Immerwährender Fluss oder Aneinanderreihung von Einzelpartikeln?

Ohne sie wäre die Welt nur ein statisches Etwas. Es gäbe kein Werden und Vergehen, keine Veränderung und keine Entwicklung. Dies wußte um 500 v.Chr. bereits der griechische Philosoph Heraklit und beschrieb das Phänomen "Zeit" mit einem Bild, das wir auch heute noch gern verwenden: die Zeit als Fluss. Sie vergeht ebenso stetig wie das Wasser strömt. Demokrit, der nur kurze Zeit nach Heraklit lebte, sah Zeit dagegen als stückweise Aneinanderreihung kleinerer Teilchen (Atome).

Zeidisch

Zeidisch (Bild: Gerd Altmann / pixelio.de)

Bis heute rätseln Wissenschaftler, welcher der beiden antiken Zeitforscher der Wahrheit näher gekommen ist. Zwar gehen Physiker inzwischen davon aus, dass es kleinste, minimale Partikel geben muss, in denen die Gesetze der Natur gerade noch gültig sind (=Planck-Zeit), doch lassen sich diese bisher nur berechnen und (noch) nicht messen. Heute gebräuchliche Atomuhren können Zeit bis zu zwölf Stellen hinter dem Komma messen. Für den Nachweis der Planck-Zeit wären allerdings 42 Nach-Komma-Stellen nötig!

Salvador Dalis berühmtes Bild...

Die Beständigkeit der Erinnerung (Bild: Salvador Dali / AllPosters)

Die Geburt der Zeit - Urknall und Entropie

Auch wenn sie sich als kontinuierlicher Fluss beschreiben lässt, gegeben hat es die Zeit nicht immer. Geboren wurde sie zusammen mit Materie und Raum vor ca. 13,7 Milliarden Jahren beim kosmischen Urknall aus einem unvorstellbar kleinen Punkt heraus, in dem sich sämtliche Energie des Alls zusammengedrängt hatte. Seitdem dehnt sich das Universum wie eine gewaltige Blase immer weiter aus. Und parallel dazu verläuft  auch die Zeit in einer unumkehrbar charakreristi-schen Anordnung von Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft.

Dieses physikalische Grundprinzip der "Entropie", bei dem das Geschehen von einem selbst nicht mehr zu errreichenden Ursprungszustand der Ordnung zu einem Zustand größtmöglicher Unordnung und Vielfalt strebt, erleben wir im Alltag auch dann, wenn uns eine Tasse auf den Boden fällt und in mehrere Einzelteile zerbricht. Die zersprungene Tasse kann sich  nicht von selbst wieder zusammenfügen. Der Vorgang lässt sich nicht umkehren.

Andromeda-Galaxie (Bild: Carsten Przygoda / pixelio.de)

Das Ende der Absolutheit - Zeit liegt im Auge des Betrachters

Bevor Alber Einstein 1905 seine "Spezielle Relativitätstheorie" veröffentlichte, ging man in Nachfolge Isaac Newtons mehr als 200 Jahre davon aus, dass die Zeit an jedem Ort des Universums gleich schnell vergehe und damit absout sei. Spätestens seit 1971 aber, als die US-Forscher Hefele umd Keating mit präzisen Atomuhren den messbaren Beweis für Einsteins zunächst nur mathematischen Beweis lieferten, ist nur nur noch eines absolut: die Gewissheit, dass Zeit eben nicht überall gleich schnell vergeht, sondern ihr Gang von der Geschwindigkeit des Beobachters abhängig ist.

So tickt eine Uhr aus dem Blickwinkel eines Beobachters, der auf einem Bahnsteig steht und diese durch das Fenster eines vorbeifahrenden Zuges betrachtet, langsamer als eine Uhr, die der stehende Beobachter  am eigenen Handgelenk trägt. Hefele und Keating erbrachten den messbaren Beweis für diese Abweichung allerdings nicht durch eine Zugfahrt, sondern einen Linienflug. Im Vergleich zu einer am Boden messenden baugleichen Uhr verzögerte sich der Takt der an Bord gebrachten Atomuhren während des Fluges um 60 Milliardstelsekunden. Die klassische Annahme, Zeit sei eine unabänderliche Naturkonstante, war damit endgültig hinfällig geworden.

