Zeitreise was bedeutet das eigentlich PDF

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was hat Zeitreise mit der Philodphie zu tun , das werden wir in dieser Vorlesung besprechen ...

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Zeitreise Zeitreisen werden üblicherweise mit der Definition von David Lewis definiert: Eine Objektzeit reist genau dann, wenn die Differenz zwischen ihrer Abfahrtsund Ankunftszeit, gemessen in der Umgebung, nicht gleich der Dauer der Reise ist, die das Objekt durchläuft. Zum Beispiel ist Jane eine Zeitreisende, wenn sie in ihrem Raumschiff für eine Stunde weg von zu Hause reist, wie durch ihre eigene Uhr auf dem Schiff gemessen, aber zwei Stunden nach der Uhr zurück nach Hause reist, vorausgesetzt, beide Uhren funktionieren ordnungsgemäß.

Vor dem zwanzigsten Jahrhundert, Wissenschaftler und Philosophen selten untersucht Zeitreisen, aber jetzt ist es ein spannendes und tiefgehend untersuchtes Thema. Es gibt Untersuchungen zu Reisen in die Zukunft und Reisen in die Vergangenheit, obwohl Reisen in die Vergangenheit problematischer sind und mehr Aufmerksamkeit erhalten. Es gibt auch Untersuchungen über die logische Möglichkeit von Zeitreisen, die physische Möglichkeit von Zeitreisen und die technologische Zweckmäßigkeit von Zeitreisen. Die größte Aufmerksamkeit wird dem Zeitreisen gewidmet, die mit der gegenwärtigen physikalischen Theorie wie Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie übereinstimmt. In der Wissenschaft implizieren verschiedene Modelle des Kosmos und die Naturgesetze des Universums verschiedene Möglichkeiten für Zeitreisen. Die Theorien über Zeitreisen haben sich radikal verändert, da sich die dominierenden kosmologischen Theorien von klassischen Newtonschen Konzeptionen zu modernen, relativistischen und quantenmechanischen Konzeptionen entwickelt haben. Philosophen haben schnell einige der Implikationen der neuen Physik für ehrwürdige Fragen in der Metaphysik bemerkt: das Wesen von Zeit, Kausalität und persönlicher Identität, um nur einige zu nennen. Das Thema führt weiterhin zu einer fruchtbaren gegenseitigen Befruchtung von Ideen zwischen Wissenschaftlern und Philosophen, während Theoretiker in beiden Bereichen darum kämpfen, widersprüchliche Paradoxa zu lösen, die entstehen, wenn Zeitreisen ernsthaft erwogen werden. 1

Einführung Zeitreisegeschichten waren im vergangenen Jahrhundert ein Grundpfeiler des Science-Fiction-Genres. Gute Science-Fiction-Geschichten huldigen oft den Grundlagen wissenschaftlichen Wissens der Zeit. So sehen wir Zeitreisen Geschichten der Sorte von H. G. Wells als im Kontext eines Newtonschen Universums gesetzt: eine dreidimensionale Euklidische räumliche Mannigfaltigkeit, die sich entlang eines unerbittlichen Pfeils der Zeit verändert. In der frühen bis zur Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts entwickelten Zeitreisengeschichten die Merkmale eines Einsteinschen Universums: ein vierdimensionales Raum-Zeit-Kontinuum, das sich krümmt und in dem die Zeit den Charakter einer räumlichen Dimension hat (das heißt, es kann sein lokale Variationen oder "Warps"). In jüngerer Zeit haben Zeitreise-Geschichten Merkmale der Quantentheorie aufgenommen: Phänomene wie Superposition und Verschränkung legen die Möglichkeit von parallelen oder vielen Universen, vielen Köpfen oder vielen Geschichten nahe. Tatsächlich haben die manchmal kontraintuitiven Prinzipien und Effekte der Quantentheorie Zeitreisegeschichten belebt. Bizarre Phänomene wie die negative Energiedichte (der Casimir-Effekt) verleihen dem bereits seltsamen Charakter von Zeitreisen Geschichten.

