Vorbemerkung

Das Wesen der Zeit und die Auswirkungen von Zeitreisen beschäftigen wohl jeden einmal. Wie ich in vorangehendem Dokument erwähnte, glaube ich nicht, daß Zeitreisen möglich sind und zwar deshalb nicht, weil ich nicht daran glaube, daß Zeit wirklich existiert. Der Glaube allein war mir aber ein bißchen wenig, und so beschloß ich, meinen ehemaligen Professor für Theoretische Physik dazu zu befragen.

Ich schickte ihm also einen Brief und hoffte, daß er diese Ansicht nicht für so töricht halten würde, daß der Brief gleich im Papierkorb verschwinden würde. (Es gibt immer wieder Leute, die Mathematik- oder Physikprofessoren Briefe schreiben, in denen sie stolz verkünden, die Quadratur des Kreises, die Dreiteilung des Winkels oder andere Dinge entdeckt zu haben, von denen man beweisen kann, daß sie unmöglich sind. Diese Leute werden gelegentlich "Dreiteiler" genannt und sind bei Wissenschaftlern gefürchtete Psychopathen.) Mein Professor war aber nicht dieser Ansicht und schickte mir einige Zeit später einen sehr freundlichen Antwortbrief.


Physikdepartment der Techn. Universität

Herrn Prof. Dr. Götze

85748 Garching

München, den 14.9.1997

Sehr geehrter Herr Professor Götze,

vor knapp 10 Jahren habe ich bei Ihnen einige Vorlesungen der theoretischen Physik gehört. Sie sind der beste theoretische Physiker, den ich kenne, deshalb erlaube ich mir, mich mit diesem Brief an sie zu wenden.

Unmittelbarer Anlaß dafür ist ein Film, den ich kürzlich gesehen habe und in dem es um Zeitreisen geht. Die haarsträubenden Paradoxa, die dabei zustandekommen (müßten), lassen vermuten, daß weder der Autor noch der Regisseur viel von diesem Phänomen verstanden haben.

Ich hoffe, Sie werfen mich jetzt nicht sofort in einen Topf mit Wünschelrutengängern und Winkeldreiteilern. Deshalb frage sich Sie ja gerade.

Wahrscheinlich haben sich alle Physiker schon über Zeitreisen ihre Gedanken gemacht und sind meist zu dem Ergebnis gekommen, daß sie unmöglich ist. Ich glaube das auch, aber aus einem anderen Grund (vielleicht ist das nicht das, was einer, der bei Ihnen in die Vorlesung gegangen ist, glauben sollte, aber ich lasse mich gerne belehren): Gibt es Zeit überhaupt?

Auf dieses seltsame Frage bin ich folgendermaßen gekommen:

- Sie haben damals gesagt, die theoretische Physik beschäftige sich nicht damit, was Raum und Zeit seien. Ich war damals noch am Anfang meines Studium und hoffte, diese Antworten später noch zu bekommen. Aber leider war das nicht der Fall.

- Dann habe ich mir folgendes überlegt: Energie und Entropie gibt es in dem Sinne auch nicht. Es sind reine Buchhaltungsgrößen. Und die Zeit ...? Der Raum liegt im wahrsten Sinne des Wortes offen vor uns und darin gibt es Bewegungen und Veränderungen. Aber kann man beweisen, daß es Zeit gibt? Man kann sie nicht mal messen: Uhren zählen Schwingungen. Rotverscheibungen durch Relativbewegung oder Gravitiationsfelder wirken nicht auf die Zeit sondern auf Frequenzen (also keine Zeit- sondern eine Frequenzdilatation).

- Dann habe ich mal irgendwo (wahrscheinlich im „Spektrum der Wissenschaft") gelesen, daß man die ganze Quantenmechanik formulieren kann, ohne daß die Zeit explizit in den Formeln auftritt. Leider war das nur eine Bemerkung in einem Nebensatz; die interessanten Dinge muß man sich wirklich mühsam zusammensuchen. Jedenfalls hat mir das zu denken gegeben.

- Wir alle existieren immer in der Gegenwart. So etwas wie Zeitreise ist noch nie irgendwo beobachtet worden (würde wohl auch gegen den Energieerhaltungssatz verstoßen, von den Paradoxa ganz zu schweigen).

- Wir erinnern uns an die Vergangenheit, nicht an die Zukunft. Daher - und von den periodischen Naturereignissen wie Tag und Nacht - kommt wohl unser Zeitgefühl. Die (physikalischen und chemischen) Veränderungen, die unser Gedächtnis formen, laufen in die eine Richtung wahrscheinlicher als in die andere. Aber aus der Existenz einer irreversiblen Änderung folgt für mich nicht zwingen die Existenz einer unabhängigen Zeitdimension, in der man beliebig herumreisen könnte (was angeblich wegen der Allgemeinen Relativitätstheorie unter gewissen extremen Bedingungen möglich sein soll).

Falls ich mit diesem Überlegungen völlig daneben liege würde ich mich sehr freuen, wenn Sie es der Mühe wert fänden, mich über meine Irrtümer aufzuklären (und dabei nicht vergessen, daß mein Studium schon ein paar Jährchen zurückliegt und ich aufgrund der Lage am Arbeitsmarkt seit dem nie wieder was mit Physik zu tun hatte - leider).

