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Zeitpfeil

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Der Zeitpfeil steht für die Vorstellung einer eindeutigen und gerichteten Verbindung zwischen Vergangenheit und Zukunft. Jeweils verschiedene Bedeutungen verbinden sich mit dieser Vorstellung in den Wissenschaften, aber auch im Alltag. Der Ausdruck „Zeitpfeil“ (time's arrow) wurde zuerst von Arthur Stanley Eddington im Jahre 1927 geprägt (Gifford Lectures).

Zeitpfeile Bearbeiten

Psychologisch Bearbeiten

Der psychologische Zeitpfeil beschreibt unsere subjektive Unterscheidung zwischen vergangenen und zukünftigen Ereignissen. Wir können uns an die Vergangenheit erinnern, aber nicht an die Zukunft. Die westliche Sichtweise des Zeitpfeiles betrachtet die Zukunft vorne (also in Sichtrichtung).

Bildliche Darstellung eines Zeitpfeils nach Arthur Eddington

Sprachlich Bearbeiten

In andinen Kulturen (z. B. Quechua, Aymara) wird die Zukunft als ‚hinter etwas‘ liegend betrachtet, was sich entsprechend in den Sprachen der Anden (Quechua, Aymara) ausdrückt, in denen das Adverb für örtlich „hinten“ (Quechua: „qhipa“) im zeitlichen Sinne „zukünftig“ bedeutet, und das Adverb für „vorn“ (Quechua: „ñawpa“) im zeitlichen Sinne „früher, vergangen“.

(Das deutsche Gegensatzpaar „vor und nach“ bezeichnet hingegen serielle Relationen, im Gegensatz zum örtlichen „vor und hinter“).

Kausal Bearbeiten

Danach gehen Ursachen ihren Wirkungen stets voraus. Der kausale Zeitpfeil ist ein Postulat, das das alltägliche Erleben widerspiegelt. Es ist jedoch nicht klar, ob Kausalität zwingend ist oder erst durch Wahrnehmung generiert wird.

Thermodynamisch Bearbeiten

Der thermodynamische Zeitpfeil beruht auf dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik: Die Zukunft ist die Zeitrichtung, in der die Entropie zunimmt. Ein interessanter Punkt ist, dass dieser Zeitpfeil im thermodynamischen Gleichgewicht nicht existiert: Für einen Gleichgewichtszustand gibt es keine thermodynamisch definierte Vergangenheit und Zukunft; der Gleichgewichtszustand ist sozusagen zeitlos.

Kosmologisch Bearbeiten

Das Universum hat mit dem Urknall begonnen und dehnt sich seither aus. Ob es sich bis in alle Ewigkeit ausdehnen wird, ist nicht sicher bekannt. Nach den derzeit vorherrschenden Berechnungen und Theorien sieht es so aus. Somit kann man die vergangene Zeit an der Größe des Universums ablesen: Die Zukunft ist die Richtung des größeren Universums.

Aber selbst wenn sich das Universum wieder zusammenzieht, sieht der alte, zusammenstürzende Kosmos anders aus als der frühe, expandierende: Er enthält ausgebrannte Sterne, die zum Teil in schwarze Löcher zusammengestürzt sind, und schwere Elemente, die in Supernova-Explosionen entstanden sind. Somit kann man auch an der Zusammensetzung des Universums sein Alter, und damit die Zeitrichtung ablesen.

Die T-Verletzung und CP-Verletzung Bearbeiten

Während auf makroskopischer Ebene der Unterschied zwischen Vergangenheit und Zukunft allgegenwärtig ist, galt für die bekannten mikroskopischen Gesetze der Materie lange, dass diese zeitumkehrinvariant waren: Wenn ein Vorgang vorwärts ablaufen kann, dann kann er genauso gut auch rückwärts ablaufen, sofern nur die Voraussetzungen gegeben sind. Zum Beispiel bedeutet die Tatsache, dass ein angeregtes Atom unter Aussendung eines Photons in den Grundzustand fallen kann, dass auch der umgekehrte Vorgang, die Anregung eines Atoms im Grundzustand durch ein absorbiertes Photon, über denselben Mechanismus möglich ist.