Definition Was ist Zeitreise? Eine Standarddefinition ist die von David Lewis: Eine Objektzeit reist, wenn die Differenz zwischen ihrer Abfahrts- und Ankunftszeit in der umgebenden Welt nicht gleich der Dauer der vom Objekt durchlaufenen Reise ist. Diese Definition gilt sowohl für die natürliche als auch für die wellsianische Zeitreise. Zum Beispiel könnte Jane eine Zeitreisende sein, wenn sie für eine Stunde reist, aber zwei Stunden später in der Zukunft eintrifft (oder zwei Stunden früher in der Vergangenheit). In beiden Arten von Zeitreisen unterscheiden sich die Zeiten eines Zeitreisenden von denen seiner Umgebung.

Aber was verstehen wir unter "Zeit" in der Zeitreise? Und was verstehen wir unter Reisen in Zeitreisen? Da die Definition für Zeitreisen derzeit besteht, 2

müssen wir klären, was wir unter dem Begriff "Zeit" verstehen (siehe nächsten Abschnitt). Während die philosophische Analyse der Zeitreise hauptsächlich auf das schwierige Thema der Zeit bezogen ist, könnte es auch im Wort "Reisen" Unklarheiten geben? Unsere Verwendung des Wortes "Reisen" impliziert zwei Orte: einen Ursprung und ein Ziel. "Ich gehe nach Marokko" bedeutet: "Ich gehe von meinem Ausgangspunkt hierher und plane, irgendwann in Marokko anzukommen." Aber wenn wir von Zeitreisen sprechen, wo genau reist ein Zeitreisender? Die Entstehungszeit ist klar genug: Die Zeit des Zeitreisenden und der Umgebung des Zeitreisenden fällt zu Beginn der Reise zusammen. Aber "wo" kommt der Zeitreisende? Sind wir in unserer Verwendung des Wortes "Reisen" zweideutig, indem wir einfach ein Wenn für ein Wo ersetzen? In Wahrheit, wie stellen wir uns ein "Wann" vor - als einen Ort, einen Ort oder eine Region? Unterschiedliche wissenschaftliche Ontologien führen zu unterschiedlichen Vorstellungen von Zeitreisen. Auch unterschiedliche metaphysische Zeitkonzepte führen zu unterschiedlichen Vorstellungen von Zeitreisen. Wir wenden uns jetzt der Frage der Zeit in der Philosophie zu.

Zeit in der Philosophie Wie ist die Zeit mit der Existenz verbunden? Die Philosophie bietet drei primäre Antworten auf diese metaphysische Frage: Ewigkeit, Possibilismus und Präsentismus. Die Namen dieser Ansichten zeigen den ontologischen Status der Zeit an. Der Ewige denkt, dass die Zeit, richtig verstanden, eine vierte Dimension ist, die im Wesentlichen konstitutiv für die Realität ist, zusammen mit dem Raum. Alle Zeiten, Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft, sind tatsächliche Zeiten, genauso wie alle Punkte, die im Raum verteilt sind, tatsächliche Punkte im Raum sind. Man kann keinen Moment in der Dimension der Zeit als "realer" als irgendeinen anderen Moment privilegieren, so wie man keinen Punkt im Raum als "realer" als irgendeinen anderen Punkt privilegieren kann. Das Universum ist also ein Raumzeit- "Block", eine Sichtweise, die zumindest bis zu Parmenides philosophische Wurzeln hat. Alles ist eins; das Erscheinen von Dingen, die zu sein und zu sein aufhören, von Zeit, die vergeht oder fließt, ist einfach phänomenal, nicht real. Objekte aus der Vergangenheit und der Zukunft haben einen ontologischen Status mit gegenwärtigen Objekten. So existiert ein gegenwärtig ausgestorbener individueller Dodovogel ebenso gut wie ein 3

gegenwärtig existierender einzelner Hausfink, und der Dodovogel und der Hausfink existieren so gleichmäßig wie ein einzelner Babyspatz, der am nächsten Samstag geschlüpft wird. Ob der Dodovogel und der Babysperling vorhanden sind oder nicht, ist ontologisch irrelevant; Sie sind gerade nicht in unserer Raumzeit-Region. Der Physiker betrachtet das Verhältnis von Zeit und Existenz typischerweise so, wie es der Ewige tut.