Hochachtungsvoll,

Ernst Hammann


Die Antwort:

Lieber Herr Hammann,

vielen Dank für Ihren Brief vom 14.9. Entschuldigen Sie bitte die Verspätung meiner Antwort, die sich durch Arbeitsüberlastung erklärt.

Zwingend argumentiert werden kann nur im Rahmen der Mathematik, wobei ich der Klarheit wegen die theoretische Physik als deren Spezialgebiet auffassen will. Jede Argumentation beruht auf Grundkonzepten, mit denen nach Grundregeln (Axiomen) umgegangen wird. Am klarsten kennen Sie das aus der analytischen Geometrie oder Analysis. Die Frage, ob es diese Grundkonzepte gibt, kann nicht sinnvoll gestellt werden, da sie über die Axiome hinausführt. Abgeleitete Konzepte gibt es in dem Sinn, daß deren Herleitung aus den Grundkonzepten klar sein muß. In diesem Sinne ist die Zeit in allen Theorien ein Grundkonzept, in der Mechanik ein Parameter zur Formulierung der Axiome, in der allgemeinen Relativitätstheorie eine Koordinate der Weltmannigfaltigkeit.

In der Physik, im Gegensatz zur Mathematik, ist man an der Beschreibung der Natur interessiert dadurch, daß man die Theorie abbildet auf Beobachtungen. Die Energie der Mechanik ist in diesem Sinne eine wohldefinierte Größe. Sie existiert in dem Sinne, daß sie explizit definiert wird. Es ist eine physikalische Größe in dem Sinne, daß es Meßvorschriften gibt. Auch für die Zeit gibt es Meßvorschriften. Aber natürlich ist die Abbildung von mathematisch definierten Größen auf Meßgrößen nicht Gegenstand der Theorie und ihr haftet naturgemäß eine gewisse Wagheit an. Das Ergebnis dieses Vorgehens ist das, was J. von Neumann einmal "den unvernünftigen Erfolg der Mathematik" genannt hat. Diese ganze Denkensweise ist bei den Physikern so verinnerlicht, daß bei Erfolglosigkeit der Abbildung der Mangel sofort in der Unzulänglichkeit der benutzten mathematischen Strukturen gesucht wird.

Die allgemeine Relativitätstheorie ist sehr kompliziert und die Frage nach der globalen Struktur der Gleichungen für die Raum-Zeit-Mannigfaltigkeit ist Gegenstand intensiver Forschung. Sie können sich aber vorstellen, daß es geschlossene Weltlinien gibt, so ähnlich wie es auf der Kugel Großkreise gibt. Laufen Sie auf einem Großkreis immer nach Westen, so kommen Sie schließlich im Osten an. Das klingt für jeden paradox, der die "Welt" als Ebene ansieht. Ebenso paradox erscheint es in der Relativitätstheorie, wenn Sie durch "Lauf" in die Zukunft in Ihrer eigenen Vergangenheit ankommen. Die ganze Rederei von Zeitreisen resultiert daraus, daß einige Leute nicht der Versuchung widerstehen können, sich mit Lust diese Paradoxien auszumalen und das Ergebnis auf den Markt zu bringen. Das ist aber in dem Sinne legitim, als man ja die Ergebnisse einer Theorie ausarbeiten muß, um diese dann mit dem Ergebnis von Experimenten konfrontieren zu können.

Es ist eine elementare Erfahrung, daß es einen fundamentalen Unterschied zwischen Vergangenheit und Zukunft - anders als beim Unterschied zwischen Ost und West - gibt. Das macht die Zeitparadoxe besonders irritierend. Die Grundgleichungen der Physik einschließlich der allgemeinen Relativitätstheorie spiegeln diese Erfahrung nicht wider. Ich denke, daß hierin das stärkste Paradox liegt. An der Stelle gibt es keine Antworten auf Fragen, die sinnvoll und sehr praxisnah erscheinen. Ob dieser Anschein richtig ist, wird man aber erst sagen können, wenn man die Antworten auf diese Fragen kennt. Jedenfalls glauben viele Leute, daß diese Fragen nicht die allgemeine Relativitätstheorie berührt. Andere glauben, daß die Zeitrichtung nur über ein globales Verständnis der ganzen Raum-Zeit-Struktur erklärt werden kann, etwa in dem Sinne, daß Zukunft die Richtung ist, in der das Weltall expandiert. Aber Glaubenssätze sollte man nicht ernsthaft in einer Debatte zulassen. Vielmehr sollte man erkennen, daß sie ungelösten Fragen per definitionem immer viel schwerer als die gelösten sind. Und fast allen Physiker der Gegenwart ist bewußt, daß es in allen großen Gebieten - angefangen von der klassischen Mechanik über die Thermodynamik bis zur Quantenmechanik - sehr relevante ungelöste Probleme gibt.

Mit freundlichen Grüßen


Und dazu mein Kommentar


Literatur

Der Geist im Atom - Eine Diskussion der Geheimnisse der Quantenphysik

Herausgegeben von P.C.W. Davies und J.R. Brown

Birkhäuser Verlag, ISBN: 3 - 7643 - 1944 - 5

Diese knapp 200 Seiten dicke Buch diskutiert in mehreren Artikel die verschiedenen Interpretationen der Quantenmechanik und ist außerordentlich interessant.


Erstellt am 1.11.1997. Letzte Änderung: 24.9.2011