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Unsere Welt zu verstehen:  Können Theorien



 Beitrag 0-256
 
 

 
Können zeitinvariante physikalische Theorien vollständig sein?

 
 
Da die Physik all ihre Theorien mathematisch formuliert, ist jedes physikalisch beschriebene Geschehen eine Funktion der Zeit.
 
Eine der ganz wenigen nur teilweise zeitinvarianten physikalischen Theorien ist die Quantenphysik, denn:
     
  • Die Schrödinger-Gleichung ist zeitsymmetrisch,
     
  • der Kollaps der Wellenfunktion aber ist es nicht.

Hieraus folgt: Würde man irgendwann eine sog. Weltformel finden — eine absolut vollständige physikalische Theorie für alles im gesamten Kosmos mögliche Geschehen — oder auch nur eine Theorie der Quantengravitation, so könnte sie nicht zeitsymmetrisch sein.
 
 
Unsere bisher genaueste Theorie des Makrokosmos ist Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie (ART). Jede ihrer Lösungen — betrachtet als Funktion der Zeit — beschreibt mögliches kosmisches Geschehen, z.B. den gesamten Lebenslauf eines Schwarzen Lochs.
     
  • Ersetzt man in dieser Lösung L(t) die Zeitvariable t durch -t, so erhält man eine weitere Lösung der Theorie.
     
  • Beschreibt L(t) ein Schwarzes Loch, so nennt man das durch L(-t) beschriebene Geschehen die Geschichte eines Weißen Lochs.
     
  • Andererseits könnte L(t) aber auch die Geschichte eines Menschen beschreiben. Was aber würde dann L(-t) beschreiben?

Konsequenz daraus:
 
Die Existenz sog. Weißer Löcher ist ebenso unwahrscheinlich wie die Existenz von Menschen, die aus dem Grab erstehen und ihr Leben rückwärts durchlaufen.
 
 


Klaus Mainzer (1995):
 
Im Rahmen der relativistischen Kosmologie ist Zeit nur eine reelle Koordinate, um Ereignisse zu markieren. Die Frage, was "vor" der Anfangssingularität [ dem sog. Urknall ] war, ist mathematisch nicht definiert und daher sinnlos.
 
Auch die Rede von einer "Schöpfung" der Zeit ist mathematisch im Rahmen der Relativitätstheorie nicht definiert.
 
Wir müssen streng unterscheiden zwischen
     
  • den definierten Begriffen einer physikalischen Theorie
     
  • und weltanschaulichen Interpretationen.
 
Die Singularitäten von Einseins Theorie sagen die Möglichkeit sehr kleiner Gebiete der relativistischen Raumzeit voraus, in denen die Krümmung der Raumzeit — und somit auch die Gravitation — beliebig groß werden kann.
 
Astrophysikalisch werden dieses Singularitäten gedeutet als "Schwarze Löcher", denen der Tod eines Sterns durch Gravitationskollaps vorausging. Dazu wird eine 3-dimensionale Oberfläche angenommen — genannt "absoluter Ereignishorizont" — die alle von außen einfallenden Signale verschluckt und nichts wieder nach außen lässt.
 
Im Zentrum des durch den Ereignishorizon begrenten Bereichs wird die raum-zeitliche Singularität angenommen, in der die Krümmung der Raumzeit unendlich wird: Ein absoluter Endpunkt für kausale Zeitsignale.
 
 
... Da die Spezielle ebenso wie die Allgemeine Relativitätstheorie zeitsymmetrisch sind, sagt Einsteins Theorie auch das zeitlich gespiegelte Verhalten eines Schwarzen Lochs voraus, d.h. "unendlich" dichte Materipunkte, aus denen Lichtsignale explodieren (sog. Weiße Löcher).
 
Diese mathematische Konsequenz der zeitsymmetrischen Theorie gilt jedoch als physikalisch unwahrscheinlich und wurde von R. Penrose durch seine Ad-hoc-Hypothese "Kosmischer Zensur" ausgeschlossen.
 
 
Damit werden Erklärungsdefizite der relativistischen Kosmologie deutlich.
 
 
... In der derzeitigen Quantenmechanik und Quantenfeldtheorie ist das Problem der Zeitsymmetrie noch nicht abschließend geklärt. Einerseits sind die Quantengleichungen zeitsymmetrisch, gestatten also die Zeitumkehr. Andererseits trennen in der Gegenwart stattfindende Messvorgänge Vergangenheit und Zukunft der Systeme in einer irreversiblen Weise. Man erhofft von einer Vereinigung der Quanten- mit der Relativitätstheorie eine Klärung dieses Problems, die Vereinigung beider Theorien zu einer einheitlichen Quantengravitationstheorie ist aber noch nicht gelungen, obwohl es erste Ansätze von Hawking zu einer solchen Theorie gibt.
 



Quelle: Klaus Mainzer: Zeit — von der Urzeit zur Computerzeit, Beck'sche Reihe (1995, 2011), S. 54-55.
 
Klaus Mainzer, Ordinarius für Wissenschaftstheorie an der Uni Augsburg, hat Mathematik, Physik und Philosophie studiert.


 


aus  Notizen  zu:

Objekt vs Modell (in der Physik)


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