Was begründet den Unterschied zwischen Raum und Zeit?

Wir erleben Raum und Zeit sehr unterschiedlich. Was begründet diesen Unterschied aus physikalischer Sicht grundlegend?

Dimensionalität (die Tatsache, dass es drei räumliche Dimensionen, aber nur eine zeitliche gibt) kann sicherlich nicht ausreichend sein, da es unter den Stringtheorien vorläufige Vorschläge für Modelle mit mehreren räumlichen Dimensionen und zwei Zeitdimensionen gibt.

Eine der am meisten gelobten Antworten in der Philosophie der Raumzeit hat mit der Tatsache zu tun, dass unsere Gesetze eher zeitlich als räumlich vorhersagen. Das heißt, wenn wir zu einem bestimmten Zeitpunkt genügend Informationen über den Zustand der Welt erhalten, können wir (abgesehen von Quantenüberlegungen) den zukünftigen Zustand der Welt vorhersagen. Wenn wir hier jedoch die Rollen von Zeit und Raum umkehren und stattdessen Informationen über einen einzigen Raumpunkt für alle Zeiten geben, scheint es, dass wir räumlich nicht vorhersagen können. Gibt es Gleichungen in der Physik, die für Vorhersagen über den Raum (für eine bestimmte Zeit) betrachtet werden können?

Ich denke, der Hauptpunkt IST die Dimensionalität. Nehmen wir an, die Zeit ist immer noch 1D. Wenn wir dann an einem Punkt Informationen über die gesamte Ausdehnung des Weltraums haben, können wir nur in eine Richtung reisen, brauchen also keine weiteren Informationen. Wenn wir einen Punkt im (sagen wir 3D-) Raum haben, müssen unendlich viele Richtungen berücksichtigt werden. Wir können dies auf drei unabhängige Richtungen reduzieren, daher denke ich, dass wir durchaus in der Lage sein sollten, Vorhersagen zu treffen, wenn wir Informationen über die gesamte Zeitdauer in 3 nicht kollinearen räumlichen Punkten hätten. Aber das ist keineswegs eine rigorose Argumentation, könnte falsch sein.
Nur zu Ihrem letzten Satz: Vielleicht möchten Sie sich über IVPs (und den damit verbundenen Begriff der hyperbolischen Gleichungen ) im Vergleich zu BVPs (und elliptischen Gleichungen ) informieren.
Ein wichtiger Unterschied besteht darin, dass die Zeitkoordinate eine Ordnung (Kausalität) hat, die in den räumlichen Koordinaten fehlt.
Können Sie spezifische Hinweise auf die Behauptung der "am meisten gelobten Antworten in der Philosophie" geben? Ich bin mir nicht sicher, ob ich der philosophischen Behauptung folge oder der Art und Weise zustimme, wie sie formuliert ist.
@HalSwyers Nein, ich habe die Frage vielleicht schlecht formuliert. Eine ausführlichere Diskussion, die die Position umreißt, die ich darzustellen versuchte, findet sich in dem folgenden Artikel von Craig Callender: Philosophyfaculty.ucsd.edu/faculty/ccallender/FQX.pdf . Eine verwandte Idee wird in „Was unterscheidet die Zeit vom Raum?“ vorgestellt. von Bradford Skow, Noûs Band 41, Ausgabe 2, Seiten 227–252, Juni 2007.

Antworten (8)

@Kathryn Boast Ich nehme an, Sie suchen nach einer Antwort, die auf den verfügbaren experimentellen Beweisen basiert, die wir über die Natur haben, und nicht auf wilden neuen Spekulationen, die nicht fest etabliert und durch Experimente gestützt werden. Es ist sehr interessant zu sehen, wie eine so einfache Frage viele von uns ins Trudeln bringt… Es gibt mehrere Antworten, die man geben kann, je nachdem, ob man sich auf Quantenmechanik, spezielle Relativitätstheorie, allgemeine Relativitätstheorie oder Superstring bezieht Theorien, Thermodynamik, Philosophie usw. Es gibt jedoch einen Aspekt von Raum und Zeit, der die Nabelschnur unter all diesen Ansichten ist. Dies ist die Tatsache, dass Raum und Zeit durch die Lichtgeschwindigkeit c miteinander verbunden sind und die einzige geometrische Struktur bilden, die wir Raumzeit nennen. Wäre da nicht die Invarianz und Konstanz der Lichtgeschwindigkeit, diese Raum-Zeit-Struktur wäre unmöglich. Unsere Unwissenheit über diese faszinierende Rolle, die das Licht in der Natur spielt, bevor uns Einstein lehrte, hatte zu der Vorstellung geführt, dass Raum und Zeit völlig unterschiedlich sind. Man kann sagen, dass der einzige Unterschied zwischen diesen beiden ihre Funktionalität ist. Der Raum bietet den „Raum“, in dem Materie existieren und sich bewegen kann, und die Zeit bietet die Möglichkeit, zu verfolgen, was Materie in welcher Reihenfolge tut. Diese Ansicht wurde in verschiedenen Formen von einigen der anderen Befragten geäußert. und Zeit bietet die Möglichkeit, den Überblick darüber zu behalten, was sich in welcher Reihenfolge tut. Diese Ansicht wurde in verschiedenen Formen von einigen der anderen Befragten geäußert. und Zeit bietet die Möglichkeit, den Überblick darüber zu behalten, was sich in welcher Reihenfolge tut. Diese Ansicht wurde in verschiedenen Formen von einigen der anderen Befragten geäußert.