Im Jahr 1964 haben Messungen an bestimmten Elementarteilchen, den Kaonen, erstmals eine Verletzung der CP-Invarianz ergeben. Diese vorher vermutete Invarianz besagt, dass für jeden Prozess in Materie auch der (räumlich) spiegelverkehrte Prozess in Antimaterie existiert und in gleicher Weise ablaufen kann.

Die Verletzung der CP-Invarianz ist an dieser Stelle interessant wegen des CPT-Theorems, welches besagt, dass für jeden Prozess mit Materie der gespiegelte und zeitumgekehrte Prozess mit Antimaterie in gleicher Form abläuft. Dieses Theorem ist grundlegender Teil jeder Quantenfeldtheorie, es wird daher erwartet, dass es exakt gilt. Wenn aber das CPT-Theorem gilt, so bedeutet eine Verletzung der CP-Invarianz auch eine Verletzung der Zeitumkehrinvarianz.

Dies bedeutet nicht zwangsläufig, dass die fundamentalen Gesetze der Physik einen Unterschied zwischen Vergangenheit und Zukunft kennen, sondern nur, dass das genau zeitumgekehrte Analogon eines Prozesses auch eine Raumspiegelung und einen Tausch von Materie und Antimaterie erfordert. 2012 konnte erstmals eine direkte Verletzung der T-Symmetrie beobachtet werden.

Literatur Bearbeiten

  • Dieter Zeh: The physical basis of the direction of time, zuerst 1984 (Die Physik der Zeitrichtung, Springer), 5. Auflage, Springer Verlag, 2010, ISBN 3-540-42081-9.
  • P. C. W. Davies: The physics of time asymmetry, University of California Press, 1976 (sowie dessen populärwissenschaftliches Buch About Time, Penguin 1995)
  • David Layzer: The Arrow of Time, Scientific American, Dezember 1975
  • Claus Kiefer: Kosmologische Grundlagen der Irreversibilität, Physikalische Blätter 1993, S. 1027
  • Peter Coveney, Roger Highfield: The Arrow of Time, Verlag W. H. Allen, 1990 (populärwissenschaftlich)
  • Roger Penrose: Singularities and time asymmetry, in: Hawking, Israel (Herausgeber) General Relativity –An Einstein Centenary Survey, Cambridge 1979 (sowie seine sich an breiteres Publikum wendenden Bücher The emperors new mind, The road to reality)
  • Ilya Prigogine, Isabelle Stengers: Das Paradox der Zeit. Verlag Piper, 1993, ISBN 3-492-03196-X.
  • Stephen Hawking: Die illustrierte kurze Geschichte der Zeit. 3. Auflage. Reinbek bei Hamburg, Rowohlt Taschenbuch, 2010, ISBN 978-3-499-61968-7 (Originaltitel: The Illustrated A Brief History of Time, 1996), S. 182–195 (populärwissenschaftlich).
  • Hans Reichenbach: The Direction of Time. Dover Publications 2000 (Erstausgabe 1956), ISBN 0-486-40926-0.
  • Laura Mersini-Houghton, Rüdiger Vaas: The Arrows of Time. Springer Verlag 2012, ISBN 978-3-642-23258-9.

