vorgebrachten Versuch, eine Verbindung zwischen dieser CP-Verletzung und dem zukunftsgerichteten Entropieanstieg oder unserem Zeiterlebnis herzustellen.

Quantengravitation - Das Rätsel der verschwundenen Zeit

Die Quantengravitation - die "Weltenformel" - als Vereinigung der Allgemeinen Relativitätstheorie mit der Quantenmechanik ist der letzte fehlende Bauteil der theoretischen Physik und wäre gleichzeitig ihr krönender Abschluss. Die Unkenntnis dieser Theorie gibt natürlich Anlass für zahlreiche Spekulationen, von denen auch die Zeit nicht ausgenommen ist. Es gibt einige Stimmen (zum Beispiel der Physiker Lee Smolin), die sich aus einer solchen vereinheitlichten Theorie neue Möglichkeiten für eine aktivere Rolle der Zeit erhoffen. Selbst für dieses Extra-Kapitel würde es aber zu weit führen, diese Ansätze genauer auszubreiten. Stattdessen sollen die Aspekte der Zeit vorgestellt werden, die sich in den bisherigen Hauptansätzen auf dem Weg zu einer Theorie der Quantengravitation herauskristallisiert haben.

In den bisherigen Ansätzen lässt sich ein eindeutiger Trend ausmachen: Anstatt der Gegenwart und der Zeit eine objektivere Rolle zu verleihen, führen sie zu einem Verschwinden der Zeit und damit zu einem absolut statischen Universum. Vielfach ist dabei auch von einer "Emergenz" der Raumzeit aus fundamentaleren zeitlosen Elementen die Rede, auch wenn die genaue Definition dieses Begriffs umstritten ist.

Raum und Zeit wären dann gar nicht fundamental, sondern nur abgeleitete Begriffe, so wie die Temperatur oder der Druck eines Gases, die auf atomarer Ebene überhaupt nicht vorhanden sind. Viele Ansätze haben dabei aber das konkrete physikalische Problem, dass sie selbst die abgeleitete und damit für uns erfahrbare Zeit überhaupt nicht rekonstruieren können, was als "Problem der verschwundenen Zeit" in der Quantengravitation bekannt ist.

Klare Schlussfolgerungen lassen sich hieraus nicht ableiten. Keiner dieser Ansätze hat den Status einer empirisch überprüften Theorie erreicht oder auch nur einer konsistenten vollständigen Theorie. Diese Aussagen sind daher mit größter Vorsicht zu bewerten. Messbare Effekte solcher Theorien wären auf jeden Fall auf sehr exotische Bereiche wie dem frühen Universum oder auf Randbereiche von Schwarzen Löchern begrenzt. Auf die Art und Weise, wie wir Menschen den Raum und die Zeit erleben, haben diese Spekulationen daher keinen Einfluss.

Fazit - Was sagt uns die Physik über die Zeit?

Als Zusammenfassung dieses Kapitels lässt sich folgendes festhalten. Weder der erste noch der zweite Blick in die hervorragend bestätigten Erkenntnisse der physikalischen Forschung hat unser Zwischenfazit geändert. Entgegen unserem Alltagsverständnis der Zeit gibt die Physik weder einen Anlass noch eine Grundlage für eine grundsätzliche Unterscheidung zwischen Vergangenheit und Zukunft, ja nicht einmal für eine der Zeit innewohnende Richtung. Sie enthalten auch nicht den geringsten Hinweis auf einen "Fluss" der Zeit oder auf einen besonders ausgezeichneten "Jetzt"-Moment. Stattdessen legen sie das in Abb. 8 dargestellte Blockuniversum nahe, das eine enge Kopplung von Zeit und Raum beinhaltet und die grundsätzliche Unterscheidung von Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft aufhebt.

Das ist aber natürlich noch nicht das Ende der Geschichte. Wenn sich diese uns bekannten Aspekte der Zeit nicht in den bisherigen Theorien finden, kann daraus immer noch folgen, dass die richtige physikalische Theorie noch auf ihre Entdeckung wartet, oder dass sich der Fluss der Zeit und die Besonderheit des gegenwärtigen Moments in einem Bereich außerhalb der Physik wiederfindet. Es wäre eine gewagte Behauptung, dass nur das, was sich im Bereich der Physik sagen lässt, einen Anspruch darauf hätte, als objektiv und real zu gelten. Dafür müssen diese Begriffe natürlich grundsätzlich konsistent ausformulierbar sein, was im folgenden Kapitel untersucht wird. Wenn diese Hürde genommen ist, die sich als erstaunlich hoch erwiesen hat, müssen sie außerdem plausibel gemacht werden. Dafür wird in der Regel unsere eigene Zeitwahrnehmung angeführt, die scheinbar unumstößliche Hinweise auf derartige dynamische Eigenschaften der Zeit liefert, was im darauffolgenden Abschnitt untersucht und kritisch hinterfragt wird.

Was sagt uns die Philosophie über die Zeit?

Das von der Physik vermittelte Bild der Zeit scheint unseren direkten und innersten Alltagserfahrungen zu widersprechen. Vielleicht war es zu vorschnell, ein solch fundamentales Konzept wie "Zeit" dem Urteil der physikalischen Forschung zu überlassen? Was sagt die Philosophie dazu, die auf eine noch längere Tradition als die modernen Naturwissenschaften zurückblicken kann?

Was sich Physiker und Philosophen zu sagen haben

Dazu ist zunächst einmal zu sagen, dass es nicht unumstritten ist, dass die Philosophie überhaupt etwas zu Phänomenen beitragen kann, die im Anwendungsbereich der Physik liegen. Es gibt prominente Physiker wie Stephen Hawking oder Steven Weinberg, die genau das bestreiten, weil sich philosophische Argumente nicht empirisch überprüfen lassen. Sie bringen dabei aber das Kunststück fertig, gegen die Sinnhaftigkeit der Philosophie zu wettern und gleichzeitig selber gewagte philosophische Thesen vorzubringen, teilweise innerhalb des gleichen Absatzes. Diese Thesen sind sogar häufig sehr altertümlich und einseitig, zum Beispiel über die Art und Weise, wie es angeblich möglich sei, physikalische Theorien zu überprüfen[7].

Für die Mehrheit der Physiker überwiegt zum Glück die Erkenntnis, dass es auch für die physikalische Forschung überaus hilfreich sein kann, seine Grundannahmen zu reflektieren und sich Anregungen in dem immensen Fundus der philosophischen Ideengeschichte zu holen. Nicht umsonst pflegten fast alle Geistesgrößen der Physik ein sehr positives Verhältnis zur Philosophie. Es gibt schlichtweg keine genau eingezeichnete Grenze zwischen Philosophie und grundlegender Physik, und es gibt eine Fülle historischer Beispiele, in denen sich diese beiden Bereiche gewinnbringend befruchtet haben. Am Ende dieser Diskussionen stand dann nicht selten eine neue physikalische Theorie, die dann auch empirisch überprüfbar war.

Genauso falsch wäre es natürlich, wenn man umgekehrt den aktuellen Stand der physikalischen Forschung in philosophischen Überlegungen über die Natur ignorieren würde, wofür man ihn natürlich erst einmal kennen muss. Auch dafür findet man immer wieder Negativbeispiele, aber so mancher Vertreter der "harten" Wissenschaften wäre vermutlich erstaunt, welch großen Raum physikalische Theorien in den modernen philosophischen Diskussionen einnehmen, und die Relativitätstheorie wie auch die Quantenmechanik nehmen darin Ehrenplätze ein.

Die vier Formen der Zeit

Genug der Vorrede, was sagt also nun die Philosophie über die Zeit? Im Fokus steht dabei die Frage, ob die Zeit aus absoluten Zeitpunkten besteht oder nur über früher-später-Beziehungen definiert werden kann. Eng verbunden damit ist die Frage, ob neben der Gegenwart auch die Vergangenheit und/oder die Zukunft real sind, d.h. ob sie den gleichen Existenz-Status wie die Gegenwart beanspruchen können, und ob es einen Fluss der Zeit gibt.

Aus den philosophischen Diskussionen haben sich vier verschiedene Hauptansätze für mögliche Zeitformen herausgebildet. Sie sind in der folgenden Abbildung illustriert.

Abbildung 9
Abb. 9: Vier mögliche Zeitformen für drei Ereignisse A, B und C an verschiedenen Orten (x-Achse) und Zeiten (y-Achse). Im Eternalism existieren alle Ereignisse unabhängig von ihrem Zeitpunkt, er entspricht dem Blockuniversum. Im Presentism existiert nur die Gegenwart, im Growing Block Vergangenheit und Gegenwart. Moving Spotlight kombiniert Eternalism mit einer ausgezeichneten Gegenwart.

Das in der Philosophie Eternalism genannte Blockuniversum ist uns schon als das Bild bekannt, das uns die Relativitätstheorie nahelegt, was natürlich ein mächtiger Verbündeter ist. Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft sind hierin gleichermaßen real. Was dieser Zeitform fehlt, ist die für uns alle erfahrbare Auszeichnung des "Jetzt", die auf den ersten Blick unverzichtbar erscheint und die Suche nach möglichen Alternativen motiviert.

Die Moving Spotlight Zeitform ist ähnlich zum Eternalism, auch hier sind Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft zu einer Einheit verschmolzen. Es kommt aber nun ein Element dazu: wie von einem Scheinwerfer angeleuchtet, der sich von früheren zu späteren Zeitpunkten bewegt, ist immer nur eine Gegenwarts-Schicht real, so wir wie es auch tatsächlich erleben. Dieser Ansatz klingt nach einer guten Kombination von einem physikalisch motivierten Grundmodell mit der von uns erlebten Zeit. Aber er ist aus zwei Gründen nicht haltbar. Wenn Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft gleichermaßen real sind, ist der "angeleuchtete" Gegenwartsbereich dann "besonders" real!? Was zeichnet ihn gegenüber dem Rest des Universums aus? Das zweite Problem wird deutlich, wenn man sich fragt, mit welcher Geschwindigkeit sich der Spotlight bewegt. Die Standardantwort auf diese Frage ist der Wert 1s/1s, was keinen seriösen Eindruck macht. Das Hauptproblem besteht darin, bezüglich welcher Zeit diese Bewegung stattfinden sollte - eine zusätzliche Zeitkoordinate außerhalb unseres 4D Universums? Welches Zeitmodell könnte diese zweite Zeit haben, besitzt sie ebenfalls ein Spotlight, der sich entlang einer dritten Zeitachse bewegt? Man sieht leicht, wohin das führt. Aus diesen Gründen gibt es kaum noch Vertreter dieses Zeitmodells.

