Gibt es Zeit?

Das fragt – ausgerechnet – die Zeitschrift „die ZEIT“

Die Hamburger „ZEIT“ fragt den Physiker Martin Bojowald „Gibt es Zeit, Martin Bojowald?“. Das Interview kann man als podcast im Internet anhören – es dauert ungefähr 41 Minuten; eine Zusammen­­fassung ist lesbar vorhanden.

Die Frage sei „eine der fundamentalsten Fragen überhaupt“ und behandle „eines der größten Rätsel der Wissenschaft“; Martin Bojowald sei „einer der führenden Köpfe der Schleifen­quanten­gravitation“, also als Experte für diese Frage ausgewiesen. Das glaube ich.

Bojowald illustriert eingangs die Problematik:

Wir reden ständig über die Zeit, es klingt völlig selbst­verständlich – aber wenn man genau hinsieht, ist es alles andere als leicht, Zeit wirklich zu definieren oder sie direkt zu messen.

Die ZEIT erläutert dazu:

Denn Uhren messen nicht die Zeit, sondern beobachten immer nur Verän­derungen von Materie: die Bewegung von Uhrzeigern, den Zerfall von Atomen, die Rotation der Erde.

Das hat auch schon Einstein festgestellt. Ihm wird die sehr pragmatische „Definition“ zugeschrieben:

Zeit ist das, was Uhren messen

Gegen Ende des Podcasts / des Interviews kommen die ZEIT und Herr Bojowald zu einer Art Ergebnis:

Bojowalds abschließende Antwort auf die zentrale Frage des Podcasts, ob es die Zeit gibt, lautet: »Ja.« Wenn er wetten müsste – einen Kasten Bier oder sein Haus –, würde er darauf setzen, dass die Zeit fundamental ist, also eine Grundeigenschaft des Universums. Einfach, weil sie so viele besondere Eigenschaften hat, die sich schwer als bloße Nebenprodukte erklären lassen.

Also: „ja, es gibt Zeit“. So weit Martin Bojowald, Schleifen­gravitations­physiker, in der ZEIT zur „Zeit“. Aber Vieles ist noch nicht ganz sicher; man kann offenbar „wetten“.

Mein Vorschlag

Ich habe mich mit der Frage, was „Zeit“ ist und ob bzw. inwiefern es sie gibt, auch schon beschäftigt und ich habe meine Überlegungen auch hier im Blog veröffentlicht: vor gut 10 Jahren schon, am 14.3.2016 im Artikel „Zeit! Zeit? Zeit“.

Ich bin damals zum Schluss gekommen, dass es Zeit nur geben kann, wenn es (a) Raum gibt und (b) in diesem Raum Energie bzw. Masse. (Masse und Energie sind ja grundsätzlich in einander transferierbar.) Ohne Energie bzw. Masse, in einem völlig leeren Raum ist ein Begriff „Zeit“ aus meiner Sicht nicht sinnvoll: und wenn sich die Masse im Raum verändert, dann „macht“ – nicht nur: „braucht“ – diese Veränderung Zeit:

Zeit ist meines Erachtens einfach die Tatsache, dass sich Dinge im Raum verändern. Wenn sich keine Dinge verändern, gibt es keine Zeit. Zeit ist die Veränderung von Massen im Raum. Ich schlage hiermit vor, Zeit zu definieren als die Veränderung der Masse im Raum. Mathematisch: Zeit ist die Ableitung von Masse nach den Raum:
wobei m die jeweils betrachtete Masse und x die Raum­­koordinaten darstellen.

[Etwas genauer: In Wirklichkeit ist diese Ableitung ein 3-dimensionaler Vektor, weil ja nach den 3 Raum­koordinaten x, y, z abgeleitet wird. Und das, was wir als Zeit wahrnehmen, ist die Länge, mathematisch „der Betrag“ dieses Vektors. Das erklärt, warum Zeit für uns immer eine, ein- und dieselbe Richtung hat. Mathematisch könnte bzw. müsste man das mit Betragsstrichen schreiben als:

Es bekommt damit auch jede Masse im Raum „ihre“ Zeit.]

Für uns Menschen sind zwei Massen im Weltall existenziell wichtig; sie dominieren unser Leben: die Erde und die Sonne. Deren Veränderungen im Raum bestimmen deshalb unsere Zeitmaße: die Erde dreht sich um die Sonne: das ist das Jahr. Und die Erde dreht sich dabei noch um sich selbst: das ist der Tag. Eine dritte Masse – der Mond – ist weit weniger wichtig. Deshalb macht er nur ein untergeordnetes Zeitmaß: den Monat.

Ich habe diese Definition auch schon Physikern unterbreitet und sie nach ihrer Meinung gefragt. Manche wollten sich mit dieser Frage lieber nicht beschäftigen; einer hat gemeint, ja, das könne man durchaus so sehen.

Ein Unterschied

Die beiden Definitionen hier – Martin Bojowalds und meine – haben einiges gemeinsam. Aber es gibt einen Unterschied. Bojowald betrachtet die Zeit als „fundamental […], also [als] eine Grund­eigenschaft des Universums“. Das führt m.E. zu Verwirrungen; das führt zu den immer wiederkehrenden Definitions­problemen. Für mich ist wichtig, Zeit eben nicht als „fundamental“ zu betrachten: es gibt sie nur als abgeleitete Größe in einem Raum, der auch Masse bzw. Energie enthält. Und dann kann auch eine Uhr etwas messen.

Insofern „messen“ Uhren keine Zeit: sie bilden oder machen Zeit, indem sie Dinge im Raum verändern. Sie machen das sehr regelmäßig; also kann man das als sinnvolles Maß beobachten.

Es gibt übrigens wichtige Überlegungen, die zeigen, dass der Raum exakt 3 Dimensionen haben muss. Sonst stimmen manche Gesetze der Physik nicht (mehr). Dann kann die Zeit keine „fundamentale“ vierte Dimension sein, auch keine „imaginäre Zeit“.

Auf die Nebenfrage, ob es einen „völlig leeren“ Raum überhaupt geben kann, gehe ich hier nicht ein. Vermutlich ist die Vorstellung eines völlig leeren Raums eh nicht sinnvoll. (Wenn es leer ist, ist es kein Raum. Wemm es Raum ist, ist es nicht leer.) Und wenn es so etwas eh nicht gibt, gibt es immer auch „Zeit“ als Eigenschaft der Energie in diesem Raum.

Ich freue mich auf und über Diskussionsbeiträge!