Was den letzten Teil der Frage betrifft, ja, es gibt viele Gleichungen in der Physik, die „vorhersagen“, was zu einem bestimmten Zeitpunkt im ganzen Raum, global und zu einem bestimmten Zeitpunkt passiert. Nehmen Sie zum Beispiel das elektromagnetische Skalarpotential V(x, y, z, t), wählen Sie einen bestimmten Wert für die Zeit und Sie erhalten, was mit V im gesamten Raum (x, y, z) passiert, indem Sie die Poisson-Differentialgleichung lösen . Ein weiteres berühmtes Beispiel ist die zeitabhängige Schrödinger-Gleichung. Wenn Sie die Zeit auf einen bestimmten Moment festlegen, erhalten Sie durch die Lösung der Gleichung, was anderswo im Raum passiert, natürlich in einem probabilistischen Sinne.

Wir erleben Raum und Zeit sehr unterschiedlich. Was begründet diesen Unterschied aus physikalischer Sicht grundlegend?

Kathryn, in gewisser Weise beantwortet sich deine Frage von selbst. Es ist vielleicht nicht das befriedigendste Gefühl, aber es ist ein wichtiges.

Die Unterscheidung ist diejenige, die Einstein zuerst machte, als er die spezielle Relativitätstheorie vorschlug, bevor sein ehemaliger Professor Minkowski Einsteins Theorie in anschaulicheren Begriffen umformulierte: Zeit ist das Ticken einer Uhr, das heißt die Quantifizierung messbarer zyklischer Prozesse. Einstein versuchte zunächst nicht, diese Idee in sehr anschauliche Begriffe zu fassen, tat dies aber natürlich später, nachdem er anfänglich leicht darüber gemurrt hatte, wie Minkowski ihm seine eigene Theorie unverständlich gemacht hatte.

Es ist natürlich trivial einfach, das Konzept regelmäßiger Uhrenticks zu einem Entfernungskonzept zu machen, aber es ist keine triviale Kartierung aus der Perspektive dessen, was verfügbar sein muss, um die Kartierung zu erstellen. Es scheint nur so, weil wir als Organismen, die in unserem speziellen Universum existieren und überleben können, mit der notwendigen Hardware und einer Situation ausgestattet sind, die die Idee sinnvoll macht.

Klingt das alles zu kompliziert für etwas so Einfaches wie das Zählen von Uhrenticks und das anschließende Darstellen entlang einer länglichen Linie? Nicht wirklich.

Sie können nicht auf die Vergangenheit zugreifen, wie Sie es aus der Ferne können, also wo befindet sich das Wissen der Vergangenheit? In etwas, das als „Speicher“ oder „Speichergerät“ bezeichnet wird und unabhängig von dem tickenden Teil der Uhr sein muss. Sie haben also ein Gedächtnis.

Sie können die Erinnerung nicht ohne eine Reihe von Operationen interpretieren, die eine solche Repräsentation vergangener Zyklen erkennen und darauf reagieren können, indem sie sie innerhalb einer Art sehr unterschiedlicher Konstruktion behandeln, als ob sie wieder existierten. Solche Operationen stellen eine Form der Intelligenz dar, einschließlich einer ziemlich bemerkenswerten Fähigkeit, die Physik eines vergangenen Ereignisses zu "simulieren" oder zu reproduzieren, obwohl von diesem Ereignis nichts übrig geblieben ist, außer einem sehr verschwommenen Informationsmuster (an sich ein sehr seltsames Konzept) über Schlüsselmerkmale von jenes vergangene Ereignis. Diese kollektive Fähigkeit, verschwommene, ephemere, außerordentlich unvollständige Bilder der Vergangenheit zu simulieren und zu bearbeiten und es dennoch irgendwie zu schaffen, eine sinnvolle Reproduktion ihrer Folgen zu erreichen, nennen wir „Intelligenz“.

