Gather ye rosebuds while ye may, / Old Time is still a-flying.« (Etwa: Sammle nur Rosenknospen, solang du kannst, / die alte Zeit verfliegt dir doch.) Mit diesem Vers drückte der englische Dichter Robert Herick im 17. Jahrhundert die gängige Überzeugung aus, dass die Zeit vergeht. Wer könnte daran zweifeln? Das Verrinnen der Zeit ist wohl der grundlegendste Bestandteil der menschlichen Wahrnehmung; wir erleben es alles in allem inniger als die Erfahrung etwa von Raum oder Masse. Das Vergehen der Zeit wurde mit dem Flug eines Pfeils verglichen oder mit einem dahinströmenden Fluss, der uns unaufhaltsam von der Vergangenheit zur Zukunft trägt. Shakespeare schrieb vom »Karussell der Zeit«, sein Landsmann Andrew Marvell vom »geflügelten Wagen der Zeit, der nah vorüberrast«.

So eingängig diese Bilder auch sein mögen, sie geraten in einen tiefen und unauflöslichen Widerspruch. Nichts in der bekannten Physik entspricht dem Vergehen der Zeit. Im Gegenteil: Die Physiker betonen, dass die Zeit überhaupt nicht fließt; sie existiert einfach. Einige Philo­sophen meinen, schon die Vorstellung eines Verrinnens sei an sich unsinnig, und vom Strom der Zeit zu reden beruhe auf ­einem Missverständnis. Wie aber kann etwas, das für unser Erleben der Welt so grundlegend ist, sich als Irrtum erweisen? Oder gibt es eine entscheidende Eigenschaft der Zeit, die der Wissenschaft bisher entgangen ist?

Das »Jetzt« als reine Ansichtssache

Im Alltag teilen wir die Zeit in Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft ein. Die grammatische Struktur der Sprache gibt diese fundamentale Unterscheidung wieder. Wirklichkeit gestehen wir nur dem gegenwärtigen Augenblick zu. Die Vergangenheit denken wir uns als nicht mehr existent, die Zukunft als etwas schattenhaft Kommendes, etwas ohne fertig ausgeformte Einzelheiten. In diesem einfachen Bild gleitet das »Jetzt« unserer bewussten Wahrnehmung stetig vorwärts und verwandelt dabei Ereignisse, die einst in der ungeformten Zukunft lagen, in die konkrete, aber flüchtige Realität der Gegenwart und verbannt sie von da in die feststehende Vergangenheit.

Diese Darstellung erscheint uns zwar als selbstverständlich, aber sie widerspricht der modernen Physik. Albert Einstein schrieb an einen Freund: »Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft sind nur Illusionen, wenn auch hartnäckige«. Die verblüffende Aussage folgt unmittelbar aus Einsteins Spezieller Relativitätstheorie, die dem gegenwärtigen Augenblick jede absolute, universelle Bedeutung abspricht. Der Theorie zufolge ist Gleichzeitigkeit ein relativer Begriff. Zwei Ereignisse, die von einem Bezugssystem aus beobachtet im selben Augenblick stattfinden, können von einem anderen Bezugssystem aus zu unterschiedlichen Zeiten eintreten.

Auf die unschuldige Frage »Was geschieht gerade auf dem Mars?« gibt es keine eindeutige Antwort. Der Grund ist, dass Erde und Mars weit auseinander liegen – ungefähr zwanzig Lichtminuten. Da keine Information schneller als Licht übermittelt werden kann, vermag ein irdischer Beobachter nicht zu sagen, was im selben Augenblick auf dem Mars vorgeht. Er muss die Antwort nachträglich herleiten, nachdem das Licht die Wegstrecke zwischen den Planeten durchmessen hat. Das indirekt ­gefolgerte vergangene Ereignis wird un­terschiedlich ausfallen, je nachdem, wie schnell der Beobachter sich bewegt.

