Warum bewegt sich die Zeit vorwärts und nicht rückwärts?

In Deutschland, 1865, Physiker Rudolf Clausius sagte, dass Wärme nicht von einem kalten Körper zu einem warmen Körper übergehen kann, wenn sich sonst nichts um sie herum ändert. Clausius entwickelte das Konzept, das er „Entropie“ nannte, um dieses Verhalten von Wärme zu messen – eine andere Art zu sagen, dass Wärme niemals von einem kalten Körper zu einem heißen Körper fließt, ist zu sagen „Entropie nimmt nicht nur zu, nie ab“ (siehe Kasten Entropie und die Entstehung von Unordnung).

Wie Rovelli in zeitlicher Reihenfolge unterstrichenes ist das nur Grundgesetz der Physik, das die Vergangenheit von der Zukunft unterscheidet. Ein Ball kann einen Hügel hinunterrollen oder auf seinen Gipfel zurückgeschickt werden, aber Hitze kann nicht von kalt zu heiß wechseln.

Zur Veranschaulichung nimmt Rovelli seinen Stift und lässt ihn von einer Hand in die andere fallen. „Der Grund, warum es in meiner Hand stoppt, ist, dass es Energie hat, und dann verwandelt sich die Energie in Wärme und es wärmt meine Hand auf. Und die Reibung stoppt den Rückprall. Andernfalls, wenn es keine Wärme gäbe, würde es abprallen für immer herum, und ich würde die Vergangenheit nicht von der Zukunft unterscheiden.“

So weit, so einfach. Das heißt, bis Sie anfangen zu überlegen, was Wärme auf molekularer Ebene ist. Der Unterschied zwischen heißen und kalten Dingen besteht in der Art und Weise, wie ihre Moleküle bewegt werden – in einer heißen Dampfmaschine werden die Wassermoleküle sehr angeregt, bewegen sich und prallen schnell aufeinander. Die gleichen Wassermoleküle werden weniger aufgewühlt, wenn sie in Form von Kondenswasser auf einer Fensterscheibe zusammenlaufen.

Hier ist das Problem: Wenn Sie beispielsweise hineinzoomen, wie ein Wassermolekül kollidiert und von einem anderen abprallt, verschwindet der Zeitpfeil. Wenn Sie sich ein mikroskopisches Video dieser Kollision ansehen und es dann zurückspulen würden, wäre es nicht offensichtlich, in welche Richtung und in welche Richtung Sie gehen müssen. Im kleinsten Maßstab ist das Phänomen, das Wärme erzeugt – die Kollision von Molekülen – zeitlich symmetrisch.

Das bedeutet, dass der Zeitpfeil von der Vergangenheit in die Zukunft nur entsteht, wenn man sich von der mikroskopischen Welt in die makroskopische Welt zurückbewegt – etwas, das der österreichische Physiker und Philosoph Ludwig Boltzmann als erster schätzte.

„Die Richtung der Zeit ergibt sich also aus der Tatsache, dass wir auf große Dinge schauen, wir schauen nicht auf Details“, sagt Rovelli. „Ab diesem Stadium, von der grundlegenden mikroskopischen Weltanschauung bis hin zur groben Körnung, der groben Beschreibung der makroskopischen Welt – hier kommt die Richtung der Zeit ins Spiel.

„Es ist nicht so, dass die Welt grundlegend in Raum und Zeit orientiert ist“, sagt Rovelli. Wenn wir uns umschauen, sehen wir eine Richtung, in der mittelgroße alltägliche Dinge mehr Entropie haben – der reife Apfel, der vom Baum gefallen ist, das gemischte Kartenspiel.

Obwohl die Entropie untrennbar mit dem Zeitpfeil verbunden zu sein scheint, ist es etwas überraschend – vielleicht sogar beunruhigend – dass das einzige Gesetz der Physik, das eine starke Zeitrichtung beinhaltet, diese Richtung verliert, wenn Sie sehr kleine Objekte betrachten.