Sehr aktive Befürworter hat dagegen der Presentism - zu jedem Zeitpunkt ist nur die Gegenwarts-Schicht zu diesem Zeitpunkt real, die sich stetig in Richtung Zukunft bewegt. Diese Schicht entspricht dem kompletten dreidimensionalen Universum für einen exakten Zeitpunkt. Vertreter dieses Zeitmodell weisen darauf hin, dass dieses Modell nicht in Widerspruch zur Relativitätstheorie steht, da diese reale Gegenwart eine zusätzliche Struktur der Raumzeit darstellen könnte, die der relativistischen Beschreibung fehlt. Man muss sich dann aber natürlich fragen, wie sich eine solche zusätzliche Komponente in sämtlichen bisherigen physikalischen Untersuchungen vollkommen unsichtbar machen konnte und welche Relevanz sie für unsere Zeitauffassung hat, wenn es keine bekannten Interaktionen mit dem bekannten Teil der Raumzeit gibt. Das Wesen des stetigen "Voranschreitens" der Gegenwart wirft außerdem die gleichen Fragen wie beim Moving Spotlight Modell auf. Dazu kommt noch ein drittes Problem, das sogar die bis heute andauernden Diskussionen über dieses Zeitmodell dominiert: Wie kann man alle Wahrheiten der Vergangenheit auf Gegenwärtiges zurückführen? Mangels Existenz der Vergangenheit können sie nämlich nicht einfach wie reale Fakten zu einem früheren Zeitpunkt behandelt werden. Einige Aspekte dieses Problems:

  • Vergangene Ereignisse können in diesem Modell (mangels Existenz) entgegen unserer Intuition nicht als Ursachen oder Erklärungen für gegenwärtige Ereignisse dienen.
  • Die Gegenwart weist nicht genügend Informationen für die Rekonstruktion von allen für wahr gehaltenen Aussagen über die Vergangenheit auf.
  • Es lassen sich keine Relationen zwischen Dingen aufstellen, die zu keiner Zeit gleichzeitig existiert haben. Problematisch sind auch Nicht-Wahrheiten ohne temporalen Bezug.
  • Es fehlt eine Grundlage für die Beschreibung von cross-temporalen Konzepten wie Änderung oder Bewegung.

Aus Sicht der meisten Philosophen wurden für diese Probleme keine befriedigenden Lösungen gefunden.

Der letzte hier vorzustellende Ansatz ist das Growing Block Modell. Er verbindet die stetig in Richtung Zukunft voranschreitende Gegenwarts-Schicht mit der Existenz der Vergangenheit bis zu dem jeweiligen Gegenwarts-Zeitpunkt. Nicht existent ist dagegen die Zukunft. Wenn man das erste Mal über Zeitformen nachdenkt, erscheint diese Variante vermutlich am plausibelsten. Sie spiegelt die für alle Zeiten unveränderliche Existenz der Vergangenheit genauso wider wie das Jetzt-Erlebnis und die Offenheit der Zukunft. Dank der Realität der Vergangenheit vermeidet sie auch tatsächlich die oben angeführten Probleme des Presentism bzgl. der Wahrheiten der Vergangenheit. Wurde also das ideale Zeitmodell gefunden, das sowohl der Physik als auch unserem Alltagsverständnis gerecht wird?

Leider Nein. Viele der bereits erwähnten Probleme für das Moving Spotlight und Presentism Modell treffen auch diesen Ansatz, und es kommen noch neue hinzu. Die Grundprobleme sind das Wesen der "Bewegung" der stetig voranschreitenden Gegenwart mit einer "Geschwindigkeit" von 1s/1s und die Frage, warum keine Auswirkung dieser Komponente auf physikalische Phänomene gefunden wurde. Dazu kommt speziell für dieses Modell die Frage hinzu, worauf sich die Asymmetrie zwischen Vergangenheit und Zukunft begründet. Sämtliche grundlegende physikalische Theorien sind nämlich wie schon im Abschnitt über den Zeitpfeil erwähnt zeitsymmetrisch. Ein weiteres spezifisches Problem ist geradezu originell: Man kann in dieser Zeitform nicht herausfinden, ob man sich selber - im jetzt gerade als real erlebten Moment - in Wirklichkeit bereits irgendwo mitten in der Vergangenheits-Schicht befindet! Nach Voraussetzung sind Vergangenheit und Gegenwart ja gleichermaßen real. Oder ist die Gegenwart vielleicht "besonders" real? Das ist die gleiche Sackgasse wie beim Moving Spotlight View.

"The Unreality of Time"

Es gibt sogar noch ein ganz generelles Argument gegen ein objektives Voranschreiten der Gegenwart. Es stammt vom schottischen Philosophen John McTaggart (mit vollem Namen John McTaggart Ellis McTaggert), dessen Aufsatz "The Unreality of Time" aus dem Jahre 1908 zu den einflussreichsten Werken der neuzeitlichen Philosophie gezählt wird.

Sehr kurzgefasst funktioniert das Argument wie folgt: Ein bestimmter Zeitpunkt kann nicht gegenwärtig, vergangen und zukünftig sein, wenn diese Begriffe irgendeine substanzielle Rolle spielen sollen. Genau das würde aber unweigerlich aus einer voranschreitenden Gegenwart basierend auf absoluten Zeitpunkten folgen. Wenn ihn die Gegenwarts-Schicht erreicht, wird ein zukünftiger Zeitpunkt für einen Augenblick zu einem gegenwärtigen und anschließend zu einem vergangenen Zeitpunkt. Damit hätte er entgegen der Voraussetzung alle drei Eigenschaften. Derartige Zeitauffassungen sind daher nicht nur unplausibel, sondern inkonsistent.

Eine Aussage wie "Am 1.1.1900 fand Ereignis X statt" ist eine legitime (nämlich relative) Aussage, aber die Aussage "das Ereignis X findet jetzt statt" hat demnach keinen objektiven Gehalt. McTaggart versuchte daraus sogar abzuleiten, dass es überhaupt keine konsistente Fassung von zeitlichen Änderungen und damit der Zeit gibt (daher der Titel seiner Arbeit), was ihm aber nach gängiger Meinung nicht gelungen ist. Auch das oben skizzierte Hauptargument ist nicht unumstritten und wird weiterhin lebhaft diskutiert, aber mindestens unterstreicht es die enormen Schwierigkeiten, die mit der konsistenten Definition derartiger Zeitformen verbunden sind.

Fazit - Was sagt uns die Philosophie über die Zeit?

Was also hat uns die Philosophie über die Zeit zusammenfassend zu sagen? Schaut man sich die Argumente in den vorangegangenen Abschnitten an, wird man feststellen, dass sich nur sehr wenige davon auf die Physik oder allgemein auf die empirischen Wissenschaften berufen. Das Resultat ist mindestens so überraschend wie das im vorherigen Abschnitt: Es gibt gewichtige Argumente, die gegen jegliche Zeitformen mit einer objektiv voranschreitenden Gegenwart sprechen - und das sogar unabhängig von den zum gleichen Ergebnis kommenden physikalischen Erkenntnissen!

Insbesondere das Konzept einer "fließenden" Zeit ist kaum aufrecht zu erhalten. Bezüglicher welcher (zweiten?) Zeit sollte dieses "Fließen" stattfinden? Fließt auch die dafür notwendige zweite Zeitachse bezüglich einer dritten? Das ist ein offensichtlicher Irrweg.

Dem lässt sich noch ein ganz generelles und überraschend einfaches Argument hinzufügen: Die Zeitformen sind empirisch identisch, das heißt sie machen keine unterschiedlichen experimentellen Vorhersagen. Für die Modelle mit einer globalen Gegenwart ist das sogar eine wichtige Voraussetzung, um nicht in direktem Widerspruch mit den beeindruckend genau nachgewiesenen Ergebnissen der Physik zu geraten. Aber wie könnte dann irgendein Zeitmodell von sich in Anspruch nehmen, eine bessere Erklärungskraft für unsere Erfahrungswelt als ein anderes Modell zu liefern? Auch für das Blockuniversum gibt es demnach keinen experimentell nachprüfbaren Beweis für seine ausschließliche Richtigkeit, aber solange wir keine Hinweise für einen grundsätzlichen Unterschied der verschiedenen Jetzt-Momente und damit von vergangenen und zukünftigen Ereignissen finden, drängt es sich als einfachste und damit natürliche Zeitform auf. Die Beweislast ist damit umgedreht: Andere Zeitformen könnten auch zutreffen, aber dafür müssten sie erst einmal konkrete Hinweise liefern, und woher sollten diese stammen, wenn sie weder in der Physik - wie im ersten Kapitel gesehen - noch in der Rekonstruktion unserer Zeitwahrnehmung - wie im folgenden Kapitel dargestellt - zu finden sind?

Man kann dieses Ergebnis gar nicht genug betonen: Selbst vor der Entdeckung der Relativitätstheorie hätte man zu dem Schluss kommen können, dass der Eternalism - die Gleichbehandlung von Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft - das einzige Zeitmodell ohne fundamentale Schwächen ist! Die Idee des einzig realen "Jetzt" hat ausgedient.

Was sagen wir über die Zeit?

