Existiert die Zeit?

Die Physiker Lee Smolin und Carlo Rovelli arbeiteten viele Jahre zusammen, bevor sie sich über das Wesen von Zeit entzweiten. Smolin zufolge existiert die Zeit wirklich. Laut Rovelli haben wir es mit mehreren Schichten von Zeit zu tun. Ein Dissens, der eine der ältesten Debatten der Metaphysik neu entfacht.

Das Gespräch führten Sven Ortoli und Alexandre Lacroix / Aus dem Französischen von Felix Kurz


Der Amerikaner Lee Smolin und der Italiener Carlo Rovelli gelten als Gründer der sogenannten Schleifenquantengravitation (siehe Kasten, S. 38). Kennengelernt haben sich die beiden Mitte der 1980er-Jahre, ihre gemeinsamen Aufsätze beeinf lussten die Wissenschaft nachhaltig. Ausgangspunkt ihres Denkens war dabei ein bekanntes Problem der Physik: Auf der Ebene der Elementarteilchen – beispielsweise Photonen oder Neutronen – scheint die Zeit nicht zu existieren. Auf einer größeren Ebene hingegen schon: Löst man Zucker in einem Glas Wasser auf, ist dies ein irreversibler Prozess. Wie lassen sich diese beiden Beobachtungen miteinander vereinbaren? Smolin und Rovelli zogen die neuartige These einer „Emergenz der Zeit“ in Betracht. Im Bereich des Bewusstseins wissen wir, was Emergenz bedeutet: Ein einzelnes Neuron denkt nicht. Es bedarf einer komplexen neuronalen Organisation – des Gehirns –, damit Bewusstsein entsteht. In derselben Weise kennen Elementarteilchen keine Zeit. Zeit wäre demnach wie Farbe oder Temperatur eine Eigenschaft, die erst durch eine komplexe Anordnung von Teilchen entsteht. Die These einer Emergenz der Zeit ist elegant und bietet Antworten auf einige der kniff ligsten Probleme der Physik. Doch vor wenigen Jahren veröffentlichte Lee Smolin ein ambitioniertes Werk („Im Universum der Zeit“, DVA, 2014), in dem er diese These verwirft und zu der klassischeren Auffassung zurückkehrt, nach der die Zeit selbst auf der fundamentalsten Ebene existiert. Carlo Rovelli hingegen arbeitete seine ursprüngliche Überzeugung weiter aus: Es gibt nicht nur eine Zeit, sondern Zeitlichkeiten, die mehrere Ebenen bilden. Diese These vertritt er auch in seinem neuen Buch „Die Ordnung der Zeit“ (Rowohlt, 2018). Genug Stoff also für ein kontroverses Gespräch unter Freunden.

Philosophie Magazin: Herr Smolin, Herr Rovelli, wie haben Sie sich kennengelernt?

Lee Smolin: 1986 im kalifornischen Santa Barbara, bei einem Seminar über Quantengravitation. Eine fruchtbare Veranstaltung, aber ich war miserabel gelaunt, weil mich gerade meine Freundin verlassen hatte …

Carlo Rovelli: Ich reiste nach dem Seminar zurück nach Italien, aber wir blieben in Kontakt. Lee schrieb mir einen langen Brief, in dem er alle Schwierigkeiten schilderte, auf die er bei seiner Forschung gestoßen war. Er lud mich ein, nach Yale zu kommen, um bestimmte Punkte zu vertiefen. Kurz vor meinem Abf lug trennte sich auch meine Freundin von mir. Ich kam tränenüberströmt an. Als Lee sah, in welchem Zustand ich war, schlug er vor, segeln zu gehen.

Smolin: Als wir auf dem Meer waren, sprachen wir über unser Leben und unsere Träume. Dann verschwand Carlo ein paar Tage, bevor er schließlich in meinem Büro auftauchte. Er legte seinen Wintermantel ab und rief: „Ich habe alle Probleme gelöst!“ Wir mussten trotzdem noch Monate arbeiten, bis wir die Gleichungen unseres Modells explizit formulieren konnten. Das war die Geburtsstunde der Schleifenquantengravitation. Wir gelangten zu einer Formulierung dessen, was man den „kanonischen Ansatz der Quantengravitation“ nennen könnte. Er besagt, dass die Zeit nicht existiert, zumindest nicht auf der fundamentalen Ebene.