Aber wie ist das überhaupt möglich? Es scheint ziemlich absurd, dass solche schlanken Darstellungen tatsächlich sinnvolle Vorhersagen über eine viel dichtere und enorm komplexe Ansammlung von Materie und Energie machen können.

Da hilft uns das Universum selbst aus, indem es nicht auf totalem Chaos basiert, sondern auf schlanken, einfachen und einheitlichen Betriebsregeln. Im Fall der Zeit hilft uns das Universum enorm, indem es reich an etwas ist, das Zyklen oder fast exakte Wiederholungen von Mustern genannt wird. Licht ist Kreislauf. Elektronen, die Atome umkreisen, sind Zyklen. Umlaufbahnen von Planeten und Körpern sind Zyklen. Schwingungen der Materie, einschließlich des sanften Schwingens eines Pendels in einer Standuhr, sind Zyklen.

Sind Zyklen also einfach? Nein, ausdrücklich nicht! Zyklen sind Spaziergänge auf der Kante eines Rasiermessers, mit Chaos auf der einen Seite und verschlossener, eingefrorener Einfachheit auf der anderen Seite. Planeten haben zyklische Umlaufbahnen, fügen aber zu viele Körper oder zu viel Zeit hinzu und ihre einfachen Zyklen zerstören sich selbst in irgendeiner Form von Chaos. Aber wenn Sie in die andere Richtung gehen und die Zyklen so extrem gleichförmig verriegeln, dass es von einem Tick zum nächsten keinerlei messbare Veränderung gibt, erhalten Sie keine Uhr, sondern einen perfekten Oszillator, der nicht mehr Zeitgefühl hat als die Welt des Chaos.

Es ist nur dieses sorgfältige Gleichgewicht von erkennbaren, aber leicht unterschiedlichen Zyklen – das heißt von wiederholten Mustern, die eine Intelligenz betrachten und sagen kann: „Das ist immer noch das gleiche Licht oder das ist immer noch das gleiche Pendel, trotz der geringfügigen Positionsänderungen oder Energie oder Impuls“ – das macht messbare Zeit möglich und erlaubt dadurch Intelligenz – Gedächtnis plus bedeutungsvolle, simulationsartige Operationen, die irgendwie die Außenwelt nachahmen und vorhersagen – „Zeit“ wahrzunehmen. In der speziellen Relativitätstheorie wird dieses zyklische Zeitkonzept typischerweise durch das Konzept der "Eigenzeit" dargestellt. τ , das ist die Zeit, die von einer tatsächlichen Uhr gemessen wird.

Um eine längenähnliche Zeit zu erreichen, ist nur noch ein vergleichsweise einfacher Schritt erforderlich, aber dieser letzte Schritt birgt auch die größte Gefahr, uns zu täuschen. Wir nehmen unser Modell und zählen nahezu identische Zyklen aus und sagen: „Das ist wie eine Linie, das ist wie eine Länge jetzt wahrnehme Ich nenne diese Achse "Zeit" bzw t , und ich werde postulieren, dass es zusätzlich zu den Längenachsen existiert, die ich direkt wahrnehmen kann.

Es ist ein sehr gutes Postulat, und insbesondere die spezielle Relativitätstheorie liefert uns sofort eine nicht triviale Begründung dafür, indem sie uns Experimente zeigt, bei denen der einfachste Weg ist, die Ergebnisse von Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit als Fälle zu modellieren, in denen die "Zeit" -Achse liegt t des schnellen Objekts wurde gebogen und in eine der XYZ-Achsen des Beobachters gedreht. Aber auch dort, Vorsicht! Die tatsächlichen Ereignisse, die gemessen werden, beziehen sich wiederum auf Zyklen – die Zyklen oder τ Zeit des beobachteten Objekts erscheint (dem Beobachter) verlangsamt. Diese Verlangsamung lässt sich wiederum in ein längenartiges Zeitkonzept abbilden, aber die Abbildung existiert noch. Selbst dort ist die Zeit als längenähnliches Maß in einer Weise indirekt, die als Teil des Prozesses erkannt werden sollte, wenn Sie ein vollständigeres Bild wünschen.

Das Fazit von all dem ist, dass, wenn Sie klar über komplexe oder fortgeschrittene Zeitkonzepte nachdenken wollen, Sie den armen alten, nur zyklischen, großväterlichen nicht vergessen τ Zeit als Ausgangspunkt aller Zeitkonzepte. Es ist ein täuschend kompliziertes Konzept, das zum Beispiel besagt, dass die klassische Physik genauso „beobachterabhängig“ ist wie die Quantenphysik. Wieso den? Denn jedes Mal, wenn Sie verwenden t In einer Gleichung der klassischen Physik haben Sie implizierte Zyklen und verschwommene, vergängliche Erinnerungen an Zyklen und bemerkenswerte empfindungsfähige Operationen, die diese nebligen Erinnerungen verwenden, um zu verstehen und vorherzusagen, was als nächstes passieren wird, und dann über sie zu argumentieren.

