Die großen Geheimnisse der Physik: Ist Zeit eine Illusion?

Die erste Folge des neuen Podcasts, Große Geheimnisse der PhysikEs befasst sich mit der komplexen Natur der Zeit. Forscher stellen traditionelle Vorstellungen von der absoluten Zeit in Frage und diskutieren Theorien, dass Zeit relativ und mit dem Raum verflochten ist, ein Konzept, das unserer subjektiven Erfahrung zuwiderläuft. Die Diskrepanz kann auf eine Zunahme der Entropie im Universum zurückgeführt werden, aber warum das Universum mit abnehmender Entropie begann, bleibt ein Rätsel. Um dieses Problem zu lösen, schlagen Experten zusätzliche Forschung vor, einschließlich der Entfernung der Zeit aus wissenschaftlichen Gleichungen und der Untersuchung der Thermodynamik von Uhren.

Ohne ein Zeitgefühl, das uns von der Wiege bis zur Bahre führt, hätte unser Leben keinen Sinn. Aber auf der grundlegendsten Ebene sind sich Physiker nicht sicher, ob die Art von Zeit, die wir erleben, jemals existiert.

Dies ist das Thema der ersten Folge unserer neuen Podcast-Reihe, Große Geheimnisse der Physik. Moderiert von Miriam Frankel, Wissenschaftsredakteurin bei The Conversation, mit Unterstützung von FQxIInstitut für Grundlagenfragen, sprechen wir mit drei Forschern über die Natur der Zeit.

Wissenschaftler gehen seit langem davon aus, dass die Zeit absolut und universell ist – für alle und überall gleich und unabhängig von uns existiert. In der Quantenmechanik, die das winzige Universum aus Atomen und Teilchen regelt, wird es immer noch so behandelt. Aber Albert Einsteins Relativitätstheorien, die auf die Natur in großen Maßstäben anwendbar sind, zeigten, dass die Zeit relativ und nicht absolut ist – sie kann beispielsweise schneller oder langsamer werden, je nachdem, wie schnell man reist. Zeit ist auch in der „Raumzeit“ mit dem Raum verflochten.

Einsteins Theorien ermöglichten es Wissenschaftlern, das Universum auf eine neue Art darzustellen: als feste vierdimensionale Masse mit drei räumlichen Dimensionen (Höhe, Breite, Tiefe) und der Zeit als viertem Quadranten. Dieser Block enthält den gesamten Raum und die gesamte Zeit auf einmal – und die Zeit fließt nicht. An der Masse ist nichts Besonderes mehr – was für den einen Beobachter wie Gegenwart erscheint, ist für den anderen einfach Vergangenheit.

Aber wenn das wahr ist, warum reist unsere Zeiterfahrung dann mit solcher Kraft von der Vergangenheit in die Zukunft? Eine Antwort ist, dass die Entropie, das Maß für Chaos, im Universum ständig zunimmt. Wenn man die Zahlen durchrechnet, erklärt Sean Carroll, ein Physiker an der Johns Hopkins University in den USA, stellt sich heraus, dass das frühe Universum eine sehr niedrige Entropie hatte. „[The universe] Es war sehr strukturiert und nicht zufällig und es war irgendwie entspannend und seitdem ist es nur noch zufälliger und chaotischer geworden.“ Dadurch entsteht möglicherweise ein Zeitpfeil für menschliche Beobachter.

Wir wissen nicht, warum das Universum mit einer so niedrigen Entropie begann. Carol schlägt vor, dass es daran liegen könnte Wir sind Teil eines Multiversums Es enthält viele verschiedene Universen. In einer solchen Welt sollten einige Universen statistisch gesehen mit einer niedrigen Entropie beginnen.

Andererseits glaubt Emily Adlam, Physikphilosophin am Rotman Institute of Philosophy an der University of Western Ontario in Kanada, dass das Geheimnis, warum unser Universum mit niedriger Entropie entstand, ein Problem ist, das letztendlich auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass die Physik Ist voller Annahmen Über die Zeit.

„Ich persönlich bin ein großer Befürworter des Sprichworts, dass die Zeit nicht vergeht“, erklärt sie. „Es ist eine Art Illusion, die von der Art und Weise herrührt, wie wir zufällig in die Welt eingebettet sind.“ Ihre Intuition ist, dass grundsätzlich alles auf einmal geschieht – auch wenn es uns nicht so erscheint.

Adlam argumentiert, dass der beste Weg, Zeit zu verstehen, darin besteht, sie vollständig aus unseren Naturtheorien zu entfernen – sie aus Gleichungen zu entfernen. Interessanterweise verschwindet die Zeit oft aus den Gleichungen, wenn Physiker versuchen, die allgemeine Relativitätstheorie mit der Quantenmechanik zu einer „Quantengravitationstheorie“ für alles zu vereinen.

Experimente können auch dazu beitragen, Licht auf die Natur der Zeit zu werfen und verschiedene Kombinationen von Quantenmechanik und allgemeiner Relativitätstheorie zu testen. Natalia Ares, Ingenieurin bei[{“ attribute=““>University of Oxford, believes that studying the thermodynamics (the science of heat and work) of clocks may help. “By understanding clocks as machines, there are things that we can understand better about what the limits of timekeeping are,” she argues.

Host:

• Miriam Frankel, Podcast host, The Conversation

Interviewed:

• Emily Adlam, Postdoctoral Associate of the Philosophy of Physics, Western University
• Natalia Ares, Royal Society University Research Fellow, University of Oxford
• Sean Carroll, Homewood Professor of Natural Philosophy, Johns Hopkins University

This article was first published in The Conversation.