Zeitmaschinen gehören zur Standardausstattung von Science-Fiction-Romanen und -Filmen, aber sind Reisen in der Zeit wirklich möglich? Oder, anders formuliert: Ergibt die Vorstellung von Zeitreisen überhaupt einen Sinn? Ich habe da meine Zweifel.

Unter all den Größen, mit denen man in der Physik hantiert, verhält sich die Zeit ein bisschen seltsam. In den drei Dimensionen des Raums (die zusätzlichen Dimensionen, die Stringtheoretiker benötigen, ignorieren wir mal) können wir uns prinzipiell frei bewegen, aber in der vierten Dimension ist alles anders: Wir bewegen uns mit konstanter Geschwindigkeit – um eine Sekunde pro Sekunde und einen Tag pro Tag – in die immer gleiche Richtung. Wir können weder anhalten, wenn es gerade so schön ist, noch können wir umkehren oder uns schneller in die Zukunft bewegen. Oder zumindest sieht es so aus. Der Physiker Arthur Stanley Eddington (1882–1944) hat dafür den Begriff des Zeitpfeils („arrow of time“) geprägt: Die Zeit bewegt sich nie anders als von der Vergangenheit in die Zukunft.

Der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt mehr oder weniger dasselbe, nämlich dass in einem geschlossenen System die Entropie, das Maß der Unordnung, stets wächst – zumindest ist das eine Erfahrungstatsache. Wenn ich ein Glas anhebe und loslasse, fällt es, bewegt sich also von einem Zustand hoher potentieller Energie in einen mit niedrigerer potentieller Energie, und wenn es auf eine harte Oberfläche prallt, kann es in hunderte von Scherben zerspringen. Wenn ich das Fenster zum Lüften öffne, strömt warme Luft hinaus und kalte Luft hinein, bis die Temperatur drinnen der Temperatur draußen entspricht. Das erscheint selbstverständlich, denn erfahrungsgemäß passiert eben genau das, aber tatsächlich hält sich die Physik hier heraus: Die Naturgesetze ließen es durchaus zu, dass sich Scherben neu zu einem Glas zusammensetzen oder dass die Raumtemperatur bei offenem Fenster steigt, während es draußen kälter wird. Das wird bloß praktisch nie so beobachtet. Die Zeit fließt immer in die Zukunft, zu einem Zustand mit größerer Unordnung und weniger Energie, die irgendeine Arbeit verrichten könnte, und niemals in die Vergangenheit und zu einem Zustand größerer Ordnung mit mehr nützlicher Energie. Jedenfalls gilt das für geschlossene Systeme, und das Universum ist ein geschlossenes System in diesem Sinne.

In kleinerem Maßstab sieht das anders aus. Die Erde ist ein offenes System, dem von der Sonne stetig Sonnenenergie zugeführt wird, und diese Energie bringt lokal durchaus einen Zugewinn an Ordnung hervor. Das beste Beispiel dafür ist das organische Leben, das aus anorganischen Elementen entstanden ist und im Laufe der Evolution immer höhere Organisationsgrade erreicht hat. Die Entropie kann also an einer Stelle sinken, so lange das durch eine (größere) Steigerung der Entropie an anderer Stelle wettgemacht wird.

Was für die Entstehung und Entwicklung des Lebens insgesamt gilt, gilt ebenso für einzelne Lebewesen, also auch für uns: Wir nehmen wahr, was um uns herum geschieht, erinnern uns daran, was wir wahrgenommen haben, und können neue Wahrnehmungen im Kontext unserer Erinnerungen interpretieren. Kurz gesagt: Wir können denken, und damit schaffen wir Ordnung, verringern also die Entropie. Diesen Kredit müssen wir mit einer wachsenden Entropie anderswo bedienen, und endgültig tilgen wir unsere Schulden mit dem Tod: Am Ende wird auch unser Gehirn zu Humus oder Asche, und von der mühsam geschaffenen Ordnung unserer Gedanken bleibt nichts übrig, sofern sie nicht von den noch Lebenden weitergetragen wird.