Wenn du sagst t , meinst du τ , und wenn Sie andeuten τ ... Sie implizieren uns.


Sie haben mehr als eine Frage gestellt. Ich glaube, in Ihrem letzten Absatz lautet Ihre Hauptfrage:

... wenn wir hier die Rollen von Zeit und Raum umkehren und stattdessen Informationen über einen einzigen Raumpunkt für alle Zeiten geben, scheint es, als könnten wir räumlich nicht vorhersagen. Gibt es Gleichungen in der Physik, die zur Vorhersage über den Raum (für eine bestimmte Zeit) betrachtet werden können?

Nein.

Ein raumähnlicher Abschnitt (Unterraum) der Raumzeit speichert Informationen, während ein zeitähnlicher Abschnitt (eine Weltlinie) dies nicht tut. Genauer gesagt, die Art und Weise, wie ein "Teilchen" definiert wird, ist ein Versuch, so viele variable Informationen wie möglich wegzuschneiden, damit die Kontinuität konservierter Größen wie Masse, Ladung und Spin betont wird.

In der klassischen Physik hinterlässt dieser Fokus auf Reduktionismus über die Zeitachse hinweg nicht viel mehr als die Geschichte, wie das Teilchen im Stil einer Billardkugel „gestoßen“ wurde, während es sich über seinen Weg durch die Zeit bewegte. Diese Ablenkungen liefern nur eine kleine Menge an Informationen über das Universum als Ganzes, aber die insgesamt codierten Informationen sind ziemlich trivial im Vergleich zu denen, die in einem raumähnlichen Stück enthalten sind, und reichen sicherlich nie aus, um das Universum als Ganzes zu rekonstruieren. Die Informationsmenge, die in einem einzelnen Partikelpfad enthalten ist, ist ebenfalls sehr variabel. Im Fall eines Teilchens, das einfach in einer sehr dunklen Ecke des intergalaktischen Raums sitzt und nie mit irgendetwas interagiert, nähert es sich Null, sodass Sie in diesem Fall ziemlich im Dunkeln gelassen werden, was alles andere im Weltraum passiert.

Übrigens fragen Sie sich vielleicht, warum ich mich bei der Definition von Zeitscheiben auf die Weltlinien einzelner Teilchen konzentriert habe, statt auf einen einzigen festen Punkt im Raum vom Anfang bis zum Ende des Universums. Sie könnten den letzteren Ansatz verwenden, und er liefert das gleiche Ergebnis, da beispielsweise ein einzelner dunkler Fleck im tiefen intergalaktischen Raum noch weniger Informationen über den Rest des Universums enthält als ein sehr gelangweiltes Teilchen, das dort sitzt. Ich verwende diese Definition jedoch nicht, weil "wo" dieser bestimmte Punkt im Raum wirklich ist, schnell mit der Frage verstrickt wird, "wo er sich relativ zu einer Reihe von Partikelweltlinien befindet". Da dies die einzige Möglichkeit ist, eine solche Behauptung sinnvoll zu machen, ist es einfacher und ehrlicher, einfach mit den Partikelweltlinien zu beginnen.

Sie haben auch in Ihrem zweiten Absatz festgestellt:

... Dimensionalität (die Tatsache, dass es drei räumliche Dimensionen gibt, aber nur eine zeitliche) kann sicherlich nicht ausreichend sein ...

Ja. Wenn Sie sich ansehen, was ich gerade geschrieben habe, gilt es tatsächlich genauso gut für ein 1-zu-1-Verhältnis von Raumachsen zu Zeitachsen wie für ein 3-zu-1-Verhältnis. Zeit ist einfach die Achse der Mengenerhaltung (z. B. Masse), während Raum die Achse ist, auf der die Beziehungen (Informationen) ausgedrückt werden, die die variablen relativen Konfigurationen dieser konservierten Größen erfassen.

Was hat das alles mit meiner früheren Antwort zu tun, dass die Zeit zuerst eher zyklisch als längenmäßig operiert? Eigentlich ziemlich viel. Die Zyklen sind nur sich wiederholende Muster von Beziehungen zwischen den konservierten, partikelähnlichen konservierten Größen. Die über die Zeit konservierte Masse eines Planeten umkreist also die ähnlich konservierte Masse der Sonne, und anhand dieses nachweisbar ähnlichen Musters definieren wir das Jahr.