Zum Beispiel könnte während einer künftigen, bemannten Mars-Mission jemand in der irdischen Leitzentrale fragen: »Was wohl Commander Jones jetzt auf Basis Alpha treibt?« Bei einem Blick auf die große Anzeigetafel würde sein Kollege sehen, dass es auf dem Mars gerade 12:00 Uhr ist und antworten: »Mittagessen«. Aber ein Astronaut, der im selben Moment fast mit Lichtgeschwindigkeit die Erde passiert, würde – je nach seiner Flugrichtung – beim Blick auf seine Uhr sagen, dass es auf dem Mars früher oder später als 12:00 Uhr ist und je nachdem antworten: »Essen machen« oder »Geschirr waschen«.

Wie die Zeit nicht vergeht

Unterschiede solcher Art vereiteln jeden Versuch, dem gegenwärtigen Augenblick besondere Bedeutung zu verleihen, denn auf wessen »Jetzt« bezieht sich dieser Moment? Wenn Sie und ich uns relativ zuei­nander bewegen, kann ein Ereignis, das für mich noch in der unentschiedenen Zukunft liegt, für Sie bereits zur feststehenden Vergangenheit gehören.

Die nächstliegende Schlussfolgerung daraus lautet, dass sowohl Vergangenheit als auch Zukunft ein für alle Mal feststehen. Aus diesem Grund stellen sich die Physiker die Zeit am liebsten anders vor: als eine Zeitkarte – analog zu einer Landkarte –, auf der Vergangenheit und Zukunft vollständig und gemeinsam fixiert sind. Diese Vorstellung wird manchmal Blockzeit genannt. Darin fehlt jeglicher Bezug auf einen speziellen Augenblick als Gegenwart oder einen Prozess, der zukünftige Ereignisse systematisch erst in gegenwärtige und dann in vergangene Ereignisse verwandelt. Kurz, die Zeit der Physiker vergeht nicht und fließt nicht.

Auch manche Philosophen sind zu demselben Schluss gekommen, als sie untersuchten, was wir normalerweise mit dem Verrinnen der Zeit meinen. Sie behaupten, die Vorstellung sei in sich widersprüchlich. Der Begriff des Fließens habe schließlich mit Bewegung zu tun. Es ist zwar sinnvoll, von der Bewegung eines physikalischen Objekts – etwa eines Pfeils durch den Raum – zu reden, denn man kann beobachten, wie sein Ort mit der Zeit variiert. Aber welche Bedeutung lässt sich der Bewegung der Zeit selbst zuweisen? Relativ wozu bewegt sie sich? Während die übliche Art von Bewegung einen physikalischen Prozess mit einem anderen in Beziehung setzt, bezieht der vermeintliche Zeitfluss die Zeit auf sich selbst. Schon die einfache Frage »Wie schnell vergeht die Zeit?« offenbart die Absurdität dieser Idee. Die triviale Antwort »Mit einer Sekunde pro Sekunde« besagt überhaupt nichts.

Obwohl wir uns angewöhnt haben, im Alltag vom Vergehen der Zeit zu sprechen, vermittelt diese Vorstellung keinerlei zusätzliche Information. Betrachten wir zum Beispiel folgenden Text: »Alice hoffte auf weiße Weihnachten, aber als der Tag kam, war sie enttäuscht, denn es regnete nur; doch sie war glücklich, als es am folgenden Tag schneite.«

Obwohl diese Beschreibung nur so strotzt von Zeitangaben und Bezügen auf das Vergehen der Zeit, wird exakt dieselbe Information vermittelt, wenn man einfach die mentalen Zustände von Alice mit ­Datumsangaben versieht – ohne den geringsten Bezug auf die verfließende Zeit oder veränderte Welt. Der folgende pedantische und trockene Faktenkatalog reicht völlig aus:

- 24. Dezember: Alice erhofft sich weiße Weihnachten.

- 25. Dezember: Es gibt Regen. Alice ist enttäuscht.

- 26. Dezember: Es gibt Schnee. Alice ist glücklich.

