Warum läuft die Zeit vorwärts und nicht rückwärts?

In Deutschland 1865 Physiker Rudolf Clausius Er stellte fest, dass Wärme nicht von einem kalten Körper auf einen heißen Körper übertragen werden kann, wenn sich um sie herum nichts geändert hat. Clausius entwickelte das Konzept, das er „Entropie“ nannte, um dieses Wärmeverhalten zu messen – eine andere Art zu sagen, dass Wärme niemals von einem kalten Körper zu einem heißen Körper fließt, ist zu sagen „Entropie nimmt nur zu und nie ab“ (Sehen Sie sich das Entropiegerüst und den Anstieg von Turbulenzen an).

wie Rovelli Bestätigt in chronologischer ReihenfolgeDies ist das Gerade Das Grundgesetz der Physik, das zwischen Vergangenheit und Zukunft unterscheiden kann. Ein Ball kann einen Hügel hinunterrollen oder auf seine Spitze springen, aber Wärme kann nicht von kalt nach heiß fließen.

Zur Veranschaulichung nimmt Rovelli seinen Stift und lässt ihn von einer Hand in die andere fallen. „Der Grund, warum dies in meiner Hand aufhört, ist, dass es etwas Energie hat, dann verwandelt sich die Energie in Wärme und erwärmt meine Hand. Die Reibung hört auf, zurückzuprallen. Andernfalls, wenn es keine Wärme gibt, wird es für immer zurückprallen, und ich werde das nicht unterscheiden Vergangenheit aus der Zukunft.“

Bisher ist dies unkompliziert. Das heißt, bis Sie anfangen, darüber nachzudenken, was Wärme auf molekularer Ebene ist. Der Unterschied zwischen heißen und kalten Gegenständen besteht darin, wie aufgeregt ihre Moleküle sind – in einer heißen Dampfmaschine werden Wassermoleküle sehr angeregt, abgelenkt und kollidieren schnell miteinander. Die Wassermoleküle selbst werden weniger bewegt, wenn sie sich als Kondensation auf dem Fensterglas verbinden.

Hier ist das Problem: Wenn Sie beispielsweise auf eine Ebene hineinzoomen, wenn ein Wassermolekül kollidiert und von dem anderen abprallt, verschwindet der Zeitpfeil. Wenn Sie sich ein mikroskopisches Video dieser Kollision ansehen und es dann zurückspulen, ist nicht klar, wohin es geht und wohin zurück. Im kleineren Maßstab ist das Phänomen, das Wärme erzeugt – die Kollision von Teilchen – zeitsymmetrisch.

Das bedeutet, dass der Zeitpfeil von der Vergangenheit in die Zukunft erst erscheint, wenn man einen Schritt zurück vom Mikroskopischen zum Makroskopischen macht – was schon der österreichische Physiker und Philosoph Ludwig Boltzmann zu schätzen wusste.

„Der Zeittrend ergibt sich also aus der Tatsache, dass wir uns die großen Dinge ansehen, nicht die Details“, sagt Rovelli. Von diesem Schritt, von der mikroskopischen Grundansicht der Welt bis hin zur grobkörnigen, ungefähren Beschreibung der makroskopischen Welt – hier kommt die Richtung der Zeit ins Spiel.

„Es ist nicht so, dass sich die Welt im Wesentlichen an Raum und Zeit orientiert“, sagt Rovelli. Wenn wir uns umschauen, sehen wir einen Trend, dass alltägliche, mittelgroße Gegenstände mehr Entropie haben – ein reifer Apfel, der vom Baum gefallen ist, ein durcheinandergeworfenes Kartenspiel.

Während die Entropie eng mit dem Zeitpfeil verbunden zu sein scheint, ist es etwas überraschend – und vielleicht sogar verwirrend – dass das einzige Gesetz der Physik, das eine starke Richtung der Zeit eingebaut hat, diese Richtung verliert, wenn man sich sehr kleine Dinge ansieht.