Es ist nicht so, dass es ohne Zyklen keine Veränderung geben kann. Es ist nur so, dass Sie ohne das Konzept der „Wiederholung“ einiger Muster kein wirklich metrisches Konzept der Zeit erstellen können, das wie der Raum bestimmte Längen und Entfernungen umfasst. Das macht die Zeitversion von "Entfernung" ziemlich seltsam und viel komplizierter als die raumähnliche Version.

Selbst schöne und brillante Diskussionen haben normalerweise klare zugrunde liegende Ideen. Ich sehe zwei in Ihrer Antwort: 1) zyklische Eigenzeit und 2) Gedächtnis (und korrigieren Sie mich, wenn ich falsch liege). Zu 1) Zyklen sind nichts Besonderes. Ich benutze eine Digitaluhr, eine andere Person könnte einfach eine kontinuierliche Variable in ihrer Tasche haben. Was die Eigenzeit und das Gedächtnis betrifft - was ist damit überhaupt? Warum speichern wir Erinnerung und Erfahrung eigentlich zeitlich τ wie wir leben, eher als einige x ? Darauf finde ich in Ihrer Diskussion keine klare Antwort.
Alexey, oops, ich habe deine Frage bemerkt, aber dann vergessen. Hmm. Ich... weiß keinen einfachen Weg, darauf zu antworten. Meine tägliche Arbeit erfordert es, "offensichtliche" Annahmen darüber, wie Intelligenz funktioniert, auf sehr skeptische Weise zu untersuchen, da Computer auf eine Weise äußerst unversöhnlich sind, wie es menschliche Intelligenzen nicht sind. Ich denke, das Problem ist folgendes: Das beständige, erkennbare Fortbestehen von irgendetwas ist eines dieser tiefen und erschreckend anthropischen Mysterien unseres Universums, weil viele andere Optionen (z. B. ein heißer Gasball, der niemals kondensiert) nicht einmal "Objekte, "lassen Sie "Zyklen" in ihnen entlang.
Sie haben gefragt: „Warum speichern wir Erinnerung und Erfahrung eigentlich zeitlich τ wie wir leben, eher als einige x ?" Länger t Zeit ist ein äußerst fadenförmiges und faseriges Ding, eine Achse, deren eigentliche Richtung durch diese Beharrlichkeiten (lokale Erhaltungsgesetze) definiert ist, die ich gerade erwähnt habe. Persistenzen bilden die Fasern und Weltlinien von Längen t , und durch diese seine Gesamtrichtung. Aber gerade weil solche t Fasern definieren "Gleichheit", nur ihre Verflechtung und gegenseitigen Beziehungen in den viel reicheren und unendlich komplexen Raumachsen können Erinnerungen und Bedeutungen definieren.
Vielen Dank! Ich sehe hier einen sehr guten Punkt. Wenn Sie es mich umformulieren lassen, würde es so lauten: In Bezug auf Bewusstsein und Geist ist es die Dimensionalität, auf die es ankommt. 3 Dimensionen bieten einen viel breiteren Bereich für mögliche Strukturen als 1 Dimension. Daher ist der Raum besser geeignet, einen Zustand zu definieren, als die Zeit.
Sie machen selbst einen guten Punkt, aber leider kann ich das nicht behaupten. 3D ist in der Tat nahezu optimal für die Konnektivität, ohne in Isolationismus auszuarten, aber mein Punkt oben war, dass Partikel in der Raumzeit als Weltlinien dargestellt werden , wobei der Linienteil der "fadenförmigen" Zeitachse folgt. Also, gerade ein Faden ist langweilig, wenn man nur seiner Länge nach schaut und fragt "hat sich etwas geändert?", ein Teilchen in der Raumzeit ist langweilig t aus dem gleichen Grund. Wenn Sie jedoch zusätzliche Achsen haben, an denen sich das Partikel nur an einer Stelle befinden kann, können Sie beispielsweise Knoten knüpfen, die sehr komplex werden können.

Gibt es Gleichungen in der Physik, die für Vorhersagen über den Raum (für eine bestimmte Zeit) betrachtet werden können?

Wenn Sie Zeit aus der Gleichung herausnehmen, dann nehmen Sie "Veränderung" aus der Gleichung heraus. (Und ohne Veränderung bleiben die Dinge „immer gleich“.)

Wenn Sie bis auf einen bestimmten Moment die gesamte Zeit aus der Gleichung herausnehmen, dann nehmen Sie die Kausalität aus der Gleichung heraus. Dinge, die gleichzeitig an verschiedenen Orten passieren, können zu diesem Zeitpunkt keinen kausalen Zusammenhang haben.