Rovelli: Daraus ergibt sich die schwindelerregende Frage: Wie können Gleichungen, die keine zeitliche Variable umfassen, eine Welt beschreiben, die sich verändert? Dieses Problem stand am Anfang unserer gesamten Auseinandersetzung über die Zeit, die wir noch heute führen. Nur bestand zwischen Lee und mir vor 30 Jahren wesentlich mehr Einigkeit als heute.

Smolin: Das stimmt, aber schon damals bereitete mir die Abwesenheit der Zeit in unserem theoretischen Modell Unbehagen. Ich stellte mir auch die Frage, warum die Zeit scheinbar auf der Ebene der Teilchen nicht existiert, dann aber auf einer höheren Ebene entsteht. Im Lauf der Jahre wurden meine Zweifel stärker und schließlich änderte ich meine Perspektive.


Leibniz folgend denke auch ich, dass die Zeit als ein Verhältnis zwischen Phänomenen existiert, nicht als eine Entität

– Lee Smolin


 

Rovelli: Lee hat sich von dem Gedanken, dass die Welt zutiefst atemporal ist, immer weiter entfernt.

Smolin: Aussagen wie „Die Zeit existiert nicht“ oder „Die Zeit entsteht lediglich“ kann ich aus philosophischen Gründen nicht mehr mittragen. Zunächst einmal nehme ich den Gedanken sehr ernst, dass es einen Unterschied zwischen Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft gibt. In meinem Verständnis hat dieser Unterschied nicht nur eine lokale Bedeutung, sondern gilt für das gesamte Universum. Das Universum war im Moment des Urknalls nicht dasselbe wie heute. Die Tatsache, dass es sich entwickelt, spricht dafür, dass es eine Geschichte hat. Zum anderen hänge ich sehr an der Kausalität: Eine Ursache A zeitigt eine Wirkung B. Wenn die Kausalität ein Gesetz ist, setzt sie implizit eine Abfolge voraus: Die Wirkung B tritt nach der Ursache A auf. Das sind Gedanken, auf die man schwer verzichten kann.

Rovelli: Ich sehe das Problem folgendermaßen: Das Phänomen „Zeit“ ist komplex, zusammengesetzt aus mehreren Schichten. Eine von ihnen ist mit unserem Gehirn verbunden: Wir spüren in unserem Bewusstsein, wie die Zeit verstreicht. Dann gibt es eine andere Ebene, die auf irreversible Phänomene verweist. Wasser wird kochen, wenn man es in einem Topf auf den Herd stellt: Das ist ein zeitliches Phänomen, aber anderer Art als die Zeit im Inneren unseres Bewusstseins. Und es gibt auf kosmologischer Ebene Veränderungen, die wir auf unserer Ebene weder spüren noch wahrnehmen können. Diese verschiedenen Schichten sind miteinander verbunden, sie sind sedimentiert wie Erdschichten, und wenn man von „Zeit“ im Singular spricht, ist das eine unpräzise Bezeichnung für dieses Gefüge von Schichten. Wenn Sie jemand fragt, wann die ersten menschlichen Siedlungen entstanden sind, stellt er eine unpräzise Frage. Denn was versteht er unter „Siedlung“? Den ersten Weiler, das erste Dorf, die erste Stadt? Die Antwort hängt von der Ebene ab, und meines Erachtens gilt dasselbe für die Zeit.

Smolin: Carlo und ich sind Physiker. Wir lesen beide philosophische Literatur und stehen mit Philosophen im Austausch. Aber wir gehen wie Physiker vor: Wir arbeiten ausgehend von unseren Hypothesen mathematische Modelle aus und versuchen danach zu verstehen, wie sich diese Modelle verhalten. Unsere Reflexionen teilen deshalb einen philosophischen Nährboden: die Lektüre von Gottfried Wilhelm Leibniz.

Rovelli: Lee hat mich sehr dazu ermuntert, Leibniz zu lesen.