Dies zeigt die räumliche Bewegung (in einer Dimension) eines Objekts durch die Zeit. Die Standarddarstellung der "Weltlinie" eines Objekts in der speziellen Relativitätstheorie, das Minkowski-Diagramm, privilegiert diese Blockansicht des Universums. Viele Wellsianische Zeitreisen nehmen den Standpunkt des Eternalismus ein. Zum Beispiel in Wells 'The Time Machine erklärt der Erzähler (der Zeitreisende): "Es gibt keinen Unterschied zwischen der Zeit und irgendeiner der drei Dimensionen des Raumes, außer dass unser Bewusstsein sich entlang dieser bewegt." Eternalismus passt leicht in die Metaphysik von Zeitreise.

Die zweite Sichtweise ist Possibilismus, auch bekannt als "wachsender Block" oder "wachsendes Universum". Der Possibilist glaubt, dass das Bild des Ewigen mit Ausnahme des Status der Zukunft korrekt ist. Vergangenheit und Gegenwart sind fix und aktuell; die Zukunft ist nur möglich. Genauer gesagt, die Zukunft eines Objekts birgt die Möglichkeit vieler verschiedener Weltlinien, von denen nur eine für das Objekt aktuell wird. Wenn der Eternalismus überbestimmt erscheint und Unbestimmtheiten und die freie Wahl des Menschen beseitigt, dann scheint der Possibilismus zumindest in der Zukunft eine gewisse Unbestimmtheit und freie Wahl zu bewahren. Für den Possibilisten hat die Gegenwart eine besondere Bedeutung, die sie für den Ewigen nicht hat.

Zeit in der Physik Da die Verwendung des Begriffs "Zeit" in unserer Definition von Zeitreisen mehrdeutig bleibt, können wir die äußere oder physische Zeit von der persönlichen oder inneren Zeit (wiederum nach Lewis) unterscheiden. In der 4

gewöhnlichen Welt stimmen die äußere Zeit und die persönliche Zeit überein. In der Welt des Zeitreisenden tun sie das nicht. Mit diesen beiden Bedeutungen der Zeit können wir weitere Zeitreisen klären, wenn die Dauer der Reise entsprechend der persönlichen Zeit des Zeitreisenden nicht gleich der Dauer der Reise in der äußeren Zeit ist. Die meisten (aber nicht alle) Zeitphilosophie betrifft die externe Zeit. Für den Zweck der natürlichen Zeitreise müssen wir das wissenschaftliche Verständnis der externen Zeit und ihre Veränderung untersuchen.

a. Newtonsche Kosmologie

Newton argumentierte, dass Raum, Zeit und Bewegung absolut seien, das heißt, dass das gesamte Universum ein einziger, einheitlicher Trägheitsrahmen sei und diese Zeit gleichmäßig in einer ewig festgelegten, unveränderlichen und unerbittlichen Rate ohne Bezug zu irgendetwas Äußerem passierte. Natürliche Zeitreisen im Newtonschen Universum sind unmöglich; Es gibt keine Attribute oder Topografie von Raum oder Zeit, die für natürliche Zeitreise Geschichten ausgenutzt werden können. Nur Zeitreise Geschichten, die die Grenzen der Newtonschen Physik überschreiten, sind möglich und Szenarien beschrieben einige Wellsian Zeitreise Geschichten (vor allem wie die eine Wells selbst schrieb) sind Beispiele für solche unwissenschaftlichen Zeitreisen.