Unsere Erfahrung mit der Zeit

Angesichts der bestechenden Argumente gegen eine Sonderrolle der Gegenwart, noch dazu unabhängig aus physikalischer und philosophischer Sicht, muss man sich natürlich die Frage stellen, warum diese Erkenntnis nicht längst in unser Alltagswissen übergegangen ist. Die Antwort ist nicht schwer zu finden. Jedem von uns sagt die persönliche Inspektion, unsere direkteste und unanfechtbarste Sinneserfahrung, dass dieses Ergebnis nicht richtig sein kann. Die Zeit fließt, egal was wir tun, und nur die Gegenwart, das "Jetzt", ist spürbar und real. Vielleicht noch die Vergangenheit, auch wenn sie keine aktiven Empfindungen (Gefühle, Gedanken, Träume, Bewusstseinsinhalte) enthält und nicht wie eine tatsächlich vorhandene Welt bereist werden könnte, aber ganz sicher nicht die Zukunft, die ja noch gar nicht fest steht. Welch schrecklicher Gedanke wäre es, wenn die Ereignisse der Zukunft mit den Fakten der Vergangenheit gleichgestellt und damit absolut unveränderlich wären! Jegliche Fragen der Moral und Verantwortung, und auch der freie Wille, wären dann zu Illusionen degradiert, die allein aus unser Unwissenheit resultieren. Wer könnte in solch einer Welt ein sinnvolles Leben führen?

Diese Reaktion ist nicht übertrieben. Zumindest spiegelt sie mein eigenes Empfinden und das von allen Menschen wider, mit denen ich bislang über dieses Thema gesprochen habe. Aber ist diese Innenschau tatsächlich ein Beweis, dass das Blockuniversum nicht stimmen kann?

Wohl kaum. Dafür kennen wir schon zu viele Fälle, in denen sich unser gesunder Menschenverstand gehörig und nachweislich von der Realität unterscheidet. Man denke nur an optische Illusionen wie in Abb. 10, die unser Gehirn betrügen obwohl wir wissen, dass es sich um einen Betrug handelt.

Abbildung 10a  Abbildung 10b
Abb. 10:Ein Beispiel für Illusionen, die auch dann erhalten bleiben, wenn sie als solche entlarvt wurden. Wie man durch Abdeckung der Umgebungsbereiche leicht nachprüfen kann, haben die 4 Felder links und die Felder A und B rechts jeweils die exakt gleiche Farbe.

Auch unsere Annahme, dass die Zeit unabhängig von unseren Bewegungen und anderen Faktoren abläuft, hat sich wie bereits ausführlich beschrieben als Irrtum herausgestellt. Ein gewisser Zweifel ist daher angebracht, zumal der obige Absatz, und das ist der erste Schritt für den Versuch einer objektiven Analyse, eine ganze Reihe von Aussagen enthält. Jede von ihnen hat eine sehr intuitive Kraft, aber wie sich herausstellt ist auch jede von ihnen anzweifelbar. Eine solche Untersuchung über den Ursprung unserer Zeiterfahrung soll nun vorgestellt werden.

Es gibt hervorragende Artikel und Bücher zu diesem Thema, die aber in der Flut von Veröffentlichungen über die Zeit nicht einfach auszumachen sind und ein deutlich neueres Datum als die klassischen physikalischen und philosophischen Beiträge haben. So viel sei schon verraten: Diese Ansätze bieten einen konstruktiven Weg für die Erklärung unserer Zeiterfahrung und das nicht trotz, sondern auf Grundlage des Blockuniversum, und sie führen nicht zu einem noch so geringen Verlust von Moral, Verantwortung oder der Sinnhaftigkeit unseres Lebens. Es ist daher keine Bereitschaft für eine deprimierende Weltsicht gefragt, sondern nur etwas Geduld, diesen Versuch nicht vorzeitig als unmöglich zu betrachten und die kommenden Ausführungen mit bewusst kritischem Blick zu verfolgen.

Die oben skizzierte Haltung über unser Zeitempfinden lässt sich zunächst einmal grob in die folgenden Bestandteile unterteilen:

  1. Unser Zeitempfinden liefert Hinweise dafür,
    1. dass die Zeit fließt
    2. dass nur die Gegenwart real ist (oder Gegenwart und Vergangenheit, aber nicht die Zukunft)
  2. Eine reale Zukunft im Bild des Blockuniversums wäre eine von uns nicht beeinflussbare Zukunft
  3. Eine von uns nicht beeinflussbare Zukunft wäre keine Grundlage für Moral, Verantwortung und den freien Willen

Aussage 1 richtet sich gegen die Korrektheit des Blockuniversum, während Aussagen 2 und 3 zusammen eine für uns unbefriedigende Konsequenz dieser Zeitform aufzeigen. Wie sind diese Argumente zu bewerten?

Aussage 3 ist vermutlich korrekt, zumindest soll sie hier nicht in Frage gestellt werden. Obwohl die erste Aussage aber bewusst schwach formuliert wurde ("liefert Hinweise für" statt "beweist"), und die zweite absolut unbestreitbar wirkt, gibt es sehr gute Argumente dafür, dass jede der Aussagen 1a, 1b und 2 falsch sind. Das soll in den folgenden Abschnitten erklärt werden.

Um die Diskussion zu vereinfachen, kann man zunächst einmal festhalten, dass die Aussagen 1a und 1b letztendlich Synonyme für das gleiche Konzept sind. Es wäre ein reiner Solipsismus, wenn nur die Gegenwart in genau diesem Moment real wäre und es kein Fortschreiten dieser Gegenwart, das heißt keinen Fluss der Zeit, geben würde. Umgekehrt kann mit dem Fluss der Zeit nur die Änderung dieser exklusiv realen Gegenwarts-Schicht gemeint sein. Im Folgenden wird daher der Einfachheit halber nur noch vom Fluss der Zeit gesprochen.

Aber warum sollte diese Aussage 1 falsch sein? Hierfür lohnt sich ein Ausflug in neurologische und psychologische Studien.

Der Ursprung unserer Zeiterfahrung - Erkenntnisse und Irrwege

Unser Zeitempfinden erscheint uns wie eine direkte Wahrnehmung des Flusses der Zeit und der stetig voranschreitenden Realität der Gegenwart. Selbst bei völliger Untätigkeit bleibt die Zeit nicht stehen und verwandelt Ereignisse, die eben noch in der offenen Zukunft lagen, für einen Moment in die direkt erlebbare Gegenwart und dann in ein vergangenes Ereignis, das lediglich in Erinnerungen auf Aufzeichnung fortbesteht. Außerdem erleben wir auf direktem Wege Änderungen, insbesondere Bewegungen. Aber wie genau entsteht diese Wahrnehmung in unserem Gehirn und damit in unserem Bewusstsein?

Die wichtigste biologische Grundlage unserer Wahrnehmungen ist natürlich das menschliche Gehirn. Angesichts der Bedeutung der Zeit für unser Leben könnte man vermuten, dass der neurologische Ursprung unserer Zeiterfahrung schon ausreichend erforscht wurde. Erstaunlicherweise ist das aber nicht der Fall - dieses Thema ist nicht mehr als ein Nischenbereich und hat noch keine endgültigen Antworten hervorgebracht. Die Lokalisierung und Wirkungsweise von biologischen Uhren, die den Herzschlag, die Atmung, den Tag-Nacht-Wechsel und viele andere Körperprozesse steuern, ist schon weitreichend erforscht, nicht aber die Frage nach unserer Wahrnehmung der Zeit.

Zwei Aspekte haben sich dabei aber als besonders wichtig erwiesen:

  • der Unterschied zwischen Wahrnehmung und neuronaler Repräsentation
  • der Begriff der Gegenwartsdauer

Es liegt nahe, dass die Repräsentation wahrgenommener zeitlicher Abläufe in unserem Gehirn ebenfalls aus einer entsprechend zeitlich geordneten Folge von neurologischen Ereignissen besteht. Man konnte aber zeigen, dass diese Annahme innerhalb des Gegenwartserlebnisses, zum Beispiel bei der direkten Wahrnehmung von bewegten Objekten, im Allgemeinen nicht zutrifft. Was uns selber wie eine Reihe zeitlich aufeinanderfolgender Sinneneindrücke erscheint, kann neuronalen Verarbeitungsmustern entsprechen, die sich nicht zeitlich aufteilen lassen. Es würde an dieser Stelle zu weit führen, diese Untersuchungen detailliert zu beschreiben, aber man sollte als Ergebnis festhalten, dass sich die Wahrnehmung der Zeit deutlich von den tatsächlichen Prozessen auf neuronaler Ebene unterscheidet. Im Grunde sollte dieses Ergebnis auch keine Überraschung sein: Wer würde zum Beispiel annehmen, dass die Repräsentation eines roten Gegenstandes selber rot ist? Dies sollte zur Vorsicht mahnen, den Fluss der Zeit nicht für unzweifelbar wahr zu halten, sondern zunächst einmal nur für das, was er wirklich ist - eine menschliche Wahrnehmung, und somit wie jede Wahrnehmung ein Konstrukt unsers Gehirns. Wer an dieser Stelle evolutionsbiologische Gründe dafür sieht, dass Erfahrung und Realität immer übereinstimmen müssen, möge sich noch etwas gedulden, dieser Einwand wird später im Text eine Erwiderung finden.

Die zweite wichtige Erkenntnis von neurologischen und psychologischen Studien ist die Entdeckung, dass unser Gegenwartserlebnis eine zeitliche "Dicke" hat. Wie schon länger bekannt ist, müssen zwei Reize für unser Gehirn etwa 30-40ms auseinander liegen, um von uns in eine bestimmte zeitliche Reihenfolge gebracht werden zu können. Unser Gegenwartserlebnis kann daher unmöglich eine infinitesimal kleine Zeitdicke haben, zumal es auf deutlich komplexeren Wahrnehmungen und Verarbeitungsprozessen beruht. Tatsächlich ist diese Dicke geradezu schockierend lang: Man konnte zeigen, dass die Wahrnehmung der Gegenwart einen Zeitraum von nicht weniger als etwa 2.5 bis 3 Sekunden einnimmt! Das war die Entdeckung des deutschen Psychologen Ernst Pöppel in den 80er Jahren und hat sich seitdem in zahlreichen Untersuchungen bestätigt.