Bei dieser Beschreibung geschieht und verändert sich nichts. Es gibt einfach Zustände der Welt an verschiedenen Tagen und zugeordnete mentale Zustände von Alice.

Ähnlich haben schon griechische Denker der Antike wie Parmenides und Zenon argumentiert. Vor einem Jahrhundert versuchte der britische Philosoph John McTaggart eine klare Trennung zwischen zwei Beschreibungen der Welt zu ziehen: Die so genannte A-Serie stellt die Welt in Form von Ereignissen dar, die B-Serie formuliert Zustände der Welt. Jede von beiden scheint eine zutreffende Beschreibung der Wirklichkeit zu sein, und doch stehen sie offenbar in Widerspruch zueinander. So lag das Ereignis »Alice ist enttäuscht« einst in der Zukunft, dann in der Gegenwart und schließlich in der Vergangenheit. Nun sind aber Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft einander ausschließende Kategorien – wie kann ein und dasselbe Ereignis zu allen dreien gehören? McTaggart nutzte die Unvereinbarkeit der A- und der B-Serie als Argument für die Unwirklichkeit der Zeit an sich – vielleicht ein allzu radikaler Schluss. Die meisten Physiker würden weniger dramatisch folgern: Der Zeitfluss ist unwirklich, aber die Zeit selbst ist so real wie der Raum.

Der stehende Zeitpfeil

Große Verwirrung bei Diskussionen über die Vergänglichkeit der Zeit entsteht in Verbindung mit dem so genannten Zeitpfeil. Zu verneinen, dass die Zeit fließt, bedeutet nicht zu behaupten, die Bezeichnungen »Vergangenheit« und »Zukunft« seien ohne physikalische Grundlage. Die Ereignisse in der Welt bilden zweifellos eine gerichtete Folge. Zum Beispiel wird ein rohes Ei beim Sturz auf den Boden zerplatzen, während der umgekehrte Vorgang – ein zerbrochenes Ei setzt sich spontan zu einem intakten Ei zusammen – noch niemals beobachtet wurde. Diese Unumkehrbarkeit drückt sich physikalisch im Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik aus, dem zufolge in einem abgeschlossenen System die Entropie – grob gesagt das Ausmaß der Unordnung – mit der Zeit tendenziell zunimmt. Ein intaktes Ei hat eine geringere Entropie als ein zerstörtes.

Weil die meisten Vorgänge in der Natur solche ­irreversiblen physikalischen Prozesse sind, sorgt der Zweite Hauptsatz für eine augenfällige Asymmetrie zwischen Vergangenheit und Zukunft. Die Zeitachse erhält dadurch eine Richtung, den so genannten Zeitpfeil, der von der Vergangenheit in die Zukunft weist. Doch das bedeutet nicht, dass der Pfeil sich zur Zukunft hin bewegt – so wenig wie eine Kompassnadel, die nach Norden weist, anzeigt, dass der Kompass nordwärts wandert. Beide Pfeile symbolisieren eine Asymmetrie, nicht eine Bewegung.

Der Zeitpfeil bezeichnet eine Asymmetrie der Welt hinsichtlich der Zeit, nicht eine Asymmetrie oder ein Fließen der Zeit selbst. Die Etiketten »vergangen« und »zukünftig« gelten für zeitliche Richtungen, genau wie »aufwärts« und »abwärts« für Richtungen im Raum. Hingegen ist das Reden über »die Vergangenheit« oder »die Zukunft« streng genommen ebenso sinnlos, als würde man sagen, ein Gegenstand steige in »das Aufwärts« oder sinke in »das Abwärts«.