Mehrere Philosophen und Wissenschaftler widersprachen der Vorstellung von absolutem Raum, Zeit und Bewegung, allen voran Leibniz, Berkeley und Mach. Mach wies Newtons Implikation zurück, dass es etwas Wichtiges in Bezug auf die Zeit gab: "Es ist völlig außer uns, die Veränderungen der Dinge mit der Zeit zu messen. Im Gegenteil, Zeit ist eine Abstraktion, zu der wir durch die Veränderungen der Dinge gelangen" ( Die Wissenschaft der Mechanik, 1883). Für Mach war Veränderung fundamentaler als das Konzept der Zeit. Wir reden über die Zeit, die vergeht, aber was wir wirklich bemerken, ist, dass sich die Dinge um uns herum bewegen und verändern. Wir finden es angenehm zu reden, als gäbe es eine darunter liegende fließende Substanz wie das Wasser eines Flusses, das diese Veränderungen mit sich führt. Wir abstrahieren die Zeit, 5

um ein Standardmesswerkzeug zu haben, mit dem wir Veränderungen quantifizieren können. Diese Ansichten von Mach waren für den jungen Albert Einstein einflussreich. Im Jahr 1905 veröffentlichte Einstein seine berühmte Arbeit über Spezielle Relativitätstheorie. Diese Theorie begann die Transformation unseres Verständnisses von Raum, Zeit und Bewegung.

b. Spezielle Relativität

Die Theorie der speziellen Relativitätstheorie hat zwei definierende Prinzipien: das Relativitätsprinzip und die Invarianz der Lichtgeschwindigkeit. Kurz gesagt, das Relativitätsprinzip besagt, dass die Gesetze der Physik für jeden Trägheitsbeobachter gleich sind. Ein Beobachter ist ein Trägheitsbeobachter, wenn die Flugbahn des Beobachters eine konstante Geschwindigkeit aufweist und daher nicht unter dem Einfluss irgendeiner Kraft steht. Das zweite Prinzip ist die Invarianz der Lichtgeschwindigkeit. Alle Trägheitsbeobachter messen die Geschwindigkeit c des Lichts im Vakuum mit 3 x 108 m / s, unabhängig von ihrer Geschwindigkeit zueinander. Dieses Prinzip wurde in Maxwells Gleichungen des Elektromagnetismus (1873) impliziert, und die Konstanz von c wurde durch das Michelson-Morley-Interferometer-Experiment (1887) verifiziert.

Dieses zweite Prinzip beeinflusste das Modell des Kosmos grundlegend: Die Konstanz von c stimmte nicht mit der Newtonschen Physik überein. Die Invarianz der Lichtgeschwindigkeit gemäß der Speziellen Relativität ersetzt die Invarianz von Zeit und Entfernung im Newtonschen Universum. Raumintervalle, wie Länge, und Zeitintervalle (und damit Bewegung) sind keine absoluten Größen mehr. Anstatt von einem Objekt in einer bestimmten Position unabhängig von einer bestimmten Zeit zu sprechen, sprechen wir jetzt von einem Ereignis, bei dem Position und Zeit untrennbar sind. Wir können zwei Ereignisse mit einer neuen Menge, dem Raum-Zeit-Intervall, in Beziehung setzen. Für jedes Ereignispaar ist das Raumzeitintervall eine absolute Größe (das heißt, hat den gleichen Wert) für alle Trägheitsbeobachter. Um diese neue Größe zu visualisieren, konstruiert man Raumzeitdiagramme (MinkowskiDiagramme), in denen ein Ereignis durch seine räumliche Position 6

(normalerweise beschränkt auf eine Dimension, x) und seine Zeit (ct) definiert wird. So könnte ein Raum-Zeit-Intervall Null sein (parallel zur Lichtbahn, die wegen der y-Achsen-Einheiten in einem Winkel von 45 ° dargestellt ist), räumlich (wenig oder keine zeitliche Veränderung) oder zeitähnlich (wenig oder nicht) keine Veränderung der räumlichen Position). Die folgende Abbildung zeigt ein Minkowski-Diagramm, das die flache Raumzeit der Speziellen Relativität und drei verschiedene Raum-Zeit-Intervalle oder Weltlinien darstellt.