Abbildung 11a    Abbildung 1ab
Abb. 11: Ernst Pöppel und seine Entdeckung des 3 Sekunden Taktes des Gehirns: Diese Zeitspanne nehmen unsere Gegenwarts-"Momente" ein.

Unsere Reaktionszeit ist zwar kürzer, aber wir können Reize nur über diese Zeit von drei Sekunden hinweg zu einer Wahrnehmungseinheit wie zum Beispiel einer zusammengehörigen Gruppe von Tönen zusammenfassen. Auch das Festhalten von Bewusstseinsinhalt geht nicht über diese Zeit hinaus. Dieser Umstand hat mittlerweile sogar Einzug in die Regeln der Film Cutter gefunden: Es hat sich herausgestellt, dass selbst kurze Szenen mindestens 3 Sekunden lang sein müssen, um nicht das Gefühl chaotischer Schnittwechsel hervorzurufen. Bewusstsein ist laut Pöppel "die neuronale Aktivität im Drei-Sekunden-Fenster des Jetzt".

Was bedeutet diese Erkenntnis für die Erklärung unserer Zeiterfahrung? Hierzu gibt es keine eindeutige Antwort, aber eine Tendenz. Ein detaillierter Versuch, dieses zeitlich ausgedehnte Gegenwartserlebnis mit unserem wahrgenommenen Fluss der Zeit zusammenzubringen, findet sich zum Beispiel in dem vielbeachteten Buch "Time and Space" aus dem Jahr 2001 (2. Edition 2010) von Barry Dainton. Er benennt dafür drei verschiedene Modelle der Zeitwahrnehmung: "Cinematic", "Retentional" und "Extensional" wie in Abb. 12 dargestellt. Sie gehen teilweise auf deutlich ältere philosophische Konzepte zurück, zum Beispiel von William James und Edmund Husserl.

Es würde den Rahmen dieses Aufsatzes sprengen, diese Modelle detailliert zu erklären und zu bewerten. Man kann aber einen eindeutigen Zwischenstand der bis heute andauernden Diskussion dieser Ansätze ausmachen: Unser Gegenwartserlebnis kann nur durch sich überlappende "Gegenwarten" mit endlicher zeitlichen Dauer erklärt werden und die am besten dazu passende Zeitform ist keine andere als das Blockuniversum. Diese Erklärungsversuche haben nicht den geringsten Hinweis auf Zeitformen mit einer fortschreitenden realen Gegenwart, also mit einem "Fluss" der Zeit, gefunden. Ja mehr noch: sie würden, wie in dem Buch von Barry Dainton de

monstriert, die Rekonstruktionen unserer Zeitwahrnehmung sogar erheblich erschweren!

Abbildung 12
Abb. 12:Drei Modelle für unsere Zeitwahrnehmung. Cinematic: Bewusstseinsstrom als eine filmähnliche Folge von zeitlich aufeinander folgenden Einzelszenen. Retentional: Abbildung der Gegenwartsspanne auf einzelne Zeitmomente. Extensional: Abbildung der Gegenwartsspanne auf zeitlich ausgedehnte Bewusstseinsinhalte.

Das Blockuniversum geht daher auch aus den psychologischen Ansätzen zur Rekonstruktion unser Zeitwahrnehmung als klarer Punktsieger hervor. Diese Schlussfolgerung ist nicht ganz unumstritten, aber es gibt zumindest eine breite Übereinstimmung, dass diese Modelle bis zum heutigen Tag keine Hinweise für alternative Zeitformen geliefert haben. Es ist schlichtweg ein Irrglaube, dass man derartige Zeitformen benötigen würde, um unsere Zeitwahrnehmung erklären zu können. Diese Wahrnehmung legt somit weder einen "Fluss" der Zeit nahe, was wie zuvor ausgeführt vermutlich sogar ein in sich inkonsistentes Konzept ist, noch die Nichtrealität von zukünftigen Ereignissen.

Trotz dieser Fülle von Argumenten fällt es schwer, sich von dem intuitiven Konzept der fließenden Zeit zu trenne, welches sich scheinbar unbezweifelbar in unseren täglichen Wahrnehmungen zeigt. Zugegebenermaßen wurden bislang auch nur Argumente dafür präsentiert, wie sich unsere Zeitwahrnehmung nicht erklären lässt, aber genau das war als Gegenthese zu Aussage 1 das erklärte Ziel dieses Kapitels. Das folgende Zitat bringt diese Lücke gut zum Ausdruck.

"Physicist typically label the flow of time an 'illusion'.
Doing so removes the burden of explanation from the desk of the physicist and places it
on the desk of the psychologist, freeing the physicist to work on something else.
Meanwhile, psychologists don't know the problem has been placed on their desk!
This is regrettable, for this 'illusion', if it is one, is a central and deep feature
of human life."
(C. Callender)

Aber wo sind die konstruktiven Ansätze für eine wissenschaftlich basierte Rekonstruktion unserer Zeiterfahrung?

Der Ursprung unserer Zeiterfahrung - Eine Rekonstruktion

Es gibt durchaus Ansätze zur Rekonstruktion unserer Zeitwahrnehmung, aber sie sind eher neueren Datums und nehmen in der Literatur einen viel kleineren Raum als die grundsätzlichen Diskussionen über die Zeit ein. Viele dieser Ansätze sind dabei nach dem Schema des Diagramms in Abb. 13 aufgebaut. Unsere Zeitwahrnehmung basiert auf Kausalität (wir sind es gewohnt, dass Ursachen zeitlich vor ihren Wirkungen liegen), die wiederum auf unser Agentenperspektive fußt, die durch unsere Unkenntnis der Zukunft auf Basis des Zeitpfeils ermöglicht wird. Besondere Eigenschaften der Zeit selber sind dafür nicht notwendig.

Abbildung 13
Abb. 13: Hierarchie der Schichten vom Zeitpfeil (siehe Abb. 7) bis zu unserer Zeitwahrnehmung basierend auf der zukunftsgerichteten kausalen Agentensicht.

Aber wie sehen diese Rekonstruktionen aus? Ein konkretes Modell bietet zum Beispiel das schon zuvor erwähnte Buch "What Makes Time Special?" von Craig Callender aus dem Jahr 2017. Es setzt in keiner Weise einen Fluss der Zeit oder eine nichtreale Zukunft voraus und ist daher vollkommen kompatibel mit der Sicht des vierdimensionalen Blockuniversums.

Dieser Rekonstruktionsversuch soll nun vorgestellt werden. Sein Autor weist aber ausdrücklich darauf hin, dass es sich nur um ein Grundgerüst basierend auf Arbeiten von vielen anderen Wissenschaftlern handelt, das noch viele verbesserungswürdige Stellen enthält. Dieser Ansatz kommt einer Erklärung unserer Zeitwahrnehmung aber bereits jetzt schon viel näher als es die Modelle mit einer voranschreitenden Gegenwart je geschafft hätten, und er bietet konkrete Ansatzpunkte für weitere Verbesserungen.

Unsere Zeitwahrnehmung besteht nach diesem Ansatz aus den folgenden aufeinander aufbauenden Stufen:

  • Stufe 1: Wahrnehmung der persönlichen Gegenwart
    • Wahrnehmung: Unser direktes Gegenwarts-Erlebnis
    • Grundlage: Integrationsleistung unseres Gehirns, zeitlich ausgedehnte Eindrücke (wie schon erwähnt in der Größenordnung von 3 Sekunden) zu einem Jetzterlebnis zusammenzuführen.
  • Stufe 2: Wahrnehmung der allgemeinen (intersubjektiven) Gegenwart
    • Wahrnehmung: Unser Eindruck, dass diese Gegenwart alle Menschen und Dinge zu diesem Zeitpunkt umfasst, im Grunde also das ganze Universum.
    • Grundlage: Aufgrund unserer direkt erlebten Wahrnehmungen und Gefühle erscheint uns der jetzige Moment (berechtigterweise) als absolut real, woraus der (zweifelhafte) Schluss gezogen wird, dass er auch für alle anderen Menschen und den Rest des Universums in objektiver Weise ausgezeichnet ist und sich grundsätzlich von der Vergangenheit und der Zukunft unterscheidet. Diese Wahrnehmung ist auch bedingt durch die Mobilitäts-Asymmetrie - wir können uns frei durch den Raum bewegen, aber nicht durch die Zeit.
  • Stufe 3: Wahrnehmung der voranschreitenden Gegenwart, das heißt des Zeitflusses
    • Wahrnehmung: Unser Eindruck, dass diese Gegenwart stetig in Richtung Zukunft voranschreitet, das heißt dass die Zeit fließt
    • Grundlage 3a: Unsere Unkenntnis der Zukunft. Dieser Gedächtnis-Zeitpfeil ist unabhängig von Annahmen bezüglich der Existenz der Zukunft und basiert auf dem thermodynamischen Zeitpfeil (auch bekannt als Entropiewachstum), der nicht im Widerspruch zum Blockuniversum steht.
    • Grundlage 3b: Die Verarbeitung von Sinneseindrücken, um Aussagen über die noch unbekannte Zukunft abzuleiten. Ein beispielhaftes Schema dafür ist das von James Hartle angeführte IGUS Modell in Abb. 14.
    • Grundlage 3c: Unsere kausale Agenten-Perspektive basierend auf einer solchen Informationsverarbeitung. Laut Craig Callender muss das IGUS Modell dafür um eine Vorstellung von dem eigenen Selbst erweitert werden. Dieses Selbst wird dann als sich bewegend durch die Zeit wahrgenommen. Dieser Aspekt ist somit untrennbar mit dem Phänomen des menschlichen Bewusstseins verbunden.

Der letzte Schritt 3c berührt einen Schlüsselaspekt der Zeit. Die Vorstellung vom eigenen Selbst ist eine zutiefst menschliche Eigenart und ist so wie die Frage nach unserem Bewusstsein Gegenstand lebhafter Diskussionen. Dieser Aspekt wird später noch einmal aufgegriffen.