Eine "Vorhersage über den Raum" für einen bestimmten Zeitpunkt würde zufällig erscheinen. Obwohl ich kein Physikstudent bin, scheint es mir daher, dass es logischerweise per Definition keine solchen Gleichungen geben kann.

Wir erleben Raum und Zeit sehr unterschiedlich. Was begründet diesen Unterschied aus physikalischer Sicht grundlegend?

Aus Sicht der Physik glaube ich nicht, dass es eine akzeptierte Antwort gibt. Ich habe Erklärungen gesehen, die auf "Kausalität" sowie "Entropie" und "kein Unterschied, es ist Raumzeit" basieren.

Dies kann daran liegen, dass die Physik nicht unbedingt mit dem übereinstimmt oder erklärt, was „wir erleben“. Viele physikalische Gesetze sind theoretisch umkehrbar, aber wir beobachten sie nie umgekehrt. Andere Gesetze sind rein statistisch (wie die Entropie), aber wir sehen nie, dass die Natur "zwei Sechsen würfelt" (oder wann haben Sie das letzte Mal gesehen, dass sich Milch und Kaffee von selbst entmischt haben?)

Einer der interessanteren Punkte zum Thema „Zeit“, auf die ich gestoßen bin, ist die Tatsache, dass es ohne Zeit keinen Raum gäbe. Wenn es keine Zeit, aber Raum gäbe, könntest du in kürzester Zeit überall hingehen. Das ist gleichbedeutend damit zu sagen, dass man überall gleichzeitig sein kann, und das ist dasselbe wie zu sagen, dass es keinen Raum gibt, weil es keinen Unterschied zwischen verschiedenen Zeitpunkten gibt.

Danke dafür. Haben Sie Referenzen / Links usw. mit mehr Details zu der Idee in Ihrem letzten Absatz, dass es ohne Zeit keinen Raum gäbe?
Auf die Idee bin ich zum ersten Mal in einem der populärwissenschaftlichen Bücher mit der Zeit gestoßen. Leider habe ich viele und bin mir nicht mehr sicher, wo ich es zuerst gelesen habe. Ich glaube, es ist „Einmal vor der Zeit: Eine ganze Geschichte des Universums / von Martin Bojowald – eISBN: 978-0-307-59425-9“, aber ich bin mir nicht sicher. Andere gute Bücher über Zeit: From Eternity to Here, Sean Carroll, und About Time, Paul Davies.

Bevor Sie meine Antwort lesen, denken Sie bitte daran, dass ich nur ein Student im Grundstudium bin, daher ist es möglicherweise nicht ganz richtig, wenn es um so tiefgreifende Fragen geht.

Zeit und Raum sind grundlegend verschieden. Im Falle der Quantenmechanik ist die Position eine Observable, aber die Zeit ist ein Parameter. Und in der Feldtheorie wird neben der Zeit auch der Raum zum Parameter. Obwohl die Lorentz-Transformation räumliche Dimensionen und zeitliche Dimensionen verbindet, gibt es dennoch einen Unterschied. Bei einer Lorentz-Transformation erfolgt keine Transformation t t , aber die Drehung kann dauern x x . Physikalisch bedeutet das, die Zeit ist unidirektional, das heißt bei allen physikalischen Prozessen kann man nicht aussteigen t 1 t 2 so dass t 1 > t 2 , aber ein Teilchen im Raum kann sich sowohl in positiver als auch in negativer Richtung bewegen.

Eine philosophische Diskussion darüber kann mit Zenos Paradoxien begonnen werden und wird Tausende von Seiten umfassen, aber physikalisch gesehen haben wir weniger Möglichkeiten:

In der Physik geht die Zeit in eine Richtung, und der grundlegendste Grund dafür ist: Ursache und Wirkung (andere Gründe können konstruiert werden, aber dieser ist der intuitivste und grundlegendste), dies macht die Zeit sofort nicht vollständig gleichwertig mit räumlichen Dimensionen, und Ursache-Wirkungs-Kräfte in Bezug auf die "Zahl" von Ereignissen, so dass das erste Ereignis, dann das zweite Ereignis, das die Wirkung des ersten ist ... usw., diese Nummerierung erzeugt die "Illusion" der Möglichkeit der Zeitmessung, und ich sage Illusion denn in diesem Zusammenhang scheint diese Nummerierung absolut zu sein, ist es aber nicht, weil die Relativitätstheorie uns sagt, dass die Geschwindigkeit des Informationsaustauschs begrenzt ist, also ist diese "Nummerierung" relativ.