Smolin: Weil bis zu Leibniz galt: Wenn man sagt, etwas existiert oder es existiert nicht, dann verstand man darunter, dass etwas als eine Entität existiert. Ein Mensch existiert, die Erde existiert. Existiert Gott? Wenn das der Fall ist, ist auch er eine Entität, ein Wesen. Das neuartige System von Leibniz ist die Monadologie, der zufolge sich die Welt aus voneinander unabhängigen Elementen zusammensetzt, den sogenannten Monaden, die ein riesiges Gefüge bilden. Das legt den Gedanken nahe, dass jenseits von Entitäten Ver-hältnisse existieren. Zumindest darüber sind wir uns einig: Wir denken beide, dass die Zeit als ein Verhältnis zwischen Phänomenen existiert, nicht als eine Entität.

Rovelli: Dieses leibnizsche Verständnis der Zeit ist mit dem von Aristoteles und Descartes verwandt. Für beide war die Zeit ebenfalls ein Verhältnis zwischen Ereignissen. Es treten Ereignisse auf, und die Zeit ist wie eine Zählung, eine Erfassung dieser Ereignisse. Aristoteles sagt, die Zeit sei „die Zahl der Bewegung“. Das ist meines Erachtens die allgemeinste und hilfreichste Definition von Zeit, über die wir verfügen. Die Zeit ist keine Entität, da stimme ich dir völlig zu, Lee, sondern eine Art und Weise, Veränderung zu beziffern. Isaac Newton, ein Zeitgenosse von Leibniz, führt dann ein Verständnis von Zeit ein das mit dem aristotelischen bricht. Für Newton existieren Zeit und Raum an sich, unabhängig von allen Dingen. Folgt man seiner Logik, dann kann man alle Objekte und alle Bewegungen auf der Welt eliminieren, und es bleiben immer noch Raum und Zeit. Die – universelle – Achse der Zeit besteht somit unabhängig von allem Geschehen auf der Welt.


Die Gesetze der Physik als zeitlos zu betrachten, wäre ein Irrtum
– Carlo Rovelli


 

Smolin: Das ist die Zeit, wie Gott sie wahrnehmen würde.

Rovelli: Absolut, und Newton trifft hier eine Unterscheidung: Es gibt die triviale Zeit – die Zeit, die unsere Uhren messen und die wir empfinden – und das ist auch die Zeit des Aristoteles. Und es gibt die wahre mathematische Zeit …

Smolin: Die sich im Geist Gottes findet. Das ist die absolute Zeit.

Rovelli: Mit Leibniz und Aristoteles stimme ich überein, aber mit diesem Gedanken einer Zeit, die im Geist Gottes oder an sich existiert, bin ich überhaupt nicht einverstanden. Die Zeit, von der die newtonsche Physik spricht, ist lediglich ein Aspekt des Gravitationsfeldes, eine von mehreren Schichten. Newtons Entdeckungen nehmen der Def inition von Zeit als Zählung von Veränderung somit nichts von ihrer Gültigkeit. Man gelangt zwar zu einer guten Beschreibung unserer Welt, indem man eine chronologische Achse verwendet, um die Ereignisse in ihrer Abfolge anzuordnen. Aber im Gegensatz zu Lee denke ich, dass die Unterscheidung zwischen Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft auf der mikroskopischen, fundamentalen Ebene nicht mehr zutrifft.

Smolin: Nennen wir den Rahmen, in dem wir beide die Zeit zu denken versuchen, „Relationismus“. Innerhalb dieses Relationismus gibt es eine offene Debatte: Entfalten sich die Beziehungen zwischen physischen Objekten – mikroskopischen wie makroskopischen – in einer Zeit a priori, oder ist die Zeit selbst ein Aspekt dieser Beziehungen? Ich denke, dass es eine Zeit a priori gibt oder eine Richtung, in die sich die Beziehungen entfalten, und das ist ein Dissens zwischen Carlo und mir. Ein anderes wichtiges Problem: Sind die physikalischen Gesetze absolut gegeben? Haben sie eine universelle Geltung? Oder sind sie kontingente Aspekte einer Welt, die sich selbst ändert? 1988 fing ich an, in einer Analogie zu Evolutionstheorien den Gedanken einer dynamischen Evolution der physikalischen Gesetze ins Auge zu fassen. In diesem Rahmen werden die Eigenschaften von Teilchen, die man heute misst, als Resultat einer dynamischen Geschichte betrachtet. Es ist wahrscheinlich, dass in den Zuständen des Universums beim Urknall andere Gesetze galten. Das hat mich dazu gebracht, gemeinsam mit dem brasilianischen Philosophen Mangabeira Unger ein Buch zu schreiben, um ein Modell der kosmologischen natürlichen Auslese zu entwickeln.

