[Was ist Zeit?] Die frühesten Zeitmessungen waren Beobachtungen von Zyklen der natürlichen Umwelt, indem man Veränderungsmuster von Tag zu Nacht und Jahreszeit zu Jahreszeit nutzte, um Kalender zu konstruieren. Präzisere Zeitmessung, wie Sonnenuhren und mechanische Uhren ermöglichten schließlich, Zeit praktischer zu klassifizieren. Aber was genau messen wir? Ist Zeit etwas, das physisch existiert, oder ist sie nur in unseren Köpfen? Zunächst scheint die Antwort offensichtlich -- natürlich existiert Zeit; sie entfaltet sich ständig um uns herum und es fällt schwer, sich das Universum ohne sie vorzustellen.
The earliest time measurements were observations of cycles of the natural world, using patterns of changes from day to night and season to season to build calendars. More precise time-keeping, like sundials and mechanical clocks, eventually came along to put time in more convenient boxes. But what exactly is it that we’re measuring? Is time something that physically exists, or is it just in our heads? At first the answer seems obvious— of course time exists; it constantly unfolds all around us, and it’s hard to imagine the universe without it.
Aber unser Verständnis von Zeit begann, dank Einstein, kompliziert zu werden. Seine Relativitätstheorie verrät uns, dass Zeit zwar für jeden vergeht, aber, je nach Situation, nicht immer mit derselben Geschwindigkeit, wie für jene, die nahezu mit Lichtgeschwindigkeit reisen oder um ein supermassives schwarzes Loch kreisen. Einstein löste die Formbarkeit von Zeit, indem er sie mit dem Raum kombinierte und die Raumzeit definierte, welche sich biegen kann, sich aber konsistent und vorhersagbar verhält.
But our understanding of time started getting complicated thanks to Einstein. His theory of relativity tells us that time passes for everyone, but doesn’t always pass at the same rate for people in different situations, like those travelling close to the speed of light or orbiting a supermassive black hole. Einstein resolved the malleability of time by combining it with space to define space-time,
Einsteins Theorie schien zu bestätigen, dass Zeit in den Stoff des Universums verwoben ist. Aber eine große Frage löste sie nicht: Warum können wir uns durch den Raum in jede Richtung bewegen, aber durch die Zeit nur in eine? Egal was wir tun, die Vergangenheit ist immer stur hinter uns. Das nennen wir den Zeitpfeil.
which can bend, but behaves in consistent, predictable ways. Einstein’s theory seemed to confirm that time is woven into the very fabric of the universe. But there’s a big question it didn’t fully resolve: why is it we can move through space in any direction, but through time in only one? No matter what we do, the past is always, stubbornly, behind us.
Wenn ein Tropfen Lebensmittelfarbe in ein Glas Wasser getropft wird,
This is called the arrow of time.
wissen wir instinktiv, dass die Farbe aus dem Tropfen treiben und irgendwann das Glas füllen wird. Stellen Sie sich vor, das Gegenteil würde passieren. Hier würden wir erkennen, dass Zeit sich rückwärts entfaltet. Wir leben in einem Universum, in dem die Lebensmittelfarbe sich im Wasser ausbreitet, nicht einem Universum, in dem sie sich zusammensammelt.
When a drop of food coloring is dropped into a glass of water, we instinctively know that the coloring will drift out from the drop, eventually filling the glass. Imagine watching the opposite happen. Here, we’d recognize time as unfolding backwards. We live in a universe where the food coloring spreads out in the water, not a universe where it collects together.
In der Physik wird das durch das zweite Gesetz der Thermodynamik beschrieben, das besagt, dass in Systeme über Zeit die Unordnung, oder Entropie, zunimmt. In unserem Universum bewegen sich Systeme von Ordnung zu Unordnung und diese Eigenschaft des Universums definiert die Richtung des Zeitpfeils.