Abbildung 14
Abb. 14: Das IGUS (Information Gathering and Utilizing System). Bei jedem Prozessschritt wird der Speicher P3 gelöscht und mit dem Inhalt von P2 gefüllt, P2 erhält den Inhalt von P1, P1 von P0, und P0 erhält den neuen Input aus der Außenwelt. Aus den älteren Inhalten kann über Block U (für Unconscious) ein Schema über die Außenwelt abgeleitet werden, das dann zusammen mit dem aktuell erlebten Wert aus P0 in Block C (für Conscious) eine Vorhersage über die Zukunft von P0 und damit von zukunftsgerichtetem Verhalten ermöglicht.

Es gibt somit sehr wohl konstruktive Ansätze für die Erklärung unserer Zeitwahrnehmung, die ohne zweifelhafte dynamische Eigenschaften der Zeit selber auskommen. Sie bieten bezeichnenderweise auch keine Ansatzpunkte, wie die Annahme der ausschließlichen Existenz der Gegenwart überhaupt zu einer verbesserten Erklärung beitragen könnte.

Die gleiche Schlussfolgerung ergibt sich aus einem anderen Blickwinkel: Wir gehen korrekterweise davon aus, dass unsere aktuellen Wahrnehmungen, so wie alle gegenwärtigen Ereignisse, auf Ursachen zurückgehen, die in der Vergangenheit liegen und unabhängig von der Zukunft sind. Wie könnten dann irgendwelche Eigenschaften von zukünftigen Ereignissen, nämlich zum Beispiel ihre von manchen Zeitmodellen behauptete Nichtrealität, eine Hilfe für das Verständnis unserer gegenwärtigen Wahrnehmungen sein?

Dieses wichtige Zwischenergebnis ist erstaunlicherweise immer noch nicht allgemein bekannt und lohnt sich daher festgehalten zu werden: Die Frage nach der zutreffenden Zeitform hat sich als unabhängig von der Frage herausgestellt, wie man unsere Zeitwahrnehmung am besten erklären kann. Etwaige dynamische Eigenschaften der Zeit selber spielen für eine derartige Rekonstruktion nicht die geringste Rolle! Damit hat sich das von vielen Autoren als Hauptargument gegen den Eternalism und das Blockuniversum vorgebrachte Argument, unsere Zeitwahrnehmung nicht erklären zu können, als vollkommen haltlos erwiesen. Tatsächlich liegt die Beweislast auf der anderen Seite: warum sollte man die komplexeren alternativen Zeitformen bevorzugen, wenn sie nicht einmal hilfreich für das Verständnis unseres Zeitempfindens sind?

Das neue Bild der Zeit

Was sagen uns derartige Rekonstruktionen der Zeitwahrnehmung über den dynamischen Charakter der Zeit? Die Dynamik geht nicht verloren, aber sie liegt nicht in der Zeit, sondern in uns, genauer gesagt in unser Weltauffassung. Es ist nicht die Zeit, die fließt, sondern einzig unsere eigene Projektion der Gegenwart, die aus unserer menschlichen Sichtweise stetig Richtung Zukunft voranschreitet.

Zu dem gleichen Schluss kommt auch der bekannte amerikanische Bewusstseinsforscher Daniel Dennett: Das Ich (Selbst) ist eine selbstkonstruierte Fiktion als Protagonist einer vom Organismus erzählten Geschichte. Was die Weltlinie entlangkriecht, ist keine metaphysische Entität (wie von allen Zeitformen außer dem Blockuniversum behauptet), sondern ein Charakter in einer Geschichte, nämlich in der von unserem Bewusstsein generierten Story vom eigenen Ich.

Das mag etwas blumig klingen, ist aber nach heutigem Stand die beste Antwort dieses Verbundes unterschiedlicher Disziplinen (Physik, Philosophie, Neurologie, Psychologie) auf die Frage nach dem Wesen der dynamischen Eigenschaften der Zeit. Wie es Craig Callender formuliert: "Physics by itself can't explain the now, but science can." Wie schon in dem Abschnitt über den Unterschied zwischen Zeit und Raum erläutert wurde, ist die Zeit als Teil der vierdimensionalen Raumzeit auch aus physikalischer Sicht genau dadurch ausgezeichnet, dass man die stärksten Geschichten, gleichbedeutend mit dem höchsten Maß an Vorhersagbarkeit, entlang der Zeitachse anstatt der Raumachsen erzählen kann.

Besonders einprägsam kommt dieses Ergebnis in dem folgenden Zitat von Hermann Weyl zum Ausdruck, das bezeichnenderweise nicht von einem Literaten, sondern einem der letzten Universalgelehrten auf dem Gebiet der Mathematik, Physik und Philosophie stammt. Dieser kurze Abschnitt fasst die von uns gewonnenen Erkenntnisse über die Natur der Zeit - und damit auch das Hauptfazit dieses Aufsatzes - in einzigartiger Weise zusammen und sollte daher in jeder Abhandlung über die Zeit einen Ehrenplatz einnehmen.

"The objective world simply is, it does not happen.
Only to the gaze of my consciousness,
crawling upward along the life line of my body,
does a section of this world come to life
as a fleeting image in space
which continuously changes in time."
(H. Weyl)
Abbildung 15
Abb. 15: Das neue Bild der Zeit: Es ist nicht die Zeit, die fließt, sondern unsere Projektion der Gegenwart in der Story des vorausplanenden Ichs.

Auch der letzte Anker für das Konzept einer fließenden Zeit und der ausschließlichen Realität der Gegenwart ist somit verloren gegangen. Langsam wird es Zeit, sich ernsthaft an diesen Gedanken zu gewöhnen. Man wird dieses Gefühl niemals wegdrängen können, aber es ist vorauszusehen, dass es dem Konzept genauso ergehen wird der als Vitalismus bekannten Hypothese eines außerphysikalischen "Lebensstoffes" - sie wurde nie widerlegt, ist aber vollkommen überflüssig geworden.

Der Fluss der Zeit und die metaphysische Auszeichnung des Jetzt-Moments sind somit Erfindungen unseres Gehirns, oder falls das zu einseitig klingt unseres Gehirns und Geistes (Bewusstseins). Man sollte aber die Formulierung vermeiden, dass es nur Erfindungen sind. Diese Konstruktion ermöglicht uns die Perspektive von kausalen Agenten, die basierend auf Erinnerungen aus der Vergangenheit Einflüsse auf zukünftige Ereignisse nehmen. "The concept of time is used by humans to make sense of their relationship with the universe." fasst es der Mathematiker George Jaroszkiewicz zusammen. Man kann sich leicht vorstellen, welch gewaltige evolutionsbiologische Vorteile dieses Konzept bei der Entwicklung von Homo Sapiens hatte. Diese Möglichkeit zur gezielten Vorausplanung unter Einbindung von Erkenntnissen aus der Vergangenheit nutzt man heutzutage (um nur ein Beispiel zu nennen) zur Planung von Kindergeburtstagen - vor mehreren hunderttausend Jahren brauchte man es zum Überleben. Diese enorme Nützlichkeit widerlegt auch den Einwand, dass Wahrnehmung und Realität aufgrund der evolutionären Entwicklung immer übereinstimmen müssen. Manche Geschichten sind nicht nur schön, sondern überlebenswichtig, aber es bleiben Geschichten.

Wie können wir Einfluss auf die Zukunft nehmen?

Wo stehen wir auf dem Weg zu einem besseren Verständnis der Zeit? Angesichts der Vielzahl von Argumenten, die gegen Zeitformen mit einer stetig voranschreitenden Gegenwart sprechen, und vor allem dem eklatanten Mangel von Hinweisen für derartige Konzepte, bleibt die Vermutung, dass ihre intuitive Kraft zu einem großen Teil darin besteht, dass wir sie nicht anzweifeln oder gar als widerlegt ansehen wollen, weil sie scheinbar unvermeidlich zu einer freudlosen fatalistischen Weltsicht führen. Das gilt insbesondere für die erwartete Nichtrealität und damit Offenheit der Zukunft. Wie schon erwähnt wurde und in diesem Abschnitt genauer ausgeführt werden soll, ist es aber überhaupt nicht zutreffend, dass eine reale Zukunft im Bild des Blockuniversums nicht von beeinflusst werden könnte.

Hierfür muss zunächst geklärt werden, was das Wort "beeinflussen" überhaupt bedeutet. Das scheint auf den ersten Blick eine einfache Aufgabe zu sein. Begriffe wie Ursache, Wirkung oder kausale Einflüsse sind nicht nur Teil unseres Alltags, sondern bilden auch das Grundgerüst von praktisch allen Wissenschaften. Nicht nur ein herabfallender Apfel, sondern auch eine Unzufriedenheit in der Gesellschaft, ein Zerfall eines Atoms oder ein verwirrter Geisteszustand können Ursachen für nachfolgende Ereignisse darstellen. Aber was ist die genaue Bedeutung der Aussage, dass Ereignis A (Ursache) einen kausalen Einfluss auf Ereignis B (Wirkung) hat?

Überraschenderweise wurde für diese scheinbar einfache Frage bis heute keine allgemein anerkannte Antwort gefunden, wie im Nachtrag-Kapitel am Ende dieses Aufsatzes genauer ausgeführt wird. Ein besonders beliebter Fehlschluss, auch von alltäglicher psychologischer Art, ist die Ableitung von Kausalbeziehungen aus Korrelationen, das heißt dem regelmäßigen gemeinsamen Auftreten von zwei Ereignissen. Verlässt man sich einzig auf diese Regularien, könnte man unter anderem ableiten, dass der Tag die Ursache für die Nacht darstellt (und umgekehrt) und dass die Höhe eines Flaggenmastes von der Länge seines Schattens verursacht wird. Abbildung 16 zeigt ein ähnliches Dilemma. Diese Beispiele zeigen vor allem die Schwierigkeit, die Asymmetrie zwischen Ursache und Wirkung festzumachen, das heißt deren grundsätzlicher Unterschied.

