Gibt es Zeit, Martin Bojowald?

DIE ZEIT: Herr Bojowald, gibt es Zeit?

Martin Bojowald: Ja, die gibt es auf jeden Fall. Wir können die Zeit messen, wir haben Methoden dafür. Praktisch gesehen gibt es die Zeit.

ZEIT: Es gibt in den Naturwissenschaften den Versuch, Zeit klar zu definieren – was mir gelegentlich gar nicht so einfach zu sein scheint. Was genau ist Zeit eigentlich, aus der Sicht eines Profis?

Bojowald: 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. Tatsächlich haben wir keine wirklich gute Definition von Zeit, selbst wenn man die Mathematik einbezieht. Das ist das Seltsame: Die Zeit ist eine der alltäglichsten Erfahrungen – und trotzdem schwer zu fassen. Denn eigentlich können wir keinen einzigen Zeitpunkt direkt messen. Alle Messmethoden, ob alte mechanische Uhren oder moderne Atomuhren, messen immer etwas anderes: die Position eines Uhrzeigers, eine Schwingungsfrequenz, eine Energie. Das alles sind Stellvertreter – aber nicht die Zeit selbst.

ZEIT: Wenn ich eine Raumdistanz messe, kann ich einen Meterstab nehmen und sagen: Dieser Tisch ist soundso groß, er hat diese eine konkrete Eigenschaft. Bei der Zeit ist das anders: Man misst eigentlich Veränderungen von Materie im Raum und nennt das dann »Zeit«?

Bojowald: Ja. Oder wenn wir sagen »Jetzt« – wie spät ist es jetzt? –, dann ist dieses »Jetzt« dadurch definiert, dass wir uns vielleicht gerade treffen. Was letztlich auch wieder eine Positionsangabe ist.

ZEIT: Es ist eher ein Ort als tatsächlich die Zeit.

Bojowald: Genau.

ZEIT: Aber ist die Frage dann wirklich so einfach mit Ja zu beantworten? Ich erinnere mich an Studienzeiten: In der Newtonschen Mechanik, die man in der Schule lernt, war die Zeit schon da als eingebauter Parameter. Aber sie ist nicht zwingend nötig, um das Universum zu beschreiben. Man könnte auch mit einem Daumenkino arbeiten, einer bloßen Abfolge von Zuständen. Man braucht die Zeit nur als Hilfsvariable. Stimmt diese Sichtweise?

Bojowald: Es gibt die Vorstellung des sogenannten Blockuniversums: Das Universum ist demnach nicht etwas, das sich wie ein Film zeitlich abspielt – sondern ein Objekt, das eine zusätzliche Dimension hat, die wir durch die Zeit beschreiben. Mathematisch müsste man diese Zeitabfolge nicht berücksichtigen; es könnte einfach wie eine zusätzliche Raumdimension sein, mit etwas anderen Eigenschaften. Aber dem, was wir als den Fortschritt in der Zeit erleben, diesem Unterschied zwischen Vergangenheit und Zukunft – dem können wir nicht ausweichen. Wir können uns nicht in der Zeit zurückbewegen. Und das ist eine der großen Schwierigkeiten, auch mathematisch: Die meisten Gleichungen, die wir benutzen, funktionieren vorwärts und rückwärts in der Zeit auf die gleiche Weise. Es ist sehr schwer zu zeigen, warum es nur in die Zukunft weitergehen kann.

ZEIT: Einstein und Kollegen haben gezeigt, dass Raum und Zeit verknüpft sind. Zeit verläuft nicht immer gleich schnell – sie ist formbar wie Knetmasse. Wenn ich mich relativ zu Ihnen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewege, habe ich eine andere Zeit als Sie. Daran haben wir uns vielleicht gewöhnt; im konkreten Alltag spielt es ohnehin selten eine Rolle. Aber dass die Zeit als einzige dieser Dimensionen nur in eine Richtung zu fließen scheint – ist das inzwischen gelöst?

Bojowald: Nein, das wird noch immer diskutiert. Eine Möglichkeit, warum das so schwierig ist: Vielleicht spielt die schiere Zahl der Atome und Elementarteilchen im Universum eine Rolle. Wenn man einen einfachen Anfangszustand annimmt – vielleicht einen sehr homogenen wie zu Beginn des Universums –, dann werden sich die Bestandteile unterschiedlich bewegen und unterschiedliche größere Strukturen bilden: Sterne, Galaxien. Dadurch wird alles komplizierter, komplexer. Es bildet sich mehr Entropie, in der thermodynamischen Sprache formuliert.