Lebewesen sind autopoietische Systeme, nämlich Systeme, deren Funktion es ist, ihre Organisation aufrechtzuerhalten. Autopoiesis ist eine Voraussetzung des Lebens, denn wenn ein Lebewesen irgendwann aufhört, seine Organisation aufrechtzuerhalten, ist es tot. Autopoietische Systeme, die ihre Ordnung bewahren oder steigern, sind notwendigerweise auch dissipative Systeme, also offene Systeme, denen Energie zugeführt wird – in einem System, das sich in einem energetischen Gleichgewicht befindet, könnte keine Arbeit mehr verrichtet und keine Ordnung mehr geschaffen und erhalten werden. Oder um es auf den konkreten Punkt zu bringen: Wir müssen regelmäßig essen, wenn wir am Leben bleiben wollen.

Wenn nun aber unsere Wahrnehmungen und unser Denken damit erkauft werden, dass wir den lokalen Zuwachs an Ordnung unseres Verstandes durch mehr Unordnung in unserer Umgebung bezahlen, dann funktioniert das offenbar nur in einer Richtung, nämlich der, in der die Entropie wächst – also in der Richtung des Zeitpfeils. In dieser Richtung gewinnen wir neues Wissen, während wir in der entgegengesetzten Richtung vergessen – oder vielmehr in einen vergangenen Zustand gelangen, in dem wir noch nicht wussten, was wir jetzt wissen.

Nehmen wir nun einmal an, wir könnten uns in allen vier Dimensionen der Raumzeit frei bewegen, also auch in der Zeit – was hätte das für Konsequenzen? Würden wir die Zeit anhalten, gäbe es keine Wahrnehmungen und keine Denkprozesse mehr, denn diese geschehen ja in der Zeit und sind mit einem Verbrauch von Energie verbunden. Wir würden gar nicht bemerken, dass die Zeit stoppt, und könnten dies auch in keiner Weise messtechnisch erfassen. Ob die Zeit stetig fließt oder gelegentlich anhält, würde nicht den geringsten Unterschied machen, und nach der Regel, dass es keinen Unterschied gibt, der nicht auch einen Unterschied macht, stellen wir fest: Die Idee eines Anhaltens der Zeit ergibt keinen Sinn.

Mit Reisen in die Vergangenheit steht es nicht besser, denn das wäre die Richtung, in der die Welt zwar insgesamt geordneter ist, wir aber weniger wissen. Würde ich von heute nach gestern reisen, wäre ich an meinem Reiseziel eben der, der ich gestern war, und würde nicht einmal mehr wissen, dass ich in die Vergangenheit reisen wollte. Wir könnten also routinemäßig Ausflüge in die Vergangenheit unternehmen, ohne irgendetwas davon zu bemerken. Es wäre nicht einmal dasselbe, wie sich seine Lieblingsfilme immer wieder anzuschauen, denn dabei wissen wir ja, dass wir etwas zum wiederholten Male tun, und könnten sogar Details entdecken, die wir bislang übersehen hatten. Eine Reise in die Vergangenheit wäre dagegen eine exakte Wiederholung des bereits Gelebten, ohne irgendeinen Erkenntnisgewinn. Da solche Zeitreisen also keinen Unterschied machen, müssen wir dieses Konzept ebenfalls verwerfen.

Aber zumindest könnten wir doch einen Blick in die Zukunft werfen, indem wir die Reise in Richtung des Zeitpfeils beschleunigen? Leider nicht, oder jedenfalls nicht so, wie wir uns das vorstellen. Wenn es einen Regler gäbe, mit dem wir die Geschwindigkeit des Zeitablaufs von einer Sekunde pro Sekunde auf ein Jahr pro Sekunde (was immer das bedeuten mag) heraufsetzen könnten, würde zwar alles 31.556.736 mal schneller geschehen – aber da das ebenso für unsere Wahrnehmungen und unsere Gedanken (und alles andere, das wir tun) gälte, würden wir den Unterschied nicht bemerken. Wie schnell die Zeit vergeht, macht für uns nicht den geringsten Unterschied, und daher müssen wir auch das Konzept einer Geschwindigkeit der Zeit streichen. Den Ablauf der Zeit können wir nur relativ zu Prozessen in der Zeit – wie der Bewegung eines Uhrzeigers – messen, und diese Prozesse würden im exakt gleichen Maß beschleunigt oder verlangsamt. Es gibt überhaupt keine Geschwindigkeit der Zeit, sondern nur eine Geschwindigkeit von Veränderungen in der Zeit.