In physics, this is described by the Second Law of Thermodynamics, which says that systems will gain disorder, or entropy, over time. Systems in our universe move from order to disorder, and it is that property of the universe
Wenn Zeit eine so fundamentale Eigenschaft ist, dann sollte sie Teil fundamentalster Gleichungen sein, um das Universum zu beschreiben, oder? Wir haben aktuell zwei Gruppen von Gleichungen, die die Physik regieren, "Allgemeine Relativität" beschreibt das Verhalten von sehr großen Dingen, während Quantenphysik die sehr kleinen erklärt. Eins der größten Ziele der theoretischen Physik während des letzten halben Jahrhunderts war es, die beiden in einer fundamentalen "Theorie von Allem" zu vereinen. Es gab viele Versuche -- keiner bisher bewiesen -- und sie behandeln Zeit unterschiedlich. Seltsamerweise beinhaltet ein Kandidat, die Wheeler-DeWitt Gleichung, Zeit gar nicht.
that defines the direction of time’s arrow. So if time is such a fundamental property, it should be in our most fundamental equations describing the universe, right? We currently have two sets of equations that govern physics. General relativity describes the behavior of very large things, while quantum physics explains the very small. One of the biggest goals in theoretical physics over the last half century has been reconciling the two into one fundamental “theory of everything." There have been many attempts —none yet proven— and they treat time in different ways. Oddly enough, one contender called the Wheeler-DeWitt equation, doesn’t include time at all.
Wie alle aktuellen "Theorien von Allem" ist diese Gleichung spekulativ. Aber als Gedankenexperiment: Wenn diese oder eine ähnliche Gleichung ohne Zeit wahr sein sollte, würde das bedeuten, dass es Zeit auf der fundamentalsten Ebene nicht gibt? Könnte Zeit nur eine Art Illusion sein, die durch die Beschränkungen, wie wir das Universum wahrnehmen, entstanden ist. Wir wissen es noch nicht, aber vielleicht ist die falsche Art, darüber nachzudenken. Anstelle zu fragen, ob Zeit als fundamentale Eigenschaft existiert, könnte sie als eine emergente existieren.
Like all current theories of everything, that equation is speculative. But as a thought experiment, if it or a similarly time-starved equation turned out to be true, would that mean that time doesn’t exist, at the most fundamental level? Could time just be some sort of illusion generated by the limitations of the way we perceive the universe? We don’t yet know, but maybe that’s the wrong way of thinking about it. Instead of asking if time exists as a fundamental property, maybe it could exist as an emergent one.
Emergente Eigenschaften sind Dinge, die nicht in einzelnen Teilen eines Systems existieren, aber für das gesamte System bestehen. Ein einzelnes Wassermolekül besitzt keine Gezeitenströmung, aber das ganze Meer schon.
Emergent properties are things that don’t exist in individual pieces of a system, but do exist for the system as a whole. Each individual water molecule doesn’t have a tide, but the whole ocean does.
Ein Film erzeugt Veränderungen durch Zeit, indem eine Reihe von Bildern genutzt wird, die flüssige, kontinuierliche Änderungen zwischen sich zu haben scheinen. Blättert man schnell genug durch die Bilder, nimmt unser Gehirn den Verlauf der Zeit von der Abfolge ruhiger Bilder dar. Kein Einzelbild des Filmes verändert sich oder beinhaltet den Verlauf der Zeit, aber es ist eine Eigenschaft, die dadurch entsteht, wie die Bilder miteinander verbunden sind. Die Bewegung ist real und trotzdem auch eine Illusion. Könnte die Physik der Zeit eine ähnliche Illusion sein?
A movie creates change through time by using a series of still images that appear to have a fluid, continuous change between them. Flipping through the images fast enough, our brains perceive the passage of time from the sequence of still images. No individual frame of the movie changes or contains the passage of time, but it’s a property that comes out of how the pieces are strung together. The movement is real, yet also an illusion. Could the physics of time somehow be a similar illusion?
Physiker untersuchen diese und andere Fragen immer noch, also sind wir noch weit entfernt von einer kompletten Antwort.
Physicists are still exploring these and other questions, so we’re far from a complete explanation.
Zumindest für den Moment.
At least for the moment.