Diese Möglichkeit der Messung sagt uns, dass die Zeit den räumlichen Dimensionen sehr ähnlich ist, auch wenn Ursache und Wirkung nicht verletzt werden sollten, denn dieser Minkowski-Raum ist tatsächlich pseudoeuklidisch und nicht euklidisch, dies gibt der Zeit ihre verdiente Position: Sie kann gemessen werden als räumliche Dimensionen, aber es ist immer noch nicht dasselbe wie räumliche Dimensionen, weil es für die "Parametrisierung" von Ursache und Wirkung verantwortlich ist.

Bezüglich

Das heißt, wenn wir zu einem bestimmten Zeitpunkt genügend Informationen über den Zustand der Welt erhalten, können wir (abgesehen von Quantenüberlegungen) den zukünftigen Zustand der Welt vorhersagen.

Dies kann im Rahmen der Bundle-Foliation, die in der Differentialgeometrie verwendet wird, sehr tiefgehend erklärt werden. Wenn Sie mit diesem Thema vertraut sind, kann ich es Ihnen erklären.

Meine Vermutung wäre, dass die Zeit per Definition etwas Besonderes für uns ist (vorausgesetzt, das Universum ist kausal verbunden).

Ich würde nicht darüber spekulieren, was wäre, wenn es 3 Zeitdimensionen und 1 Raumdimension gäbe, stellen wir uns stattdessen vor, dass wir in 1+1 Dimensionen leben. Dann würden alle Beobachter/Teilchen/Menschen/Katzen/Waldtiere/usw. in drei Gruppen eingeteilt: 1) Diejenigen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen in Bezug auf irgendjemand aus anderen Gruppen, 2a) Diejenigen, die sich langsamer bewegen als die Lichtgeschwindigkeit zueinander, 2b) Eine andere Gruppe, deren Mitglieder sich ebenfalls langsamer als Lichtgeschwindigkeit zueinander bewegen, für die sich die Mitglieder von 2a) jedoch schneller als Lichtgeschwindigkeit bewegen. 2a und 2b können jedoch nicht interagieren, da dies die Kausalität für jeden von ihnen verletzen würde.

Um es anschaulicher zu machen, stellen Sie sich vor, wir gehören zu einer Gruppe 2a. Nichts kann schneller auf die Geschwindigkeit beschleunigt werden als Licht - okay (außer Licht selbst, das zur Gruppe 1 gehört). Stellt man sich etwas vor, das schneller als Licht ist, nennt man das Tachyonen, daher würden sie zur Gruppe 2b gehören. Allerdings würden Tachyonen die Kausalität verletzen, wenn sie mit uns interagieren könnten (es gäbe Bezugssysteme, bei denen die Wirkung der Ursache vorausgeht). Daher sehen wir keine Tachyonen und wir haben unsere eigene Zeitkoordinate auf diese Weise definiert.

Ich hätte jedoch denselben Absatz schreiben und 2a durch 2b ersetzen können und umgekehrt. Wären wir Tachyonen gewesen, könnten wir auch sagen, dass wir uns in der Zeit entwickeln, und die Gesetze der Physik wären für uns dieselben. Daher die Antwort auf Ihre ersten Fragen: Wir gehören zu der einen oder anderen Gruppe, und das macht eine Koordinate in Bezug auf die andere besonders, und deshalb heißt sie Zeit.

Man könnte argumentieren (siehe andere Antworten), dass die obige Argumentation der klassischen Quantenmechanik widerspricht. Allerdings nicht, wenn man die relativistische Quantenmechanik anstelle der nicht-relativistischen betrachtet, es sei denn, man betrachtet Quantenmessungen. Ein weiteres Argument wäre vielleicht, dass unser Bewusstsein nicht zeitorientiert sein muss. Oder mit anderen Worten, man könnte fragen, warum es Zeit zum Nachdenken braucht. Die Antwort darauf weiß ich nicht. Als weiteren Fall, in dem die Zeit eine besondere Rolle spielt, kann man schließlich auf irreversible Prozesse verweisen, wie z.

Das alles hat vielleicht etwas damit zu tun, dass unser Bewusstsein auf die Zeit ausgerichtet ist, wir also dazu neigen, physikalische Gesetze in zeitabhängiger Form zu schreiben und Anfangsbedingungen zu einer konstanten Zeit anzugeben. Für umkehrbare Prozesse können die Gesetze auch in einer Form geschrieben werden, in der Raumkoordinaten ein Argument sind. Typischerweise müssen wir jedoch keine Randbedingungen angeben, um die Gleichungen zu lösen. Aufgrund des Bewusstseins ist ein solcher Ansatz also nicht praktikabel. Es kann jedoch praktisch sein für die Fälle, in denen wir keine Randbedingungen angeben müssen, beispielsweise für relativistische Wellengleichungen.