Weblinks Bearbeiten

Wiktionary: Zeitachse – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Arthur Eddington: The Nature of the Physical World (1928), in: The Gifford Lectures 1927, University of Edinburgh, Cambridge University Press 1928, S. 68ff.
  2. Peter Coveney, Roger Highfield: Anti-Chaos. Der Pfeil der Zeit in der Selbstorganisation des Lebens. Rowohlt Verlag 1992, S. 19.
  3. aus A. Eddington: Space Time and Gravitation. Cambridge University Press 1920
  4. BaBar makes first direct measurement of time-reversal violation. 21. November 2012, abgerufen am 18. Dezember 2017.
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Veröffentlichungsdatum:
Dieser Artikel oder nachfolgende Abschnitt ist nicht hinreichend mit Belegen beispielsweise Einzelnachweisen ausgestattet Angaben ohne ausreichenden Beleg konnten demnachst entfernt werden Bitte hilf Wikipedia indem du die Angaben recherchierst und gute Belege einfugst Der Zeitpfeil steht fur die Vorstellung einer eindeutigen und gerichteten Verbindung zwischen Vergangenheit und Zukunft Jeweils verschiedene Bedeutungen verbinden sich mit dieser Vorstellung in den Wissenschaften aber auch im Alltag Der Ausdruck Zeitpfeil time s arrow 1 wurde zuerst von Arthur Stanley Eddington im Jahre 1927 gepragt Gifford Lectures 2 Inhaltsverzeichnis 1 Zeitpfeile 1 1 Psychologisch 1 2 Sprachlich 1 3 Kausal 1 4 Thermodynamisch 1 5 Kosmologisch 2 Die T Verletzung und CP Verletzung 3 Literatur 4 Weblinks 5 EinzelnachweiseZeitpfeile BearbeitenPsychologisch Bearbeiten Der psychologische Zeitpfeil beschreibt unsere subjektive Unterscheidung zwischen vergangenen und zukunftigen Ereignissen Wir konnen uns an die Vergangenheit erinnern aber nicht an die Zukunft Die westliche Sichtweise des Zeitpfeiles betrachtet die Zukunft vorne also in Sichtrichtung Siehe auch Philosophie der Zeit nbsp Bildliche Darstellung eines Zeitpfeils nach Arthur Eddington 3 Sprachlich Bearbeiten In andinen Kulturen z B Quechua Aymara wird die Zukunft als hinter etwas liegend betrachtet was sich entsprechend in den Sprachen der Anden Quechua Aymara ausdruckt in denen das Adverb fur ortlich hinten Quechua qhipa im zeitlichen Sinne zukunftig bedeutet und das Adverb fur vorn Quechua nawpa im zeitlichen Sinne fruher vergangen Das deutsche Gegensatzpaar vor und nach bezeichnet hingegen serielle Relationen im Gegensatz zum ortlichen vor und hinter Kausal Bearbeiten Danach gehen Ursachen ihren Wirkungen stets voraus Der kausale Zeitpfeil ist ein Postulat das das alltagliche Erleben widerspiegelt Es ist jedoch nicht klar ob Kausalitat zwingend ist oder erst durch Wahrnehmung generiert wird Thermodynamisch Bearbeiten Der thermodynamische Zeitpfeil beruht auf dem 2 Hauptsatz der Thermodynamik Die Zukunft ist die Zeitrichtung in der die Entropie zunimmt Ein interessanter Punkt ist dass dieser Zeitpfeil im thermodynamischen Gleichgewicht nicht existiert Fur einen Gleichgewichtszustand gibt es keine thermodynamisch definierte Vergangenheit und Zukunft der Gleichgewichtszustand ist sozusagen zeitlos Kosmologisch Bearbeiten Das Universum hat mit dem Urknall begonnen und dehnt sich seither aus Ob es sich bis in alle Ewigkeit ausdehnen wird ist nicht sicher bekannt Nach den derzeit vorherrschenden Berechnungen und Theorien sieht es so aus Somit kann man die vergangene Zeit an der Grosse des Universums ablesen Die Zukunft ist die Richtung des grosseren Universums Aber selbst wenn sich das Universum wieder zusammenzieht sieht der alte zusammensturzende Kosmos anders aus als der fruhe expandierende Er enthalt ausgebrannte Sterne die zum Teil in schwarze Locher zusammengesturzt sind und schwere Elemente die in Supernova Explosionen entstanden sind Somit kann man auch an der Zusammensetzung des Universums sein Alter und damit die Zeitrichtung ablesen Die T Verletzung und CP Verletzung Bearbeiten Hauptartikel CP Verletzung