Die unglaubliche Wahrheit über die Zeit

Was genau ist Zeit? Trotz ihrer Vertrautheit hat ihre Unbeschreiblichkeit selbst den größten Denkern getrotzt. Vor über 1600 Jahren hat der Philosoph Augustinus von Hippo mit Worten, die noch immer nachklingen, seine Niederlage eingestanden: „Wenn mich niemand fragt, weiß ich, was es ist. Wenn ich es dem, der fragt, erklären möchte, weiß ich es nicht.“

Doch nach Ansicht des theoretischen Physikers Lee Smolin ist die Zeit gekommen, sich mit diesem uralten Rätsel auseinanderzusetzen: „Das Verständnis der Natur der Zeit ist das wichtigste Einzelproblem der Wissenschaft“, sagt er.

Als einer der Gründer des Perimeter Institute for Theoretical Physics in Ontario, Kanada, das sich auf die Behandlung grundlegender Fragen der Physik spezialisiert hat, hat Professor Smolin mehr Zeit damit verbracht, über tiefgreifende Fragen nachzudenken als die meisten anderen. Warum hält er also die Natur der Zeit für so wichtig? Weil sie, so Smolin, für den Erfolg von Versuchen, die Wirklichkeit selbst zu verstehen, von zentraler Bedeutung ist.

Für die meisten Menschen mag das etwas übertrieben klingen. Da die Wirklichkeit in all ihren Formen, vom Urknall bis zum Sonntagsbraten, von der Zeit abhängt, ist es doch offensichtlich, dass wir die Zeit ernst nehmen sollten. Und haben die Wissenschaftler ihre Geheimnisse nicht schon vor Jahrhunderten gelüftet?

Zeitlose Physik
Bereiten Sie sich auf einen Schock vor. Wissenschaftler haben sich in der Tat mit dem Rätsel der Zeit auseinandergesetzt und sind zu einer verblüffenden Schlussfolgerung gelangt. Sie bestehen darauf, dass die erfolgreichsten Theorien der Physik beweisen, dass die Zeit nicht existiert.

Aber jetzt hat Smolin Neuigkeiten für diese Wissenschaftler. Er glaubt, dass sie durch eine Mischung aus tiefsitzenden Überzeugungen und esoterischer Mathematik dazu gebracht worden sind, die Realität der Zeit abzutun. Und in einem umstrittenen neuen Buch „Time Reborn“ beschreibt er die Gefahren eines Festhaltens an dieser Torheit und das Versprechen, die fundamentale Bedeutung der Zeit zu akzeptieren. Wenn er Recht hat, bedeutet dies, dass die Zeit keineswegs irrelevant ist, sondern von entscheidender Bedeutung ist, um zu erklären, wie das Universum funktioniert und sogar für unsere Existenz verantwortlich ist.

Smolin macht sich keine Illusionen darüber, was er auf sich nimmt. „Der wissenschaftliche Fall, dass Zeit eine Illusion ist, ist beeindruckend“, sagt er. „Der Kern des Falles gegen die Zeit hängt davon ab, wie wir verstehen, was ein physikalisches Gesetz ist. Er sagt nicht, dass die Gesetze falsch sind, er sagt nur, dass die Wissenschaftler ihre wahre Herkunft nicht verstehen. „Nach der gängigen Auffassung wird alles, was im Universum geschieht, durch Gesetze bestimmt“, sagt er. „Gesetze sind absolut – sie ändern sich nicht mit der Zeit“. Es ist diese Eigenschaft, die die Gesetze so mächtig macht, wenn es darum geht, die Zukunft vorherzusagen: Schließen Sie die heutige Position der Erde an das Gesetz der Schwerkraft an, und sie wird in einer Million Jahren einen ziemlich genauen Ort für ihre Position angeben.

Die Gesetze scheinen auch die wahre Natur der Zeit zu enthüllen: „Sie suggerieren, dass der Fluss der Zeit nur eine bequeme Illusion ist, die durch Berechnung ersetzt werden kann“, sagt Smolin. Mit anderen Worten, die Zeit ist nur ein Trick, der die Gleichungen die richtigen Antworten ausspucken lässt.

Der Time Lord: Prof. Lee Smolin setzt sich für die Existenz der Zeit ein
Der Time Lord: Prof. Lee Smolin setzt sich für die Existenz der Zeit ein
Ermutigt durch die scheinbar grenzenlose Macht ihrer Gesetze und ihres Zeitbegriffs haben die Physiker versucht, die Eigenschaften von allem zu verstehen – einschließlich des Universums als Ganzes, in seiner unendlichen Majestät. Aber immer wieder, wenn sie dies versucht haben, sind sie auf Probleme gestoßen.

