Stellen Sie sich vor, die Zeit läuft rückwärts. Die Menschen werden jünger, nicht älter, und nach einem langen Leben der allmählichen Verjüngung - wobei sie alles vergessen, was sie wissen - sterben sie als Babys. Einen ähnlichen Zeitablauf haben wir im Helden des Romans von Francis Fitzgerald "Die mysteriöse Geschichte von Benjamin Button" beobachtet. Überraschenderweise ist die Richtung der Zeit auch ein Problem für Kosmologen.
Warum bewegt sich die Zeit immer vorwärts? Wird es immer so sein?
Hat die Zeit einen Anfang?
Jeder universelle Zeitbegriff muss letztendlich auf der Entwicklung des Kosmos selbst beruhen. Wenn Sie das Universum betrachten, sehen Sie Ereignisse, die in der Vergangenheit passiert sind - es braucht Zeit, bis das Licht der Sterne uns erreicht. Tatsächlich kann uns selbst die einfachste Beobachtung helfen, die kosmologische Zeit zu verstehen: zum Beispiel die Tatsache, dass der Nachthimmel dunkel ist. Wenn das Universum eine unendliche Vergangenheit hätte und unendlich groß wäre, wäre der Nachthimmel absolut hell - gefüllt mit dem Licht einer unendlichen Anzahl von Sternen im Weltraum, das es immer gegeben hat.
Wissenschaftler, darunter Albert Einstein, hielten das Universum lange Zeit für statisch und unendlich. Beobachtungen seitdem haben gezeigt, dass es sich tatsächlich ausdehnt und beschleunigt. Dies bedeutet, dass es aus einem kompakteren Zustand kommen muss, den wir Urknall nennen, was bedeutet, dass die Zeit einen Anfang hat. Wenn wir nach Licht suchen, das alt genug ist, sehen wir möglicherweise sogar die Reliktstrahlung des Urknalls - den kosmischen Mikrowellenhintergrund. Diese Erkenntnis war der erste Schritt zur Bestimmung des Alters des Universums.
Aber es gibt einen Haken: Einsteins spezielle Relativitätstheorie zeigt, dass die Zeit relativ ist: Je schneller Sie sich relativ zu Ihrem Freund bewegen, desto langsamer ist die Zeit für Sie relativ zu seiner Zeitwahrnehmung. In unserem Universum aus expandierenden Galaxien, sich drehenden Sternen und sich drehenden Planeten ändert sich die Erfahrung der Zeit: Alle Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft sind relativ.
Gibt es eine universelle Zeit?
Werbevideo:
Es stellt sich heraus, dass es "kosmische Zeit" gibt, da das Universum im Durchschnitt überall gleich ist und im Durchschnitt in alle Richtungen gleich aussieht. Um es zu messen, müssen wir nur die Eigenschaften des kosmischen Mikrowellenhintergrunds messen. Kosmologen haben dies verwendet, um das Alter des Universums zu bestimmen; sein Weltraumzeitalter. Es stellt sich heraus, dass das Universum 13,799 Milliarden Jahre alt ist.
Pfeil der Zeit
Wir wissen also, dass die Zeit höchstwahrscheinlich während des Urknalls begann. Es bleibt jedoch eine Frage: Was ist Zeit?
Um die Antwort zu finden, müssen wir die grundlegenden Eigenschaften von Raum und Zeit betrachten. In der Dimension des Raums können Sie sich hin und her bewegen. Passagiere erleben dies jeden Tag. Aber die Zeit ist anders, sie hat eine Richtung, man bewegt sich immer vorwärts und nicht umgekehrt. Warum ist die Zeitmessung irreversibel? Dies ist eines der wichtigsten ungelösten Probleme in der Physik.
Um zu erklären, warum die Zeit selbst irreversibel ist, müssen wir Prozesse in der Natur finden, die auch irreversibel sind. Eines der wenigen derartigen Konzepte in der Physik (und im Leben!) Ist, dass die Dinge im Laufe der Zeit weniger "ordentlich" werden. Wir beschreiben dies mit einer physikalischen Eigenschaft namens Entropie, die für etwas Geordnetes steht.
Stellen Sie sich eine Gasbox vor, in der alle Partikel ursprünglich in einer Ecke platziert waren (ein geordneter Zustand). Mit der Zeit neigen sie natürlich dazu, die gesamte Box zu füllen (ungeordneter Zustand), und es braucht Energie, um die Partikel in einen geordneten Zustand zurückzubringen. Es ist irreversibel. Es ist, als würde man ein Ei zerbrechen, um ein Omelett zu machen - sobald es sich zersetzt und die Pfanne füllt, kehrt es nie mehr in die Eiform zurück. Ähnlich verhält es sich mit dem Universum: Mit seiner Entwicklung nimmt die Gesamtentropie zu.
Es stellt sich heraus, dass Entropie ein ziemlich guter Weg ist, um den Pfeil der Zeit zu erklären. Und während das Universum geordneter und nicht weniger zu werden scheint - von einem wilden Meer relativ gleichmäßig verteilten heißen Gases in seinen frühen Stadien zu Sternen, Planeten, Menschen und Artikeln über die Zeit -, ist es dennoch möglich, dass es in Unordnung wächst. Dies liegt daran, dass die Schwerkraft, die mit großen Massen verbunden ist, Materie in scheinbar geordnete Zustände bringen kann - mit der zunehmenden Störung, von der wir glauben, dass sie hätte stattfinden sollen, ist sie irgendwie in Gravitationsfeldern verborgen. Die Störung kann also wachsen, auch wenn wir sie nicht sehen.
Aber warum begann das Universum angesichts der Tendenz der Natur, Unordnung zu begünstigen, in einem so geordneten Zustand? Dies wird immer noch als Rätsel angesehen. Einige Forscher argumentieren, dass der Urknall möglicherweise nicht einmal der Anfang war, sondern dass es "parallele Universen" gibt, in denen die Zeit in verschiedene Richtungen fließt.
Wird die Zeit knapp?
Die Zeit hatte einen Anfang, aber ob sie ein Ende haben wird, hängt von der Art der dunklen Energie ab, die bewirkt, dass sie sich mit zunehmender Geschwindigkeit ausdehnt. Die Geschwindigkeit dieser Expansion könnte das Universum schließlich zerreißen und es zwingen, im Großen Riss zu enden. alternativ könnte dunkle Energie zerfallen, den Urknall umkehren und das Universum in einer großen Kompression beenden; oder das Universum könnte sich einfach für immer ausdehnen.
Aber wird eines dieser Zukunftsszenarien rechtzeitig enden? Nun, nach den seltsamen Regeln der Quantenmechanik können winzige zufällige Teilchen vorübergehend aus dem Vakuum fallen - etwas, das in Teilchenphysik-Experimenten ständig beobachtet wird. Einige argumentieren, dass dunkle Energie solche "Quantenfluktuationen" verursachen kann, die einen neuen Urknall erzeugen, unsere Zeitachse beenden und eine neue beginnen. Obwohl dies äußerst spekulativ und höchst unwahrscheinlich ist, wissen wir, dass wir das Schicksal des Universums nur kennen, wenn wir die dunkle Energie verstehen.
Was ist das wahrscheinlichste Ergebnis? Die Zeit wird zeigen.