Um die Unterscheidung zwischen »vergangen« oder »zukünftig« einerseits und »die Vergangenheit« oder »die Zukunft« andererseits zu veranschaulichen, stellen wir uns einen Film vor, der festhält, wie ein Ei zu Boden fällt und zerschellt. Läuft der Film rückwärts durch den Projektor, so erkennt jeder Betrachter sofort die Unwirklichkeit der Szene. Nun nehmen wir an, dass jemand den Filmstreifen in Einzelbilder zerschneidet, diese völlig zufällig mischt und aufeinander stapelt. Es fällt uns gewiss leicht, den Bilderstapel in die richtige Reihenfolge zu bringen, mit dem zerbrochenen Ei obenauf und dem intakten ganz unten. Dieser vertikale Stapel gibt die durch den Zeitpfeil ausgedrückte Asymmetrie wieder, denn vor uns liegt eine geordnete Folge in der räumlichen Vertikalen, was beweist, dass die zeitliche Asymmetrie tatsächlich eine Eigenschaft der Weltzustände ist und nicht eine Eigenart der Zeit an sich. Der Film muss gar nicht erst im Kino laufen, damit der Zeitpfeil kenntlich wird.

Da die meisten physikalischen und philosophischen Analysen der Zeit keinerlei Anzeichen für ein Verrinnen zu entdecken vermögen, stehen wir vor einem Rätsel: Woher kommt der starke, allgegenwärtige Eindruck, die Welt sei unentwegt im Fluss? Einige Forscher, insbesondere der belgische Chemie-Nobelpreisträger Ilya Prigogine, der jetzt an der Universität von Texas in Austin lehrt, meinen, die subtile Physik der irreversiblen Prozesse mache den Strom der Zeit zu einem objektiven Wesenszug der Welt. Doch ich und andere glauben, dass es sich dabei um eine bestimmte Illusion handelt.

Letztlich beobachten wir das Verrinnen der Zeit nicht wirklich. Was wir tatsächlich erfahren, ist, dass spätere Zustände der Welt sich von früheren unterscheiden, an die wir uns noch erinnern. Die Tatsache, dass wir uns an die Vergangenheit erinnern und nicht an die Zukunft, bedeutet nicht, dass die Zeit vergeht, sondern dass sie asymmetrisch ist. Nur ein neugieriger Be­obachter registriert den Fluss der Zeit. Eine Uhr misst die Zeitspanne zwischen Ereignissen ganz ähnlich wie ein Maßstab den Abstand zwischen Orten; sie misst nicht die »Geschwindigkeit«, mit der ein Augenblick dem anderen folgt. Darum ist der Zeitfluss offenbar nicht objektiv gegeben, sondern ein subjektives Phänomen.

Zeitfluss – ein Schwindel?

Diese Illusion schreit förmlich nach einer Erklärung, die allerdings nicht in der Physik zu suchen sein wird, sondern in Dis­ziplinen wie Psychologie, Neurophysiologie und viel­leicht Linguistik oder Kulturwissenschaft. Die moderne Wissenschaft hat sich noch kaum mit der Frage befasst, wie wir das Verstreichen der Zeit wahrnehmen – über die Antwort können wir hier nur spekulieren. Vielleicht hängt das Prob­lem mit der Funktionsweise des Gehirns zusammen. Wenn wir uns mehrmals rasch im Kreis drehen und plötzlich stehen bleiben, wird uns schwindlig. Subjektiv haben wir den Eindruck, die Welt rotiere um uns, obwohl unsere Augen ein und denselben Ausschnitt sehen. Die scheinbare Bewegung der Umgebung ist eine Illusion, die durch das Rotieren der Flüssigkeit im Innenohr erzeugt wird. Vielleicht ist der Zeitfluss etwas Ähnliches.

Es gibt zwei Aspekte der Zeit-Asymmetrie, auf die der falsche Eindruck, die Zeit fließe, zurückgeführt werden könnte. Der erste ist die thermodynamische Unterscheidung zwischen Vergangenheit und Zukunft. Wie die Physiker seit ein paar Jahrzehnten wissen, hängt die Entropie eines Systems eng mit seinem Informationsgehalt zusammen. Aus diesem Grund ist die Bildung des Gedächtnisses ein gerichteter Prozess – neue Erinnerungen fügen Information hinzu und erniedrigen die Entropie des Gehirns. Vielleicht nehmen wir diese Gerichtetheit als Zeitfluss wahr.