Rovelli: In einem Punkt stimme ich dir zu: Die Gesetze der Physik als zeitlos zu betrachten, wäre ein Irrtum. Bis heute sind alle uns bekannten, durch Experimente verifizierten Gesetze kontingent, nämlich an bestimmte Bedingungen, etwa der Dichte oder Temperatur, gebunden. Man kann sogar den Zeitpunkt bestimmen, an dem sie entstehen. Die Gesetze der Biologie sind entstanden, als das Leben entstand, nicht vorher. Die Naturgesetze haben somit die von dir angesprochene historische Dimension. Aber in dem Buch, das du mit Unger geschrieben hast, behauptet ihr, das sei ein starkes Argument für den grundlegenden Charakter der Zeitlichkeit: Wenn das Universum eine Geschichte hat, sagt ihr, dann ist es in die Zeit getaucht, dann hat es eine Vergangenheit, eine Gegenwart und eine Zukunft. Das überzeugt mich nicht, denn der Gedanke der Zeitlichkeit, den ihr in Anschlag bringt, ist selbst ein kontingenter. Er hängt vom Zustand des Universums ab; für den gegenwärtigen Moment in der Geschichte des Universums gilt er durchaus. Um auf mein Beispiel der Biologie zurückzukommen: Vielleicht sind die Gesetze der Biologie in bestimmten Teilen des Universums aufgetaucht und in anderen nicht, vielleicht sind sie schon vorher einmal aufgetaucht oder werden es in der Zukunft erneut tun. Und dass wir in ein beobachtbares Universum gestellt sind, das den Gesetzen der Abfolge gehorcht und sich chronologisch gut beschreiben lässt, bedeutet nicht, dass dies für die Gesamtheit des Universums gilt oder immer so war. Man kann sich Teile oder Momente im Universum vorstellen, in denen es kein Leben gibt, ja weder Veränderung noch Zeitlichkeit in dem Sinn, wie wir sie verstehen. Kurzum, der Fehler scheint mir hier darin zu bestehen, dass man den Menschen mit seinen Begriffen von Geschichte, Evolution, Abfolge und Kausalität ins Zentrum des Universums rückt, obwohl diese Begriffe möglicherweise nur eine lokale Gültigkeit haben.

Was ist Schleifenquantengravitation?


Die Schleifenquantengravitation ist eines der gegenwärtigen Hauptgebiete der Grundlagenforschung in der Physik. Die Theorie versucht zwei unterschiedliche Modelle zu versöhnen: die Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein und die Forschungsergebnisse der Quantenphysik

Dieser Versuch einer Vermittlung ist keineswegs selbstverständlich: Einstein selbst formulierte Einwände gegen die Pioniere der Quantenphysik, welche das Verhalten der Energie winziger Teilchen, der Quanten, erforschten. Niels Bohr, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger und Louis de Broglie machten ab den 1920er-Jahren zahlreiche Entdeckungen, die zur zivilen wie militärischen Nutzung der Nuklearenergie führten. Einstein würdigte diese Arbeiten, hielt die ihnen zugrunde liegende Theorie aber für unausgereift: Dass die Wahrscheinlichkeitsannahmen der Quantenphysiker, die eine Welt beschrieben, in der „Gott würfelt“, das letzte Wort sein sollten, überzeugte ihn nicht. Zudem passte seine neue Deutung von Gravitation als Krümmung der Raumzeit nur schlecht in den Rahmen der Quantentheorie. Die Theorie der Schleifenquantengravitation führt nun die beste existierende Theorie des Kosmos (die von Einstein) und die beste existierende Theorie der Teilchen (die der Quantenphysiker) zusammen. Ein zentrales Ergebnis lautet: Der Raum ist kein leeres Behältnis, in das Objekte gestellt sind, und er lässt sich auch nicht unendlich unterteilen, sondern besteht aus kleinen Körnchen oder „Atomen des Raums“, die milliardenmal kleiner sind als Atomkerne. Die Vertreter der Schleifenquantengravitation leben in einer Welt, die nicht glatt, sondern körnig ist. Wäre das Universum eine Schale, dann befände sich darin nicht Milch, sondern Milchreis. Ungeachtet ihrer Differenzen in der Frage der Zeit verbindet dies auch Lee Smolin und Carlo Rovelli – die sich als Pioniere der Theorie der Schleifenquantengravitation bis heute gut verstehen.