Daher lautet die Antwort auf Ihre zweite Frage ja, es gibt viele solcher Gleichungen (wie zum Beispiel Wellengleichungen), die Vorhersagen zulassen, wenn x als Zeitkoordinate betrachtet wird. Einige scheinen jedoch solche Vorhersagen nicht zuzulassen (wie etwa Gleichungen, die sich mit irreversiblen Prozessen befassen) und für einige ist es nicht möglich, praktisch nützliche Randbedingungen (Anfangsbedingungen) zu schreiben.

Was den Unterschied ausmacht, ist, dass die Ordnung der Zeit durch das Vorhandensein von Erinnerungen bestimmt wird. Das heißt, das Bewusstsein erschafft den „Pfeil der Zeit“.

Ich denke, Zeit und Raum sind im Wesentlichen gleichwertig, unterscheiden sich aber durch das Ausmaß ihres Zyklus. wenn du dich im raum bewegst, kannst du umkehren, zum anfang zurückgehen oder zu unendlich weitergehen und du wirst am ausgangspunkt landen, das ist zumindest für mich die bedeutung der deterministischen sichtweise. Mit der Zeit ist es dasselbe, aber die Kausalität verhindert, dass Sie sich einfach umdrehen und in der Zeit zurückgehen, der Ausgangspunkt hat sich zu sehr geändert (verursacht durch die anderen Schauspieler) und Sie möchten ihn nicht erkennen, aber das gilt auch für Sie sich im Raum bewegen. Ein weiterer Punkt ist, ich denke, niemand von uns hat das Axiom der Wahl berücksichtigt. Dies bedeutet, dass die Zukunft niemals durch die Gegenwart bestimmt wird, aber die Vergangenheit unveränderlich und fest ist. Nehmen Sie zum Beispiel das Spiel des Lebens von Conway: Ich persönlich würde sagen, das Spiel muss rückwärts gespielt werden. denn im Spiel hat jede Position einen und nur einen zukünftigen Nachfolger, aber unendlich viele vergangene Vorläufer. in Wirklichkeit scheint es mir genau das Gegenteil zu sein. Aber jetzt kommt es auf sie an: Wenn wir über den Horizont der Ereignisse hinausgehen und uns laut sagen, dass wir so lange gehen sollen, wie wir brauchen, um eine Konstellation zu finden, zu der das Spiel in Zukunft führen wird, um uns zurück zum Ausgangspunkt zu führen. Es ist klar, dass diese Konstellation möglich sein muss und wenn sie möglich ist, bedeutet dies, dass sie existieren muss. Noch ein weiterer Punkt: Unser Gedächtnis kann vergangene Ereignisse in Erinnerung behalten und einige Simulationen abrufen und uns an die Vergangenheit erinnern. Es muss einen materiellen Weg geben, um vergangene Ereignisse in unserem Geist zu speichern oder einzuschließen, und wenn es nur ein Photon war, das wir von unseren Augen empfangen haben. Jetzt im Moment der Erinnerung, wir müssen irgendeine Verbindung zu dieser Vergangenheit aufbauen und was ist es anderes, als in der Zeit zu reisen. Hier war es vielleicht nur ein Elektron, aber was diesem einen Elektron möglich war, muss in dieser Welt eine grundlegende Wahrheit haben. Am Ende kann das Axiom der Wahl nicht ignoriert werden und muss von einem ernsthaften mathematischen Versuch berücksichtigt werden, diese Welt so zu definieren, wie wir sie beobachten. Niemand kann sich einfach umdrehen und zurück zum Anfang gehen. weder im Raum noch in der Zeit; So nehme ich diese Welt einfach nicht wahr und vergiss nicht, dass die Mathematik aus dem menschlichen Verstand stammt und nur einen Teil der Welt widerspiegelt. Sie darf nicht ignoriert werden und muss von einem ernsthaften mathematischen Versuch berücksichtigt werden, diese Welt so zu definieren, wie wir sie beobachten. Niemand kann sich einfach umdrehen und zurück zum Anfang gehen. weder im Raum noch in der Zeit; So nehme ich diese Welt einfach nicht wahr und vergiss nicht, dass die Mathematik aus dem menschlichen Verstand stammt und nur einen Teil der Welt widerspiegelt. Sie darf nicht ignoriert werden und muss von einem ernsthaften mathematischen Versuch berücksichtigt werden, diese Welt so zu definieren, wie wir sie beobachten. Niemand kann sich einfach umdrehen und zurück zum Anfang gehen. weder im Raum noch in der Zeit; So nehme ich diese Welt einfach nicht wahr und vergiss nicht, dass die Mathematik aus dem menschlichen Verstand stammt und nur einen Teil der Welt widerspiegelt.