Eine zweite Möglichkeit wäre, dass unsere Wahrnehmung des Zeitstroms irgendwie mit der Quantenmechanik zu tun hat. Seit den Anfängen dieser Theorie war den Physikern klar, dass die Zeit darin eine einzigar­tige Rolle spielt, ganz anders als der Raum. Vor allem die Son­derrolle der Zeit macht es so schwierig, die Quantenmechanik mit der Allgemeinen Relativitäts­theorie zu verei­nigen. Die Heisen­berg’sche Unbe­stimmt­­heitsrelation, der zufolge die Natur an sich indeterministisch ist, bedeutet, dass die Zukunft – übrigens auch die Vergangenheit – offen ist. Dieser Indeterminismus tritt am deutlichsten in atomaren Größenordnungen zu Tage und besagt, dass die beobachtbaren Größen, die ein System charakterisieren, von einem Moment zum anderen mit einer gewissen Unschärfe variieren.

Zum Beispiel kann ein Elektron, das auf ein Atom trifft, in viele unterschiedliche Richtungen abprallen, und normalerweise lässt sich das Ergebnis nicht exakt vorhersagen. Der Indeterminismus der Quantenphysik hat zur Folge, dass es für einen Quantenzustand viele – möglicherweise unendlich viele – alternative Zukünfte oder mögliche Realitäten gibt. Die Quantenmechanik liefert relative Wahrscheinlichkeiten für jedes beobachtbare Ergebnis, gibt aber nicht an, welche mögliche Zukunft Wirklichkeit werden wird.

Wenn ein menschlicher Beobachter jedoch eine Messung durchführt, erhält er ein eindeutiges Resultat; zum Beispiel wird er feststellen, dass das abgeprallte Elektron sich in einer bestimmten Richtung bewegt. Durch den Messvorgang wird eine einzige, eindeutige Realität aus einem riesigen Arsenal von Möglichkeiten herausgefiltert. Im Geist des Beobachters geht das Mögliche ins Wirkliche über, die offene Zukunft in die feststehende Vergangenheit – und genau das meinen wir mit dem Fluss der Zeit.

Die Physiker sind sich nicht einig, wie dieser Übergang von vielen möglichen Realitäten zu einer einzigen Wirklichkeit stattfindet. Viele meinen, er habe etwas mit dem Bewusstsein des Beobachters zu tun, weil der Beobachtungsvorgang die Natur zwinge, sich zu entscheiden. Einige Forscher, wie Roger Penrose von der Universität Oxford, behaupten, das Bewusstsein – und der Eindruck des zeitlichen Verrinnens – hänge mit Quantenprozessen im Gehirn zusammen.

Obwohl es bisher keine Hinweise auf ein spezielles »Zeitorgan« im Gehirn gibt, das etwa der Rolle der Sehrinde für die visuelle Wahrnehmung entspräche, wird die Forschung vielleicht künftig die Hirnvorgänge identifizieren, die für unseren Zeitsinn verantwortlich sind. Man könnte sich Wirkstoffe vorstellen, die den subjektiven Eindruck der fließenden Zeit aufheben. In der Tat behaupten manche Menschen, sie könnten durch Meditation solche geistigen Zustände auf natürliche Weise erreichen.

Was wäre, wenn die Wissenschaft den Zeitfluss tatsächlich als Einbildung entlarven könnte? Vielleicht würden wir uns nicht länger Sorgen über die Zukunft machen oder die Vergangenheit betrauern. Die Furcht vor dem Tod würde so gegenstandslos werden wie die Angst vor der Geburt. Erwartung und Nostalgie würden vielleicht aus dem menschlichen Vokabular verschwinden. Vor allem würde das Gefühl der Dringlichkeit vergehen, das unserem Tun und Trachten so oft anhaftet. Wir wären nicht mehr Sklaven des Dranges, unbedingt jetzt sofort handeln zu müssen, denn Gegenwart und Zukunft wären buchstäblich Dinge der Vergangenheit.