Was sind die Folgen der Sonderrelativität für Zeitreisen? Erstens verlieren wir die Common-Sense-Bedeutung der Gleichzeitigkeit. Zum Beispiel tritt das gleiche Ereignis zu zwei unterschiedlichen Zeiten auf, wenn der Trägheitsrahmen eines Beobachters relativ zu dem Trägheitsrahmen eines anderen Beobachters stationär ist, der sich mit einer gewissen Geschwindigkeit bewegt. Darüber hinaus kann ein Beobachter in dem stationären Trägheitsrahmen zwei Ereignisse bestimmen, die gleichzeitig stattgefunden haben, aber ein Beobachter in dem zweiten sich bewegenden Trägheitsrahmen würde dieselben zwei Ereignisse sehen, die zu unterschiedlichen Zeiten stattfinden. Daher gibt es keine universelle oder absolute äußere Zeit; wir können nur von äußerer Zeit innerhalb des eigenen Bezugssystems sprechen. Der Mangel an Gleichzeitigkeit über Bezugsrahmen hinweg bedeutet, dass wir das Phänomen der Zeitdilatation erfahren könnten. Wenn sich Ihr Referenzrahmen mit einem Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit bewegt, geht Ihre externe Zeit langsamer als die externe Zeit in einem Referenzrahmen, der relativ zu Ihnen stationär ist. Wenn wir uns vorstellen, dass jemand im stationären Bezugssystem auf eine Uhr in Ihrem Bezugssystem schauen könnte, würde Ihre Uhr sehr langsam laufen. In Special Relativity können wir also eine Art natürliche Zeitreise finden. Ein Beispiel für die Zeitreise der speziellen Relativitätstheorie ist ein Astronaut, der mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit eine Strecke im Universum zurücklegt. Die persönliche Zeit des Astronauten verstreicht mit derselben Geschwindigkeit, die er immer hat. Er reist zu seinem Zielort und kehrt dann nach Hause zurück, um festzustellen, dass die äußere Zeit dort ganz anders verlaufen ist. Jeder, den er kannte, ist mehr gealtert als er oder vielleicht sogar seit hunderten oder tausenden von Jahren tot. 7

Solche Geschichten sind physikalisch konsistent mit dem Einsteinschen Universum der Sonderrelativität, aber natürlich bleiben sie technologisch jenseits unserer gegenwärtigen Fähigkeiten. Dennoch sind sie ein Beispiel für eine natürliche Zeitreise, die sich an die bekannten Gesetze der Physik hält und keine Ausnahmen von fundamentalen wissenschaftlichen Prinzipien erfordert (zum Beispiel die invariante und unantastbare Lichtgeschwindigkeit). Aber als Zeitreise benötigen sie, dass der Zeitreisende auch ein gewöhnlicher Reisender ist, das heißt, dass er mit außergewöhnlichen Geschwindigkeiten eine gewisse Distanz durch den Weltraum zurücklegt. Darüber hinaus kann diese Art von Zeitreisenden nur Zeit in die Zukunft reisen. (Umgekehrt, aus der Perspektive derer, die im ursprünglichen Bezugsrahmen sind, wenn der Astronaut zurückkehrt, sehen sie die Auswirkungen der Zeitreise in die Vergangenheit, vielleicht weil sie eine Person unter sich haben, die in ihrer fernen Vergangenheit lebte) Zeitreisen nach der Speziellen Relativitätstheorie sind vielleicht zu begrenzt für das, was wir normalerweise mit Zeitreisen meinen, da es (beträchtliche) räumliche Reisen erfordert, um zu arbeiten.