Abbildung 16a    Abbildung 16b
Abb. 16: Beispiele für Korrelationen mit scheinbaren (erhöht Eisessen die Gefahr
eines Sonnenbrands?) und mit tatsächlichen kausalen Einflüssen.

Einige Philosophen haben daraus einen radikalen Schluss gezogen: es gibt überhaupt keine Kausalität. David Hume stellte schon im 18. Jahrhundert die Beobachtbarkeit von Ursache und Wirkung in Frage und der britische Philosoph Bertrand Russell formulierte es (ziemlich unbritisch) folgendermaßen:

"The law of causality, I believe, is a relic of a bygone age,
surviving, like the monarchy,
only because it is erroneously supposed to do no harm."
(B. Russell)

Trotzdem sind kausale Beziehungen nicht nur Teil unseres Alltags, sondern spielen auch eine zentrale Rolle in den Wissenschaften. Wie passt das zusammen?

Als bestes Hilfsmittel für die Frage, was die Wörter "Einfluss", "Ursache" und "Wirkung" bedeuten, sehen die meisten Wissenschaftler den Begriff der Manipulation, gleichbedeutend mit dem gleichnamigen englischen Begriff Intervention. Das Grundkonzept ist einfach zu verstehen[8]:

"Ein Ereignis A (genannt "Ursache") "beeinflusst" ein Ereignis B
(genannt "Wirkung") genau dann, wenn sich B verändern würde,
wenn man eine auf A beschränkte Manipulation von A vornehmen würde."
- Interventions-basierter Ansatz der Kausalität -

Diesem Konzept kann man eine entscheidende Erkenntnis entnehmen: Man kann Kausalwirkungen ohne Verwendung von zeitlichen Begriffen definieren. Ob Ereignis A zeitlich gesehen vor oder nach Ereignis B stattfindet, ist in dieser Definitionsgleichung nicht festgelegt und damit unerheblich. Ursachen unterscheiden sich von Wirkungen, aber es gibt zumindest keine logische oder begriffliche Notwendigkeit, dass Ursachen vor ihren Wirkungen stattfinden müssten. Wie wir alle wissen, ist das nach unseren Erfahrungen stets der Fall, aber es ist wichtig festzuhalten, dass dies eine empirische Erkenntnis ist, das heißt eine Eigenschaft der Natur, und nicht eine schon aus logischen oder sprachlichen Gründen entschiedene Aussage.

Kausalwirkungen in Vergangenheitsrichtung wären daher genauso konsistent wie die uns bekannten Wirkungen in Zukunftsrichtung[9]. Für unsere alltägliche Welt hat diese Möglichkeit keine Bedeutung, denn niemand kann allen Ernstes behaupten, die Vergangenheit ändern zu können, auch nicht in den physikalischen Laboren. Ähnlich wie die Perspektive des vierdimensionalen Blockuniversums ermöglicht diese Erkenntnis aber interessante neue Ansätze für die physikalische Grundlagenforschung, insbesondere für die Suche nach einem physikalischen Modell für die Quantenmechanik. Hierfür sei auf meinen eigenen Aufsatz zu diesem Thema unter www.frwagner.de/qm.html verwiesen.

Nun aber zur Frage nach unserem möglichen Einfluss auf die Zukunft. Aufgekommen ist diese Frage nur deswegen, weil das vierdimensionale Blockuniversum, das wie ausführlich erläutert von einer ganzen Reihe von Argumenten nahegelegt wird, keinen grundsätzlichen Unterschied zwischen Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft macht. Ereignisse, die jetzt noch zukünftig sind, sind demnach genauso real wie die Ereignisse, die zum jetzigen Zeitpunkt in der Vergangenheit liegen. Damit gibt es auch nur eine Zukunft, genauso wie es nur eine Vergangenheit gibt, auch wenn wir diese Zukunft nicht kennen. Aus Sicht des Blockuniversums steht es außerzeitlich fest, also gewissermaßen schon seit Anfang der Zeiten, aus welchen vierdimensionalen Weltlinien unser Universum besteht und dies schließt natürlich auch Ereignisse ein, die zum jetzigen Zeitpunkt in unserer Zukunft liegen. Wie sollte es daher möglich sein, diese zukünftigen Ereignisse zu ändern?

Es gibt nur eine mögliche Antwort auf diese Frage aus Sicht des Blockuniversums: Wir können zukünftige Ereignisse nicht ändern - genauso wenig wie wir gegenwärtige oder vergangene Ereignisse ändern können. Aus dieser "View from Nowhen", wie Huw Price diese Perspektive nennt, gibt es überhaupt keine Änderung. Aus Sicht der alten Griechen gesprochen ist das Blockuniversum die statische Welt des Parmenides, in dem jegliches Werden nur Schein ist, und die der Welt des Heraklit gegenübersteht, nach der "Alles fließt" (altgriechisch "panta rhei"). Das mag auf den ersten Blick deprimierend erscheinen, oder offensichtlich unsinnig. Tatsächlich ist es aber in zweierlei Hinsicht möglich, einen Bogen zurück in unser Verständnis von Änderung und Einflussnahme zu schlagen, ohne dafür das Blockuniversum aufgeben zu müssen. Am Ende dieser Argumentation wird die Aussage stehen, dass es für uns sehr wohl Änderungen gibt und dass wir - natürlich im Rahmen unserer praktischen Möglichkeiten - ohne Abstriche die Zukunft beeinflussen und damit gestalten können. Dies soll nun erklärt werden.

Zunächst einmal ist es wichtig, die Begriffe "ändern" und "beeinflussen" auseinanderzuhalten. Ein ganz einfacher Gedankengang zeigt, dass wir auch dann von Einflüssen und Ursache-Wirkungs-Beziehungen sprechen, wenn wir das Ergebnis nicht ändern können. Genau das trifft nämlich auf alle Kausalketten zu, deren Wirkung bereits in der Vergangenheit liegt! Wer würde bezweifeln, dass die vorher noch trockene Lieblingsblume gestern nass war, weil wir sie wenige Minuten zuvor gegossen haben? Das Ereignis, dass die Blume genau an diesem Tag nass war, wird sich durch keine unserer Aktionen mehr ändern können, diese Tatsache steht unveränderlich fest. Trotzdem erscheint es uns natürlich, hierfür eine Ursache ausgemacht zu haben. Die oben vorgestellte Interventions-basierte Fassung der Kausalität unterstützt diese Schlussfolgerung: Hätten wir die Blume nicht gegossen, wäre sie nicht nass geworden. Dafür braucht man keine tatsächliche Interaktion, nur eine begründete Überlegung, was eine Manipulation bedeutet hätte. Jetzt kommt der Kniff: Man kann diesen Gedankengang ohne jede Änderung auf zukünftige Ereignisse anwenden. Wenn ich jetzt die Blume gieße, wird sie einige Momente später nass sein, und auch die nachträgliche Analyse nach Eintritt der Wirkung wird zu dem gleichen Schluss kommen. Um ein Ereignis als Einfluss auszumachen, reicht die Untersuchung von hypothetischen Änderungen, es müssen keine tatsächlich durchgeführten sein. Hypothetische Aktionen sind aber immer möglich, egal ob in der Vergangenheit oder in der Zukunft. Für die Möglichkeit der Einflussnahme ist es daher schlichtweg egal, ob die Unmöglichkeit von tatsächlichen Änderungen nur für die Vergangenheit gilt oder ob sie, wie vom Blockuniversum nahegelegt, genauso auf die Zukunft zutrifft.

Dieser im Grunde sehr einfache Gedankengang (gestützt von der zugegebenermaßen nicht ganz einfachen Untersuchung, was "beeinflussen" überhaupt bedeutet) zeigt eindeutig, dass es auch im Blockuniversum möglich ist, die Zukunft zu beeinflussen, auch wenn diese genauso real und damit einzigartig wie die Gegenwart und die Vergangenheit ist. Das mag auf den ersten Blick wie ein Taschenspielertrick erscheinen, aber diese Argumentationskette hat tatsächlich keine Lücke. Unsere starke Intuition, dass ein Einfluss tatsächliche Änderungen und daher eine "offene" Zukunft benötigt, ist genau der Grund dafür, dass diese Erkenntnis noch nicht den Weg in unser Allgemeinverständnis gefunden hat. Wie hoffentlich deutlich geworden ist, gibt es aber keinen Anlass, sich vor dieser Konsequenz zu fürchten, ganz im Gegenteil - sie rehabilitiert unser Verständnis, wie wir zukünftige Ereignisse beeinflussen können, selbst wenn das Blockuniversum zutreffen sollte. Angesichts der schlagkräftigen Argumente für diese Zeitform ist das ein nicht zu unterschätzender Verdienst.

Zurück in unserer Welt...

Der Aufsatz nähert sich seinem Ende, aber es fehlt noch ein fundamental wichtiger Aspekt, der nicht immer ausreichend betont wird. Er bietet einen Weg, die eher abstrakten Folgerungen aus dem Blockuniversum in unsere tägliche Welt zu übertragen und ist auch für solch allgemeine Fragen wie "Was ist real?" und "Hat der Mensch einen freien Willen?" grundlegend. Wie man sich leicht vorstellen kann, ist daher auch dieser Aspekt Gegenstand von lebhaften Diskussionen. Tatsächlich ist er noch weiter von einem Konsens unter den Philosophen, Psychologen und Naturwissenschaftlern entfernt als die bisher vorgestellten Erkenntnisse über die Zeit. Die folgenden Ausführungen werden daher von vielen, aber längst nicht von allen Gelehrten unterstützt. Aufgrund seiner Wichtigkeit soll er aber nicht unterschlagen werden, zumal er eine schöne Symbiose der behandelten Themen bietet.