Vor mehr als 300 Jahren versuchte Sir Isaac Newton, sein Gesetz der universellen Gravitation auf das gesamte Universum anzuwenden, nur um es zusammenbrechen zu sehen, wenn man sich mit der unendlichen Ausdehnung des Raums befasst. Vor einem Jahrhundert wandte Albert Einstein seine weitaus mächtigere Gravitationstheorie, die Allgemeine Relativitätstheorie, auf den Kosmos an, aber sie brach im großen Maßstab zusammen – bei der Erklärung des Urknalls.

Quanten-Rätsel
Mitte der 1960er Jahre beschlossen der amerikanische Theoretiker John Wheeler und sein Mitarbeiter Bryce DeWitt zu prüfen, welche Erkenntnisse sich aus der Anwendung der erfolgreichsten Theorie in der gesamten Wissenschaft – der Quantentheorie – auf den Kosmos ergeben könnten. Meist auf die subatomare Welt angewandt, kann die Quantentheorie – zumindest im Prinzip – auf alles angewandt werden, sogar auf die großräumigen Funktionsweisen des Universums.

Wheeler und DeWitt gelingt es, eine alptraumhaft komplexe Gleichung aufzustellen, die gemäß der Quantentheorie die wahre Natur des Universums erfasst. Aber die Gleichung brachte eine schockierende Einsicht hervor. Von allen Mengen, die sie enthielt, war eine, von der jeder erwartete, dass sie sie beinhalten würde, einfach verschwunden: „t“ für Zeit. „Nach der Wheeler-DeWitt-Gleichung ist der Quantenzustand des Universums einfach eingefroren“, sagt Smolin. „Das Quantenuniversum ist ein Universum ohne Veränderung. Es ist einfach so.“

Der Kontrast zur scheinbaren Realität könnte kaum stärker sein. Astronomen bestehen darauf, dass das Universum in einem Urknall begann und sich immer noch ausdehnt. Ständig werden Sterne geboren und sterben sie – zusammen mit uns selbst. Offensichtlich stimmt etwas nicht.

Wissenschaftler haben lange nach einer Zeittheorie gesucht, die mit dem Urknall übereinstimmt.
Wissenschaftler haben lange nach einer Zeittheorie gesucht, die mit dem Urknall übereinstimmt
Viele Theoretiker haben versucht, Wege zu finden, um aus dem „zeitlosen“ Universum, das durch die Wheeler-DeWitt-Gleichung beschrieben wird, das herauszuholen, was wir als Zeit wahrnehmen. „Ich habe über diese Ansätze nachgedacht“, sagt Smolin, „und ich bin nach wie vor davon überzeugt, dass keiner von ihnen funktioniert“. Er glaubt, dass nur ein grundlegendes Umdenken über die Zeit die Krise lösen kann.

Dem stimmen jedoch nicht alle zu. Einige bestehen darauf, dass die Wheeler-DeWitt-Gleichung die Wahrheit über die Zeit enthüllt – egal, wie ungenießbar wir sie finden. Einer von ihnen ist der britische theoretische Physiker Dr. Julian Barbour, Gastprofessor an der Universität Oxford. Er hat Jahrzehnte damit verbracht, mit der Bedeutung der Wheeler-DeWitt-Gleichung zu ringen, und ist bekannt für sein 1999 erschienenes Hauptwerk The End of Time.

Anders als Smolin besteht Barbour darauf, dass die Implikation der Wheeler-DeWitt-Gleichung für die Zeit nicht von der Hand zu weisen ist. Er argumentiert, dass das Universum in Wirklichkeit ein riesiges, statisches Array von ‚Jetzt‘ ist, wie die Bilder einer kosmischen Filmrolle. Zu jedem beliebigen Zeitpunkt, oder „jetzt“, muss die Zeit bei der Erklärung der Funktionsweise des Universums nicht berücksichtigt werden. Das Gefühl, dass die Zeit vergeht, kommt von unserem Verstand, der jedes dieser Einzelbilder – oder „Zeitkapseln“, wie Barbour sie nennt – verarbeitet. Die Zeit selbst existiert jedoch nicht.