Darüber hinaus gibt es weitere Einschränkungen, von denen nicht zuletzt die Massenenergieäquivalenz gilt. Dieser Grundsatz wurde von Einstein in seiner zweiten Abhandlung von 1905 mit dem Titel "Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energiegehalt abhängig?" Veröffentlicht. Mass-Energie-Äquivalenz wurde durch bestimmte Folgen der speziellen Relativität impliziert (andere Theoretiker fanden später heraus, dass es von Maxwells ElektromagnetismusTheorie vorgeschlagen wurde). Die Masse-Energie-Äquivalenz wird durch die berühmte Formel E = mc2 ausgedrückt. Es bedeutet, dass es eine Energie gibt, die der Masse eines ruhenden Teilchens entspricht. Wenn wir die MasseEnergie-Äquivalenz mit dem Erhaltungsgesetz der Energie in Einklang bringen, finden wir, dass, wenn eine Masse aufhört zu existieren, ihre äquivalente Energiemenge in irgendeiner Form erscheinen muss. Masse ist austauschbar mit Energie. Jetzt können sich nur noch massenlose Objekte wie Photonen mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Sie haben kinetische Energie, aber keine Massenenergie. In der Tat können alle Objekte mit ruhender Masse, wie 8

Menschen und Raumschiffe, prinzipiell nicht die Lichtgeschwindigkeit erreichen. Sie würden unendlich viel Energie benötigen.

c. Generelle Relativität

In der speziellen Relativitätstheorie sind alle Trägheitsrahmen äquivalent, und obwohl dies eine nützliche Annäherung ist, schlägt sie noch nicht vor, wie Trägheitsrahmen erklärt werden sollen. Mach hatte erklärt, dass die Verteilung der Materie Raum und Zeit bestimmt. Aber wie? Diese Frage beantwortete Einstein in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie (1916). Spezielle Relativitätstheorie ist eigentlich eine Teilmenge der Allgemeinen Relativitätstheorie. Die Allgemeine Relativitätstheorie berücksichtigt beschleunigende Bezugsrahmen (dh nicht-inertiale Rahmen) und somit das Phänomen der Schwerkraft. Die Topographie der Raumzeit wird durch die Verteilung der Masse erzeugt. Raumzeit ist dynamisch, sie krümmt sich, und die Materie "erzählt" eine Region der Raumzeit, wie man krümmt. Ebenso bestimmt die resultierende Geometrie einer Raumzeit-Region die Bewegung der Materie in ihr.

Das Grundprinzip der Allgemeinen Relativitätstheorie ist das Äquivalenzprinzip, das besagt, dass Gravitation und Beschleunigung zwei Namen sind, die dasselbe Phänomen bezeichnen. Wenn Sie mit einer Geschwindigkeit g in einem Aufzug in einem Raumzeitbereich ohne Gravitationsfeld nach oben beschleunigen, wäre die Kraft, die Sie fühlen würden, und die Bewegung der Objekte im Aufzug nicht von einem Aufzug zu unterscheiden, der in einem Abwärtsbereich stationär ist einheitliches Gravitationsfeld der Stärke g. Um genau zu sein, gibt es keine "Kraft" der Schwerkraft. Wenn wir Astronauten beobachten, die sich im Orbit über der Erde befinden, ist es nicht wahr, dass sie sich in einer Umgebung ohne Schwerkraft befinden. Sie befinden sich vielmehr im freien Fall innerhalb des Gravitationsfeldes der Erde. Sie sind in einem lokalen Trägheitsrahmen und fühlen daher nicht das Gewicht ihrer eigenen Masse.

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Ein merkwürdiger Effekt der Allgemeinen Relativitätstheorie ist, dass sich das Licht biegt, wenn es sich in der Nähe von Objekten bewegt. Das mag seltsam erscheinen, wenn wir uns daran erinnern, dass Licht keine Masse hat. Wie kann Licht durch die Schwerkraft beeinflusst werden? Licht bewegt sich immer in geraden Linien. Licht biegt sich, weil die Geometrie der Raumzeit in der Nähe jeder Masse nicht euklidisch ist. Der gekrümmte Lichtweg um einen massiven Körper ist nur offensichtlich; es fährt einfach eine geodätische gerade Linie. Wenn wir...