 

Smolin: Es ist eher unwahrscheinlich, dass der Urknall der erste Moment der Zeit war. Viel wahrscheinlicher ist, dass er eine Übergangsphase war, die sich aus einer vorhergehenden Periode ergeben hat. Wenn man – wie ich – denkt, dass sich das Universum in seiner Gesamtheit, mit seinen Gesetzen, entlang einer starken, irreversiblen Zeitachse entwickelt, dann kann man das begreifen. Wenn man – wie du – denkt, dass es Zonen des Universums mit Zeit und Kausalität gibt und andere ohne, dann wird das, was ich gerade erklärt habe, obskurer: Wie sollten alle diese Winkel des Universums, die unterschiedlichen Gesetzen unterliegen, zusammen dieselben Etappen durchlaufen? Wie soll man sich ein Universum vorstellen, in dem Veränderungen an manchen Stellen irreversibel, an anderen reversibel sind? Das ergibt keinen Sinn. Deshalb bin ich vor einigen Jahren von der Hypothese der Emergenz der Zeit abgerückt. In dieser Phase habe ich die Veränderung meiner Theorie auf eine sehr emotionale Weise erlebt. Plötzlich habe ich entdeckt, dass es eine Zukunft gibt, dass sie offen ist, dass alles geschehen kann. Zuerst hat mich das richtig glücklich gemacht: Wenn die Zukunft existiert, sind wir frei! Doch dann hat mich dieser Gedanke erdrückt: Da kam ein starkes Gefühl von Angst auf. Die Menschen mögen sich einbilden, dass sie den Verlauf ihres Lebens bestimmen können, und dann wird nichts daraus. Sie leben in Fiktionen dessen, was ihre Zukunft sein könnte, die sich ihnen vollständig entzieht. Solche Gedanken haben mich sechs Monate Therapie gekostet.

Rovelli: Fühlst du dich für die Zukunft verantwortlich?

Smolin: Ja, verantwortlich für alles, was schiefgehen könnte. Ich hatte früher endlose Listen im Kopf, wie meine Kinder verletzt werden könnten oder wo Gefahr besteht, dass ich krank werde. Ein sehr klassischer Fall von Angststörung! Zum Glück hatte ich einen guten Psychotherapeuten, mit einer kognitiven Verhaltenstherapie konnte ich das überwinden. Seitdem ist mein Geisteszustand ein anderer. Ich habe meinen Sinn für das Leben und das Schöne geschärft, diese so kontingenten Dinge.

Rovelli: Es steht außer Frage, dass die Zeit einen enormen Einfluss auf unsere Gefühle hat. Wir sind in der Zeit begrenzt, wir werden sterben. Der Buddhismus lehrt, dass Leben Leiden ist und dieses Leiden mit unserem schwierigen Verhältnis zur Nichtpermanenz zu tun hat, zur Tatsache, dass die Zukunft die Gegenwart auslöscht und die Vergangenheit verloren geht. Ich denke, im Gefühl der Zeit drückt sich aus, was Zeit für uns ist: Da ist beides, das Gefühl eines ständigen Verlusts, aber auch das einer ständigen Geburt.

Smolin: Am Buddhismus gefällt mir der Gedanke, dass wir die Wahl haben, wie wir den nächsten Augenblick empfangen und – auf bescheidende Weise – zum Erwachen des nächsten Augenblicks beitragen können. Dieser Gedanke macht mich glücklich, ich habe Lust, in einer solchen Welt zu leben: in einer Welt, die eine Zukunft hat! •

Diesen Beitrag finden Sie in der Ausgabe
Nr. 1 / 2019