Über das Wesen von Änderungen und die Realität von Farben

Die erste allgemeine Frage, die hierfür untersucht werden soll, ist der Aspekt der Änderung. Wie ist unsere Welt wirklich, statisch oder dynamisch? Ist jede Änderung nur Schein? Dieser Aufsatz hat viele Argumente dafür geliefert, genauer gesagt die von der Mehrheit der "Zeitforscher" einvernehmlich vorgebrachten Belege zusammengefasst, dass Zeit und Raum am besten von dem vierdimensionalen Blockuniversum widergegeben werden. Daraus entstand auch die Aussage "Aus der Sicht des Blockuniversums (der 'View from Nowhen') gibt es keine Änderungen". Der entscheidende Punkt ist nun aber, das aus dieser Aussage nicht folgt, dass es keine Änderungen gibt, das heißt dass man den Vorsatz bezüglich der Sicht einfach weglassen kann. Für uns selber als menschliche Lebewesen, die als aktive "Agenten" die Welt erfahren, gibt es nämlich sehr wohl Änderungen. Unsere Welterfassung beruht auf Interaktionen mit dieser Welt und ist daher untrennbar mit Änderungen verknüpft. Die amerikanische Philosophin Jenann Ismael, der wir auch zu anderen Themen der Zeit wichtige Beiträge verdanken, drückt es wie folgt aus:

"The block universe is not a changing picture.
It's a picture of change."
(J. Ismael)

Es gibt eine große philosophische Tradition, Sätze wie "Für uns ..." oder "Aus der Perspektive X ..." als unabhängig von der Frage zu sehen, was die Welt "wirklich" (oder auch "real", "fundamental" oder "ontisch") ist. Die Vertreter dieser Richtung sind uns aber bis heute die Antwort schuldig geblieben, was die Welt denn nun wirklich ist. Man hat nicht einmal eine Einigung darüber erzielt, in welcher Richtung eine Antwort dafür zu erwarten ist, oder auch nur welche Vorschläge aus der jahrhundertelangen Suche mittlerweile als definitiv gescheitert angesehen werden könnten. Es mehren sich daher die Stimmen, dass die Suche nach einer perspektivlosen Wahrheit über unsere Natur erfolglos bleiben wird. Diesen Kritikern wird häufig ein von der Natur entkoppelter Antirealismus vorgeworfen, aber tatsächlich geht es in dieser modernen Form des Realismus um genau diese "Kopplung" mit der Natur. Im Mittelpunkt stehen dabei Perspektiven und Modelle, die zwar unbestreitbar menschengemacht sind, aber über die man gewisse Aspekte der intersubjektiven und damit objektiven ("realen") Welt erfassen kann. Der Begriff des "Modells", als wichtigstes methodologisches Mittel in der Physik und anderen Wissenschaften, erhält seinen Sinn ja gerade dadurch, dass es bestimmte Aspekte der Natur weglässt oder vereinfacht. Jedes Modell kann daher nur "falsch" sein, wenn man als Beurteilungskriterium die vollkommene Übereinstimmung mit der Natur fordern würde. Trotzdem zeigt die Wissenschaftsgeschichte erhebliche Unterschiede bezüglich der Anwendbarkeit und damit Nützlichkeit der konstruierten Modelle. Nicht selten haben Wissenschaftler sogar Hinweise für die Überlegenheit eines Modells geliefert, welches ihren eigenen Vorstellungen überhaupt nicht entsprochen hat. Als beliebig herausgegriffenes Beispiel dafür sei das Zitat "Wenn es bei dieser verdammten Quantenspringerei bleiben soll, so bedaure ich, mich mit der Quantentheorie überhaupt befasst zu haben" von Erwin Schrödinger genannt, und auch Max Planck musste nach eigener Aussage eher widerwillig die Realität der von ihm selber entdeckten Eigenschaften der Quantenwelt anerkennen. Auch wenn dies von einigen philosophischen Strömungen bezweifelt wird, werden die Ergebnisse der Physik und anderer Wissenschaften auch immer von einer objektiven Natur geformt, wie auch immer man sie verstehen und beschreiben möchte, und lassen sich nicht aus rein soziologischen Konstrukten nachbilden. Darin stimmen "naive" und "perspektivische" Realisten und praktisch alle Wissenschaftshistoriker überein.

Naturgesetze sind in diesem Bild ein Teil der Charakterisierung eines Modells und können daher, bezogen auf dieses Modell, strikt wahr oder falsch sein. Ihre Anwendbarkeit folgt aus der Anwendbarkeit des Modells. Mehr zu diesem Ansatz findet man zum Beispiel in dem Buch "Scientific Perspectivism" von Ronald Giere (2006).

Um diesen Standpunkt deutlich zu machen, kann man auch den Begriff der Farbe anführen. Ist zum Beispiel die Farbe "rot" eine Eigenschaft von bestimmten Dingen unserer Natur und damit real, oder ist sie nur ein menschengemachter Name mit rein subjektiver Bedeutung? Der komplexe Zusammenhang zwischen unserer Farbwahrnehmung und den konkreten Wellenlängen des vom Objekt reflektierten Lichtes und anderen Faktoren (zum Beispiel des Umgebungslichtes) scheint die zweite Aussage zu unterstützen, trotzdem ist die Zuordnung dieser Farbe nicht vollkommen beliebig. Die philosophischen Traditionen geben auf diese Frage daher unterschiedliche Antworten. Nach dem perspektivischen Realismus sind beide Aussagen zutreffend: In den Grundbegriffen der fundamentalen Physik gibt es keine Farben und daher auch keine roten Dinge, ohne Menschen hätte es diesen Begriff auch gar nicht gegeben. Aus unserer menschlichen Perspektive gibt es aber sehr wohl Farben und es ist - das ist der entscheidende Punkt - neben individuellen Faktoren auch eine objektive Eigenschaft der Natur, dass manche Dinge rot erscheinen und andere nicht. Im perspektivischen Sinne sind Farben daher durchaus real.

Ausblicke von der "View from Nowhen"

Was bedeutet diese moderne Auffassung des Realismus für unser Thema? Es zeigt, dass eine "perspektivische" Eigenschaft etwas ganz anderes als eine Illusion ist. Die optische Täuschung aus Abbildung 10 ist eine Illusion - durch Abdecken der Nebenbereiche können wir auch selber feststellen, dass sich die Farben nicht unterscheiden. Es ist wie bereits besprochen auch kaum möglich, dem Konzept einer "fließenden" Zeit einen Sinn zu geben, egal in welcher Perspektive. Auch unsere Annahme, dass die Physik eine global definierte Gegenwart unterstützt und dass die Zeit unabhängig von Bewegungen und Eigenschaften der Materie abläuft, hat sich als Illusion herausgestellt. Aber die Möglichkeit von Änderungen und die Besonderheit des Jetzt-Momentes sind keine Illusionen. Aus der "View from Nowhen", die manchmal auch im abstrakten und nichtreligiösen Sinne als "Gottes-Sicht" bezeichnet wird, gibt es diese Konzepte nicht, aber für uns sind sie real. Das gleiche gilt vermutlich auch für die Kausalität und sogar für den freien Willen, auch wenn diese Diskussion hier zu weit führen würde. Es ist anders ausgedrückt eine objektive Eigenschaft der Natur, dass die Zeit in unserer Perspektive im Jetzt-Moment der Gegenwart neue Ereignisse erschafft und dass wir zukünftige Ereignisse beeinflussen können, die sich dadurch für uns auch tatsächlich ändern.

Für diese zentrale Aussage seien zwei Zitate von Jenann Ismael und Huw Price angeführt:

"It's difficult to say how 'perspectival' came to be associated with 'unreal',
but that association has been one of the most insidious
and confusing aspects of the physical discussion of time."
(J. Ismael)
"The Heraclitean 'today' view, is a description from the point of view
of a particular moment within time.
The other, the Parmenidean 'yesterday' view, is a description
from no particular point of view from 'outside' time.
Are these answers different? Yes, obviously. Is either answer wrong? No.
They simply describe the same thing from different points of view."
(H. Price)

Bedeutet das etwa, dass dieser Aufsatz und alle vorgebrachten Ausführungen zu nichts anderem als unserem allseits bekannten Alltagsverständnis der Zeit geführt haben? Selbst wenn das stimmen würde, hoffe ich natürlich, dass es ein unterhaltsamer Ausflug war! Aber die Suche nach der Zeit war auch alles andere als ergebnislos - sie hat die folgenden Erkenntnisse zu Tage gefördert:

  • Der statische Charakter der Zeit, das heißt ihre trennende Funktion, findet sich in der Physik in dem Konzept der vierdimensionalen Raumzeit der Relativitätstheorie wieder. Die intuitive Annahme, dass die Zeit unabhängig von unseren Bewegungen und den Eigenschaften der Materie abläuft, hat sich aber experimentell nachprüfbar als Irrtum herausgestellt. Raum und Zeit bilden zusammen eine untrennbare Einheit.
  • Aufgrund der standpunktabhängigen Definition der Gleichzeitigkeit enthalten die physikalischen Modelle keine Struktur für eine global definierte Gegenwart. Vielmehr besitzt jeder Beobachter seine ganz eigene und nur für ihn geltende Zeitachse, so wie es der Fachbegriff "Eigenzeit" suggeriert.
  • In keiner physikalischen Theorie, auch nicht in den Ansätzen einer zukünftigen "Theory of Everything", findet man ein global definiertes "Jetzt", das sich in fundamentaler Weise von dem rein relativen Begriff "Hier" unterscheiden würde.
  • Die Zeit selber hat keine Richtung - der tägliche erlebbare Zeitpfeil beruht auf dem Entropiewachstum, das für sich genommen keinen Unterschied zwischen Vergangenheit und Zukunft macht, und den besonderen Eigenschaften des frühen Universums.
  • Diese Konturlosigkeit der Zeit macht die Unterscheidung der Zeitachse von den drei Raumachsen zu einer nichttrivialen Aufgabe. Die beste Antwort sieht die Zeit als diejenige Richtung im vierdimensionalen Raum, die das höchstmögliche Maß an Vorhersagbarkeit bietet und damit die stärksten Geschichten erzählen kann.
  • All diese Erkenntnisse legen eine konzeptuell einfache, aber unserem Alltagsverständnis widersprechende Zeitform nahe: das vierdimensionale Blockuniversum, in dem Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft gleichermaßen real sind.
  • Vollkommen unabhängig von der Einsteinschen Revolution des Zeitbegriffs wird ein solcher "Eternalism" auch von ganz grundsätzlichen Argumenten aus der philosophischen Diskussion gestützt: Allein die konsistente Konstruktion von Zeitformen mit einer objektiv voranschreitenden Gegenwart hat sich als eine überraschend schwierige - vielleicht sogar unmögliche - Aufgabe herausgestellt. Das gilt vor allem für den Versuch, dem "Fluss" der Zeit einen Sinn zu verleihen.
  • Einer der wichtigsten Erkenntnisse: Die Frage nach der zutreffenden Zeitform ist unabhängig von der Erklärung unserer menschlichen Wahrnehmung der Zeit. Wenn es überhaupt einen Zusammenhang gibt, dann ist es entgegen unserer Intuition sogar das Blockuniversum, welches sich als natürlichste Grundlage für die Rekonstruktion unseres Zeitempfindens mit seinem mehrere Sekunden dauernden Gegenwarts-"Moment" herausgestellt hat.
  • Die dynamischen Aspekte der Zeit zeigen sich ausschließlich in unserer menschlichen Perspektive. Es ist nicht die Zeit, die fließt, sondern einzig unsere Projektion der Gegenwart. Was sich entlang der Weltlinie in Richtung Zukunft bewegt, ist keine metaphysische Entität, sondern ein Charakter in der von unserem Bewusstsein erzeugten Story.
  • Einflüsse beruhen auf denkbaren Manipulationen. Damit sind Ursache-Wirkungs-Beziehungen nicht notwendigerweise an zeitliche Relationen gebunden und sie stehen - was für die Konsequenzen des Blockuniversums entscheidend ist - nicht der Möglichkeit entgegen, eine Zukunft zu beeinflussen, die genauso real und einzigartig wie die Gegenwart und die Vergangenheit ist.