Wahrend auf makroskopischer Ebene der Unterschied zwischen Vergangenheit und Zukunft allgegenwartig ist galt fur die bekannten mikroskopischen Gesetze der Materie lange dass diese zeitumkehrinvariant waren Wenn ein Vorgang vorwarts ablaufen kann dann kann er genauso gut auch ruckwarts ablaufen sofern nur die Voraussetzungen gegeben sind Zum Beispiel bedeutet die Tatsache dass ein angeregtes Atom unter Aussendung eines Photons in den Grundzustand fallen kann dass auch der umgekehrte Vorgang die Anregung eines Atoms im Grundzustand durch ein absorbiertes Photon uber denselben Mechanismus moglich ist Im Jahr 1964 haben Messungen an bestimmten Elementarteilchen den Kaonen erstmals eine Verletzung der CP Invarianz ergeben Diese vorher vermutete Invarianz besagt dass fur jeden Prozess in Materie auch der raumlich spiegelverkehrte Prozess in Antimaterie existiert und in gleicher Weise ablaufen kann Die Verletzung der CP Invarianz ist an dieser Stelle interessant wegen des CPT Theorems welches besagt dass fur jeden Prozess mit Materie der gespiegelte und zeitumgekehrte Prozess mit Antimaterie in gleicher Form ablauft Dieses Theorem ist grundlegender Teil jeder Quantenfeldtheorie es wird daher erwartet dass es exakt gilt Wenn aber das CPT Theorem gilt so bedeutet eine Verletzung der CP Invarianz auch eine Verletzung der Zeitumkehrinvarianz Dies bedeutet nicht zwangslaufig dass die fundamentalen Gesetze der Physik einen Unterschied zwischen Vergangenheit und Zukunft kennen sondern nur dass das genau zeitumgekehrte Analogon eines Prozesses auch eine Raumspiegelung und einen Tausch von Materie und Antimaterie erfordert 2012 konnte erstmals eine direkte Verletzung der T Symmetrie beobachtet werden 4 Literatur BearbeitenDieter Zeh The physical basis of the direction of time zuerst 1984 Die Physik der Zeitrichtung Springer 5 Auflage Springer Verlag 2010 ISBN 3 540 42081 9 P C W Davies The physics of time asymmetry University of California Press 1976 sowie dessen popularwissenschaftliches Buch About Time Penguin 1995 David Layzer The Arrow of Time Scientific American Dezember 1975 Claus Kiefer Kosmologische Grundlagen der Irreversibilitat Physikalische Blatter 1993 S 1027 Peter Coveney Roger Highfield The Arrow of Time Verlag W H Allen 1990 popularwissenschaftlich Roger Penrose Singularities and time asymmetry in Hawking Israel Herausgeber General Relativity An Einstein Centenary Survey Cambridge 1979 sowie seine sich an breiteres Publikum wendenden Bucher The emperors new mind The road to reality Ilya Prigogine Isabelle Stengers Das Paradox der Zeit Verlag Piper 1993 ISBN 3 492 03196 X Stephen Hawking Die illustrierte kurze Geschichte der Zeit 3 Auflage Reinbek bei Hamburg Rowohlt Taschenbuch 2010 ISBN 978 3 499 61968 7 Originaltitel The Illustrated A Brief History of Time 1996 S 182 195 popularwissenschaftlich Hans Reichenbach The Direction of Time Dover Publications 2000 Erstausgabe 1956 ISBN 0 486 40926 0 Laura Mersini Houghton Rudiger Vaas The Arrows of Time Springer Verlag 2012 ISBN 978 3 642 23258 9 Weblinks Bearbeiten nbsp Wiktionary Zeitachse Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme Ubersetzungen Thermodynamic Asymmetry in Time In Edward N Zalta Hrsg Stanford Encyclopedia of Philosophy Vorlage SEP Wartung Parameter 1 und Parameter 2 und nicht Parameter 3Einzelnachweise Bearbeiten Arthur Eddington The Nature of the Physical World 1928 in The Gifford Lectures 1927 University of Edinburgh Cambridge University Press 1928 S 68ff Peter Coveney Roger Highfield Anti Chaos Der Pfeil der Zeit in der Selbstorganisation des Lebens Rowohlt Verlag 1992 S 19 aus A Eddington Space Time and Gravitation Cambridge University Press 1920 BaBar makes first direct measurement of time reversal violation 21 November 2012 abgerufen am 18 Dezember 2017 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Zeitpfeil amp oldid 239036447