Daran ändert übrigens auch die relativistische Zeitdilation nichts. Auf einem hohen Berg ticken Uhren etwas schneller als im Tal, weil die Gravitation dort schwächer ist, und wenn eine Uhr ruht, eine andere aber relativ zu ihr in Bewegung ist, geht die bewegte Uhr langsamer. Das zeigt sich aber nur im Uhrenvergleich; innerhalb eines Systems vergeht die Zeit ebenso schnell wie in jedem anderen. Ein Astronaut, der mit einem nennenswerten Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit reist, kann gegenüber den Daheimgebliebenen durchaus einige Jahre gewinnen, aber er erlebt keinen beschleunigten Ablauf seiner Zeit. Seine eigene Zukunft erreicht er nicht früher als ohne den Raumflug, sondern nur die Zukunft der anderen – und er kann nur im Raum, aber nicht in der Zeit zurück reisen, um ihnen aus ihrer Zukunft zu berichten.

Der Zeitpfeil hat so gesehen nichts mit der Welt zu tun, die sich auf einem bestimmten, unveränderlichen Kurs durch die vierte Dimension bewegte, sondern nur etwas mit uns: Der Zeitpfeil gibt die Richtung an, in der wir wahrnehmen, denken und Erkenntnisse gewinnen, und daher erscheint es uns, als würden wir uns in diese Richtung bewegen. In einer anderen Richtung würden wir überhaupt keine Feststellungen treffen können, sondern im Gegenteil wieder alles vergessen, was wiederum daran liegt, dass Denken Arbeit ist und Energie verbraucht. (Für die Spitzfindigen, die gerne einwenden, dass Energie erhalten bliebe und nicht verbraucht werden könne: Mit „Energieverbrauch“ ist gemeint, dass Energie, die Arbeit verrichten kann, in nutzlose Wärmeenergie verwandelt wird. Dass in diesem Sinne „verbrauchte“ Energie nicht wieder zurückgewonnen werden kann, besagt eben der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik.)

Die Zeitreisen der Science Fiction sind ohnehin anders gedacht, denn dahinter steht die Vorstellung, dass die Zeit für den Zeitreisenden von der Zeit insgesamt entkoppelt würde, statt dass man einfach nur den Parameter t auf einen anderen als den aktuellen Wert stellt. Ich würde beispielsweise am Sonntag ein günstiges Angebot von Zeitmaschinen entdecken und spontan eine bestellen. Schon am Montag würde diese geliefert, und kaum hätte ich sie ausgepackt und den Akku geladen, würde ich einen kurzen Trip zurück zum Freitag unternehmen. Für mich wäre es immer noch Montag, denn ich wäre ja wenige Minuten zuvor am Montagabend aufgebrochen, aber der Kalender zeigt Freitag an. Trotzdem wäre ich nicht derselbe, der ich am Freitag war, sondern könnte als Montags-Ich diesem Freitags-Ich begegnen – mit all dem Potential für Paradoxa, das sich daraus ergibt: Ich könnte mein Freitags-Ich umbringen, so dass es es kein Sonntags-Ich gibt, das sich eine Zeitmaschine bestellt, womit ich als Zeitreisender verschwände, mich dann aber auch nicht umgebracht haben könnte, weshalb ich doch wieder als Zeitreisender auftauche und so weiter. Es wäre dann auch möglich, die Zeit anzuhalten – jedenfalls für den Rest des Universums, während meine eigene Zeit weiterliefe. Dieses Konzept hat dann allerdings nichts mehr mit irgendeiner leidlich plausiblen Physik zu tun, sondern ist reine Phantasie. Immerhin ergeben sich daraus spannende Plots für Bücher und Filme, und das ist ja auch der Sinn der Sache.