Literaturhinweise


Wie die Zeit in die Welt kam. Die Entstehung einer Illusion aus Ordnung und Chaos. Von Henning Genz. Hanser, München 1996.

The Physical Basis of the Direction of Time. Von H. Dieter Zeh. Springer, Heidelberg 2001.

About Time: Einstein’s Unfinished Revolution. Von Paul Davies. Simon & Schuster, 1995.

The Physics of Time Asymmetry. Von Paul Davies. University of California Press, 1974.

The Unreality of Time. Von John Ellis McTaggart in: Mind, Bd. 17, S. 456 (1908).

---

In Kürze


- Unsere Sinne teilen uns mit, dass die Zeit fließt: Die Vergangenheit steht fest, die Zukunft ist ungewiss, und die Wirklichkeit wird in der Gegenwart erlebt. Doch verschiedene physikalische und philosophische Argumente sprechen dagegen.

- Das Vergehen der Zeit ist wahrscheinlich eine Illusion. Vielleicht gehören zum Bewusstsein thermodynamische oder quantenphysikalische Prozesse, die den Eindruck erzeugen, wir würden einen Augenblick nach dem anderen erleben.

---

Die andere Dimension


Der Theologe Augustinus schrieb im 5. Jahrhundert: »Was also ist Zeit? Wenn mich niemand danach fragt, weiß ich es; will ich es einem Fragenden erklären, weiß ich es nicht.« Weil wir die Zeit psychisch erleben, erscheinen uns physikalische Definitionen der Zeit trocken und unangemessen. Für den Physiker ist Zeit das, was Uhren messen. Mathematisch gesprochen ist sie ein eindimensionaler Raum, der für gewöhnlich als kontinuierlich gilt. Er könnte aber auch quantisiert sein und aus diskreten »Chrononen« bestehen – wie ein Film aus einzelnen Bildern.

Zwar kann die Zeit als vierte Dimension behandelt werden, aber sie ist nicht identisch mit den drei Raumdimensionen. ­Sowohl in der Alltagserfahrung als auch in der physikalischen Theorie werden Zeit und Raum unterschiedlich behandelt. So gilt zum Beispiel für die Berechnung von Entfernungen in der Raumzeit eine an­dere Formel als für gewöhnliche räum­liche Abstände. Der Unterschied zwischen Raum und Zeit hängt eng mit dem Begriff der Kausalität zusammen; er verhindert, dass Ursache und Wirkung hoffnungslos durcheinander geraten. Andererseits glauben viele Physiker, dass Raum und Zeit bei winzigsten Abständen und Zeitspannen ihre separate Identität verlieren.

---

Die Gegenwart ist nichts Besonderes


Im alltäglichen Verständnis ist der gegenwärtige Augenblick einzigartig: Nur jetzt ist die Welt wirklich da. Während die Uhr tickt, vergeht dieser Moment und ein anderer entsteht. Diesen Vorgang nennen wir den Fluss der Zeit. Beispielsweise nimmt der Mond eine bestimmte Position auf seiner Bahn um die Erde ein. Ein wenig später gibt es ihn an diesem Ort nicht mehr; dafür ist er an einer anderen Stelle zu finden.

Doch Naturforscher vertreten meist die Ansicht, wir könnten nicht einen speziellen Moment als gegenwärtig hervorheben, wenn jeder dieses Recht beanspruchen darf. Objektiv betrachtet sind Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft gleichermaßen real. Die gesamte Ewigkeit existiert in einem vierdimensionalen Block, der aus der Zeit und den drei Raumdimensionen besteht.

Vorabdruck aus dem Spezialheft "Zeit" (Erscheinungstermin 11. April 2003)

Aus: Spektrum der Wissenschaft 2 / 2003, Seite 1
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH