Über die Irreversibilität der Zeit

in dem Blog-Beitrag zu Küppers vertrat Hans Diel die Meinung, dass

(1) die Gesetze der Physik keineswegs generell zeitsymmetrisch sind, und (2) um die Zeitasymmetrie zu zeigen, nicht auf die Entropie verwiesen werden muss.

Inzwischen haben wir das Thema weiter diskutiert. Die Frage ist nicht, ob es einen Zeitpfeil gibt, sondern ob er evtl. umkehrbar ist, d.h. ob die Gesetze der Natur zulassen, dass die Zeit auch rückwärts verläuft. Hier der Zwischenstand unserer Diskussion. Nach dem etwas länglichen Vorgänger wird dies ein eher kurzer Eintrag.

Position von Hans Diel:

Es ist nicht nötig die Effekte der Entropie heranzuziehen, um einen Zeitpfeil in der dynamischen Entwicklung der Welt zu erkennen. Die wichtigsten Gründe sind:

(1)  Eine Analyse der möglichen Identifikation eines Zeitpfeils erfordert einige sehr grundlegende Aussagen über den gesamten Prozess, der das Fortschreiten des Zustandes der Welt ausmacht. Bestehende Theorien der Physik enthalten zu diesem Thema nur implizite Annahmen, aber eine explizite und klare Formulierung von ihnen wäre wünschenswert. Bei meinem Versuch, einen solchen expliziten Prozess zu formulieren, war es mir nicht möglich eine befriedigende symmetrische Lösung zu finden. Meine Schlussfolgerung ist, dass der gesamte Prozess für die dynamische Entwicklung der Welt einen Zeitpfeil impliziert. Alternative Annahmen, die die Notwendigkeit eines Zeitpfeils vermeiden, sind für mich kaum vorstellbar.

(2) Im Gegensatz zu der vorherrschenden Meinung bei den Physikern, dass die Gesetze der Physik symmetrisch sind, bin ich der Meinung, dass diese Symmetrie nicht wirklich besteht. Ich meine, - um es etwas genauer zu sagen - dass man die Symmetrie der Gesetze zwar behaupten kann, dass jedoch diese Symmetrien bei der Anwendung der Gesetze durch die Natur (bei der Entwicklung des Universums) ignoriert werden. Bei der Anwendung der Gesetze benutzt die Natur jedenfalls nur die Version, die im Einklang mit der Kausalität steht.

(3)  Ein weit verbreitetes Argument der Physiker ist, dass man zwar alle möglichen Indikationen für die Existenz eines Zeitpfeils anführen kann (z.B. die Punkte (1) und (2)), dass jedoch alle diese Punkte letztlich auf die Zunahme der Entropie bei der Entwicklung unseres Universums zurückgeführt werden können. Ich behaupte, dass ich die Punkte (1) und (2) auch ohne Zuhilfenahme der Entropie begründen kann und, dass die Punkte auch bei einem (theoretischen) Universum, bei welchem die Entropie nicht zunimmt, zutreffen.

Meine Position (Bertal Dresen):

Die Annahme, dass Zeit reversibel ist, steht im Widerspruch mit vielen Prinzipien und Eigenschaften der Physik, vor allem aber der Kosmologie, Astronomie und Biologie

Das wichtigste physikalische Prinzip ist das der Kausalität. Sie gibt es nur, wenn es ein eindeutiges Vorher gibt. Kann das Vorher auch Nachher werden, und umgekehrt, gibt es keine Kausalität.

Die Entstehung des Universums, der Urknall, ist ein irreversibles Ereignis. Es macht keinen Sinn, nach Spuren wie der Hintergrundstrahlung zu suchen, wenn diese jederzeit rückgängig gemacht werden können. Bei der Entstehung von Himmelskörpern aus Molekülwolken spielt nicht nur Diffusion sondern auch Kontraktion von Massen eine Rolle. Nach geltender Theorie kollabierten Nebel zu Protosternen oder Scheiben. Täglich schlagen etwa 1000 Meteoriten auf die Erde. Es ist nicht vorstellbar, dass alle wieder zurückfliegen. Der Vulkanismus führt zu Erscheinungen und Formen, die eindeutig Vergangenheit und Zukunft unterscheiden lassen. Lava fließt in einer Richtung und kühlt sich dabei ab.

Die Evolution, das wichtigste Prinzip in der Biologie, basiert darauf, dass heutige Ausprägungen (Phänotypen) Information benutzen, die von Vorgängern stammt. Es gibt kein Beispiel, dass vergangene Phänotypen bereits Rückgriff auf zukünftige Entwicklungsstufen nahmen. In der Biologie gibt es keine Eltern, die von Kindern geerbte Gene aufwiesen, usw. usw.

Ursächlich entscheidend für die Gestalt und das Geschehen im Weltall sind nicht  Formeln. Die zurzeit benutzten Formeln gelten oft auch für Wertebereiche, die in der Natur nicht vorkommen. Was gilt, sind jedoch die physikalischen Zusammenhänge. Die Formeln dienen lediglich ihrer Beschreibung. Wäre man auf die Idee gekommen,  komplexe Zahlen zu benutzen, hätte das z.B. nicht zur Folge, dass es in der Realität auch Wurzeln aus negativen Zahlen gibt.

Nachbemerkungen:

Zu vielen meiner obigen Punkte kann man zusätzliche Bemerkungen machen. So meinen einige Leute, dass das, was wir als Kausalität bezeichnen nur eine Denkgewohnheit sei. Wir halten es einfach nicht aus, wenn wir in allem das Wirken des Zufalls annehmen müssen. Deshalb suchen wir fast krampfhaft nach Kausalität, also nach Gesetzen. Auch die Fälle, in denen ich einen irreversiblen Zeitpfeil vermute, sind nichts als Empirie. Es sind keine Beweise, nur Induktionen. Es sind Aussagen, deren Wahrheitswert durch neue Beobachtungen jederzeit gelöscht werden kann.   

Dass der Entropie-Begriff als Erklärung für das Vorhandensein von Zeit herhalten muss, hat auch mich nie befriedigt. In der Physik gehört das Zweite Gesetz der Thermodynamik zu den am wenigsten intuitiven und den am schlechtesten begründeten Gesetzen. Seine Anwendung außerhalb der Thermodynamik sollte deshalb mit äußerster Vorsicht erfolgen. So ist z.B. der Bezug zur Informationstheorie, den Claude Shannon herstellte, nicht unbedingt als hilfreich für das Verständnis von Information anzusehen. Gerade die im  oben erwähnten Blog-Eintrag zitierten Ideen von Manfred Eigen und Bernd-Olaf Küppers deuten in eine andere Richtung.

Da hat es doch die Mathematik gut. Sie hat alle diese Probleme nicht. Eine schöne Erklärung dafür fand ich dieser Tage bei dem ehemaligen Börsenhändler Nassim Nicholas Taleb in seinem Buch ‚Narren des Zufalls‘. Sie lautet: ‚Mathematiker sind fasziniert von dem, was sich in ihrem Kopf abspielt, während Wissenschaftler Dinge erforschen, die außerhalb ihrer Person stattfinden‘. Man könnte meinen, dass der Autor Mathematiker nicht für Wissenschaftler hält. Der Eindruck entsteht, weil der Übersetzer das englische Wort ‚scientist‘, das Naturwissenschaftler bezeichnet, etwas ungenau übersetzte. Man sollte Mathematiker (wenigstens)  zu den Strukturwissenschaftlern rechnen.