Weit davon entfernt, zu einem pessimistischen Weltbild zu führen, eröffnet der "View from Nowhen" somit nicht nur neue spannende Perspektiven für die wissenschaftliche Erkundung unserer Welt, sondern führt auch zu einem besseres Verständnis, wie wir uns selber über den selbstkonstruierten dynamischen Aspekt der Zeit in eben dieser Welt zurechtfinden, was eine wahrlich bemerkenswerte und zutiefst menschliche Leistung darstellt.

Wie geht die Suche weiter?

Wir sind am Ende des Aufsatzes angelangt. Vielleicht sind nicht alle Leser vollständig davon überzeugt, oder glücklich damit, dass sich unser heutiges Bild der Zeit so grundsätzlich von unserer eigenen Zeitwahrnehmung unterscheidet. Wie mehrfach betont wurde, gibt es aber keinen Grund, der Idee eines "Flusses" der Zeit oder einer nichtexistenten Zukunft hinterherzutrauern. Sie haben sich weder für wissenschaftliche Betrachtungen noch für die Erklärung unser Zeiterfahrung als hilfreich erwiesen, und sie stehen in keinster Weise einer zukunftsorientierten Lebenseinstellung entgegen. Auch wenn dieser neue Blickwinkel somit keinen direkten Einfluss auf unser alltägliches Leben hat, beantwortet er doch immerhin einen Teil der uralten Fragen, die sich die Menschheit über das Phänomen der Zeit gestellt hat, und er eröffnet einen freien Blick auf weitere wissenschaftliche Untersuchungen. Die Suche nach der Zeit ist nämlich bei weitem noch nicht abgeschlossen. Neben den noch immer andauernden Diskussionen über die Möglichkeit oder Unmöglichkeit verschiedener Zeitformen sowie der verbesserten Rekonstruktion unseres Zeitempfindens stehen Raum und Zeit weiterhin im Mittelpunkt der physikalischen Grundlagenforschung.

Gerade für die noch immer andauernde Suche nach einem physikalischen Modell für die Quantenmechanik, gemeinhin auch als "Interpretation" dieser Theorie bezeichnet, bietet das vierdimensionale Blockuniversum einen elementar wichtigen Blickpunkt. Er ermöglicht einige vielversprechende Ansätze, die häufig zu vorschnell als unsinnig abgetan wurden, weil sie unseren intuitiven Zeitwahrnehmungen widersprechen. Eine ausführliche - aber trotzdem hoffentlich allgemeinverständliche - Darstellung dieses Themas gibt mein Aufsatz

Die Quantenmechanik - der Traum, aus dem die Stoffe sind (www.frwagner.de/qm.html)

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Wer mehr über die Rätsel der Zeit erfahren möchte, sieht sich einer Unzahl von Büchern und anderen Schriften zu diesem Thema gegenüber. Einige herausragende Werke sind "Time's Arrow and Archimedes' Point" von Huw Price (1997), "Time and Space" von Barry Dainton (2001/2010), "What Makes Time Special?" von Craig Callender (2017) und "Die Ordnung der Zeit" von Carlo Rovelli (2018). Ebenfalls bemerkenswert sind "Der Stoff, aus dem der Kosmos ist" (2008) und "Until the End of Time" (2020) von Brian Greene, "A Brief History of the Philosophy of Time" von Adrian Bardon (2013) und "Beyond the Dynamical Universe" von Silberstein, Stuckey und McDevitt (2018).

Die Besonderheiten der Zeit und ihre Rolle in der Physik und in unserer menschlichen Weltauffassung werden weiterhin lebhaft diskutiert. Es lohnt sich daher, dieses spannende Thema weiter zu verfolgen und sich selber eine Meinung zu verschaffen, wie weit wir in der Suche nach der Zeit bereits gekommen sind. Welche Überraschungen dabei noch auf uns zukommen, wird die Zeit zeigen...



Friedrich Wagner: Auf der Suche nach der Zeit (Mai 2020)
www.frwagner.de/zeit.html

Fußnoten

[1] Die mit Beschleunigungen verknüpften Start- und Bremsvorgänge wurden hierbei ausgeblendet. Wer eigene Beispiele ausprobieren möchte: Den Zeitfaktor f für eine Geschwindigkeit v erhält man aus der Gleichung f² = 1 - v²/c². Wie in einem späteren Kapitel erklärt wird, ist der Kern dieses Phänomens die sogenannte Eigenzeit.

[2] Man mag sich darüber wundern, dass Δs² in dieser Beziehung auch negativ werden kann. Der Grund ist, dass Δs keine reelle, sondern eine komplexe Zahl darstellt. Solche Zahlen haben die Form a + i * b mit zwei reellen Zahlen a und b und der über i² = -1 definierten Zahl i. Das ist aber nur eine kompakte mathematische Schreibweise, die auch in anderen Bereichen der Physik verwendet wird, und insofern keine Besonderheit der Relativitätstheorie.

[3]Dies wird häufig dadurch erklärt, dass die Erhöhung der Antriebskraft für Objekte nahe der Lichtgeschwindigkeit zu einer Erhöhung seiner "relativistischen Masse" führt, die dann größer als seine "Ruhemasse" wird. Dies ist aber nur eine vom Bewegungszustand des Beobachters abhängige relative Größe ohne physikalische Bedeutung. Deswegen verzichtet man mittlerweile in der Physik - entgegen vieler Schulbücher - auf diese wenig nützlichen Begriffe: es gibt nur eine "Masse" eines Teilchens, nämlich die Masse in seinem Grundzustand. Zu beachten ist auch, dass die Signalgeschwindigkeit des Lichts nur im Vakuum der Lichtgeschwindigkeit c entspricht.

[4] Die vermutete kosmische Inflationsphase liefert für sich genommen keine Erklärung, da sie spezielle Anfangszustände mit einem noch höheren Maß an Unwahrscheinlichkeit voraussetzen muss. Eine interessante Spekulation des amerikanischen Astrophysikers Sean Carroll ist aber, wie in seinem lesenswerten Buch From Eternity to Here (2010) beschrieben, die fortlaufende Entstehung von sogenannten "Baby-Universen" mit sehr geringer Entropie aus einer Art "Multi-Universum" mit stets ansteigender Entropie.

[5] Die prominente Nennung von Einstein an dieser Stelle entspricht nicht seinem verbreiteten Bild als größter Skeptiker der Quantenmechanik, dabei wurde ihm genau hierfür der Nobelpreis verliehen. Besonders deutlich wird seine treibende Kraft für die Anfänge dieser Theorie in "Einstein and the Quantum" von A. Douglas Stone.

[6] Dieser Schluss fußt auf zwei gelegentlich angezweifelten Annahmen, die aber sehr plausibel sind: Für starke Korrelationen gibt es immer eine Ursache (entweder direkt oder über eine gemeinsame Ursache) und die Wahl des Experimentators, wie er eine Messung durchführen will, ist nicht vom untersuchten System vorgegeben.

[7] Häufig wird dafür die Falsifikationstheorie von Karl Popper aus dem Jahr 1934 angeführt, der gerade bei Physikern - zu Recht! - ein hohes Maß an Bekanntheit und Anerkennung genießt. Die Auszeichnung und empirische Überprüfbarkeit von wissenschaftlichen Theorien hat sich aber als deutlich vielschichtiger als von Popper angenommen erwiesen und ist seit dieser Zeit deutlich weiterentwickelt worden.

[8] Es war vor allem der Verdienst des amerikanischen Informatikers und Philosophen Judea Pearl sowie des amerikanischen Philosophen James Woodward, dieses Konzept in eine präzise Form zu bringen, die auch probabilistische (auf Wahrscheinlichkeiten beruhende) Beziehungen umfasst.

[9] Ein beliebter Einwand ist an dieser Stelle, dass Wirkungen in Vergangenheitsrichtung zu logischen Paradoxien führen würden, wie der Zeitreisende, der seine eigene Großmutter tötet und daher nie hätte geboren werden können. Dieses Argument zeigt aber nur, dass bestimmte solcher Wirkungen unmöglich wären.

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    • Figure in J. B. Hartle: "The Physics of Now", Am. J. Phys. 73(101), 101-9 (2005)
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