Smolin bewundert Barbours Bemühungen sehr: „Es ist der beste durchdachte Ansatz, um der Quantenkosmologie einen Sinn zu geben“, sagt er. Er hat sogar einige von Barbours neuesten Ideen in seine eigenen aufgenommen. Aber er glaubt, dass sie an den gleichen Mängeln leidet wie alle „zeitlosen“ Theorien des Universums: Sie hat Mühe, überprüfbare Vorhersagen zu machen, und sie kann nicht erklären, woher die zeitlosen Gesetze der Physik überhaupt kommen.

Radikales Denken
Smolin glaubt, dass er all dies und noch mehr tun kann. Und um es zu tun, beruft er sich auf die Eigenschaften der außergewöhnlichsten Objekte im heutigen Universum: Schwarze Löcher.

Schwarze Löcher, die aus dem Kollaps von Riesensternen entstanden sind, sind dafür berüchtigt, dass sie Gravitationsfelder haben, die so stark sind, dass ihnen nicht einmal Licht entkommen kann. Was genau in ihrem Inneren passiert, ist nicht sicher bekannt, aber es gibt Hinweise aus der Quantentheorie, dass das Zentrum der Schwarzen Löcher die Geburtsstätten ganz neuer Universen sein könnten, die jeweils andere physikalische Gesetze haben.

Smolin weist darauf hin, dass, wenn dies zutrifft, eine Art kosmische Version der Darwinschen natürlichen Auslese gelten könnte, in der die am häufigsten vorkommenden Universen diejenigen sein werden, die sich am besten zur Erzeugung Schwarzer Löcher eignen. Und dies, sagt er, kann in unserem Universum auf die Probe gestellt werden. Nach zahllosen Äonen kosmischer Evolution sollte unser Universum inzwischen von physikalischen Gesetzen beherrscht werden, die für die Erzeugung Schwarzer Löcher gut geeignet sind. Smolin zufolge können Astrophysiker prüfen, ob dies tatsächlich wahr ist – und bis heute deuten die Beweise darauf hin, dass es so ist.

Der Eindruck eines Künstlers von einem Schwarzen Loch. Könnte es ein anderes Universum hervorbringen? (Bildnachweis: Alain R)
Der Abdruck eines Künstlers von einem schwarzen Loch. Könnte es ein anderes Universum hervorbringen? (Bildnachweis: Alain R)
Der auffälligste Beweis ist jedoch vielleicht unsere eigene Existenz. Schwarze Löcher entstehen durch den Tod riesiger Sterne in Supernova-Explosionen. Interessanterweise handelt es sich dabei um dieselben Sterne, die Kohlenstoff, Sauerstoff und andere für das Leben notwendige Elemente produzieren. Wenn es keine Riesensterne gäbe, gäbe es keine das Universum hervorbringenden Schwarzen Löcher und keine sich entwickelnden Gesetze der Physik – und auch nicht uns.

Smolin deutet damit an, dass unsere bloße Existenz ein Beweis für die kosmische Evolution sein könnte. Und da Evolution nur im Laufe der Zeit stattfinden kann, legt dies wiederum nahe, dass Zeit real ist. Das ist eine erstaunliche Argumentationslinie für die Realität der Zeit – und eine, die nicht jeden überzeugt. „Ich finde diese Ideen sehr spekulativ – gelinde gesagt“, sagt der Theoretiker Prof. Claus Kiefer von der Universität zu Köln in Deutschland. Er bezweifelt sogar den Ausgangspunkt von Smolins Argument für die Realität der Zeit: „Es gibt keinerlei Beweise dafür, dass neue Universen im Inneren Schwarzer Löcher geboren werden.

Eine Frage der Zeit
Worüber sich jedoch alle einig sind, ist, dass diese Zeit durchaus realistisch erscheint. Und man kann die Kühnheit von Smolins Argumenten nicht bestreiten.

Wenn er Recht hat, ist unser Universum nur das jüngste in einer endlosen Reihe.

Im Laufe der Zeit, in aufeinander folgenden Universen, haben sich die Gesetze der Physik so weit entwickelt, dass die Bedingungen genau die richtigen sind, um nicht nur Schwarze Löcher – die Geburtsstätten neuer Universen – zu bilden, sondern auch die Bausteine des Lebens, einschließlich uns. Mit anderen Worten, die Zeit erklärt den offensichtlichen Zufall, dass unser Universum genau die richtige Kombination von Bedingungen hat, die unsere Existenz ermöglicht.

Hat Smolin also mit all dem Recht – oder ist Zeit wirklich eine Illusion, wie die meisten Theoretiker behaupten? Das wird erst die Zeit zeigen.