ZEIT: Also mehr Unordnung.

Bojowald: Ja. Und das ist sehr schwer zu verstehen, weil einfach so viele Bestandteile dabei sind. Allerdings hängt es dann auch wieder von der Annahme ab, dass der Anfangszustand sehr einfach gewesen sein sollte. Dadurch wird diese Zeitasymmetrie mit ins Spiel gebracht. Und auch das kann man nur schwer erklären, weil der Anfangszustand eben sehr dicht war – wenn man das Urknallmodell benutzt.

ZEIT: Da sind Sie jetzt höflich, weil Sie nicht dem Urknallmodell anhängen.

Bojowald: Das Urknallmodell als physikalische Phase im Universum ist durch indirekte Messungen sehr gut bestätigt. Aber die Frage ist, ob es regulär oder mit einer Singularität angefangen hat.

ZEIT: Der Urknall ist in Ihren Augen nicht die ganze Geschichte. Aber ich muss noch einmal versuchen zu verstehen, was Sie gerade gesagt haben: Wenn das Universum wie ein hoch geordneter Kristall gewesen wäre, statisch – wäre es dann so, dass die Zeit vorwärts und rückwärts hätte fließen können, damals, als die Entropie noch keine so große Rolle spielte?

Bojowald: Es wäre schon zu unserer normalen Zukunft weitergelaufen, aber es wäre vielleicht weniger merkbar gewesen, wenn es damals Messungen gegeben hätte.

ZEIT: Dinge tendieren dazu, unordentlicher zu werden. Ein Glas zerspringt, aber es setzt sich nie von selbst wieder zusammen. Eine verbreitete Theorie besagt: Die Entropie – das Maß für Unordnung – nimmt im Universum stetig zu, und genau das erzeugt unsere Wahrnehmung, dass die Zeit nur in eine Richtung fließt. Sie sind von dieser Erklärung nicht überzeugt?

Bojowald: Nein, denn wenn man den Gedanken wirklich konsequent zu Ende verfolgt, wird er zirkulär. Um ein Glas fallen zu lassen und zerbrechen zu sehen, braucht man ja bereits eine Zeitrichtung – ein Vorher und ein Nachher. Außerdem setzt die Erklärung voraus, dass der Anfangszustand geordneter war als das, was danach kommt. Aber woher weiß man, was »danach« ist, wenn man die Zeitrichtung erst noch begründen will?

Natürlich ist die zunehmende Unordnung einer der wichtigsten Gründe, warum wir eine Zeitrichtung erleben – Dinge verändern sich, sie zerbrechen, sie kehren nicht in ihren Ausgangszustand zurück. Aber das ist im Grunde eine Beobachtung, die wir rückwärts zur Erklärung umdeuten: Wir nehmen unsere alltägliche Erfahrung und versuchen, daraus ein fundamentales Prinzip für den Zeitpfeil abzuleiten.

Mathematisch steckt darin ein grundsätzliches Problem: Wenn man zeigen will, dass eine Größe wie die Entropie in eine bestimmte Richtung wächst, muss man diese Richtung schon kennen. Man muss bereits wissen, wo »Zukunft« ist. Als endgültige Erklärung für die Zeitrichtung taugt das deshalb nicht.

ZEIT: Ich bin immer noch nicht sicher, ob ich verstanden habe, warum die Zeit nur in eine Richtung fließt.

Bojowald: Das habe ich auch nicht verstanden.

ZEIT: Aber wenn Sie es nicht verstanden haben – wer sonst auf diesem Planeten sollte es verstehen?

Bojowald: Es ist eine Beobachtung, die wir machen und der wir nicht ausweichen können: Wir müssen immer weiter in Richtung Zukunft gehen. In der Physik versuchen wir, das zu erklären. Natürlich wäre es interessant, wenn wir irgendwo eine Lücke finden könnten – und sehen würden, dass man vielleicht doch in die Vergangenheit zurückkehren könnte, wenn man es richtig anstellt. Aber das ist bisher nicht gelungen.