Die Zeit wird vierte Dimension - Minkowskis Entdeckung der Raumzeit

1908 dachte der Mathematiker Hermann Minkowski Einsteins Theorie weiter und wies nach, das zur exakten Bestimmung des Standortes eines Objektes nicht, wie bisher angenommen, nur die drei Dimensionen des Raumes (Höhe, Breite und Länge), sondern auch die Angabe seiner Position zu einem bestimmten Zeitpunkt erforderlich ist. Werfen wir  einen Ball in die Luft und möchten seine genaue Position im Raum am höchsten Punkt seiner Flugkurve bestimmen, dann können wir das nur in dem einen ganz bestimmten Moment, in dem er diese Position erreicht hat. Kurze Zeit später folgt der Ball den Gesetzen der Schwerkraft und ist schon wieder auf dem Weg nach unten. Raum und Zeit sind damit untrennbar miteinander verbunden und bilden gemeinsam ein "Raum-Zeit-Kontinuum" (kurz: "Raumzeit")

Die Zeit als vierte Dimension wirkt auch auf unbewegte Objekte ein. Selbst ein statisch im Raum stehender Stuhl bewegt sich noch; nämlich von der Gegenwart in die Zukunft. Auf diese Entwicklung kann weder das Objekt selbst, noch ein Betrachter Einfluss nehmen; ganz im Gegensatz zu den Dimensionen des Raumes, die der Betrachter  dadurch verändern kann, dass er sich dem Stuhl nähert, sich von ihm entfernt oder einfach um ihn herum geht.

Erdenergien (Bild: Rita Thielen / pixelio.de)

Zeitdehnung durch Masse - Das wahre Gesicht der Gravitation

Kommen wir noch einmal zu dem Ball zurück, den wir gerade zu Demonstrationszwecken gedanklich in die Luft geworfen haben: Um seinen Fall zu erklären nutzen wir noch heute das von Isaac Newton beschrieben Konzept der Gravitation (auch Schwer- oder Anziehungskraft), demzufolge alles, was Masse besitzt, sich gegenseitig anzieht. Ausgehend von den neuen Erkenntnissen zur Raumzeit führte Einstein dieses Phänomen in seiner "Allgemeinen Relativitätstheorie" jedoch auf ein Verformung der Raumzeit durch Masse und Energie zurück. Ähnlich einem Stück Knete oder elastischem Schaumgummi lässt sich die Raumzeit durch Hineindrücken eine Gegenstands verformen und dort, wo sich Masse zusammenballt, wird die Zeit gedehnt. Je größer die Masse, desto langsamer vergeht die Zeit. Die denkbar stärkste Ausprägung dieses Phänomens ist ein Schwarzes Loch, ein astronomsches Objekt (z.B. ein kollabierter schwerer Stern), in dessen Zentrum die Zeit völlig still steht.

Beobachten lässt sich diese  Verformung der Raumzeit durch kosmische Massen  an Lichtstrahlen, die in der Nähe großer Himmelkörper von ihrer geraden Bahn abgelenkt werden. Auch auf der Erde lässt sich die Raumzeitkrümmung mittlerweile messen: Eine auf dem Gipfel eines 1000m hohen Berges liegende Uhr würde, da sie weiter vom Erdmittelpunkt und damit von der größten umgebenden Masse entfernt ist, in einer Million Jahren drei Sekunden schneller gehen als eine baugleiche Uhr, die im Tal liegt.

Erst die Entdeckung der Raumzeitkrümmung ermöglicht es Autofahrern heute, gewünsch-te Ziele per Navigationsgerät zuverlässig und bequem zu erreichen. Denn die zugrunde liegende GPS-Technik liefert nur dann richtige Werte, wenn die Uhren auf der Erde und die Uhren an Bord der Satelliten absolut synchron ticken. Um diese Synchronizität zu erreichen, sind die Satteliten-Uhren so eingestellt, das sie 45 Milliionstelsekunden schneller gehen als die auf der Erde.

Der Traum vom Zeitreisen - Auf der Suche nach einem Wurmloch

Ausgehend von der Erkenntnis, das große Massen die Raumzeit verformen können, wird immer wieder darüber spekuliert, ob dieser Vorgang nicht sogar so weit gehen kann, dass zwei eigentlich sehr weit voneinander entfernte Orte plötzlich so nah aneinanderrücken, das quer durch den Raum eine Verbindung entsteht, durch die ein Reisender in Überlichtgeschwindigkeit an einen anderen Ort und in eine andere Zeit gelangen kann. Obwohl die meisten Physiker von der Existenz solcher Wurmlöcher überzeugt sind, wurde bisher noch keines beobachtet.

Ohnehin sollten  Zeitreise-Begeisterte ihre Koffer vorerst noch nicht packen. Zum einen wären Zeitreisen mit großen logischen Problemen verbunden. Berühmt geworden ist in diesem Zuasmmenhang das Großvater-Paradoxon, demzufolge ein Zeitreisender in der Vergangenheit aus Versehen seinen eigenen Großvater tötet und damit seine eigene Existenz verhindert.

Thank you (Bild: Gerd Altmann / pixelio.de)

Wenn der Reisende in der Folge dieses Geschehens gar nicht erst existiert, kann wiederum auch der Großvater nicht mehr von ihm getötet werden. Dies aber ermöglicht wieder die Geburt des potenziellen Mörders und so weiter und so fort. 

Zum anderen vermuten Physiker, dass real im Universum existierende Wurmlöcher wohl um mehrere Zehnerpotenzen kleiner wären als Atomkerne und deren Existenz  kaum länger als ein Vielfaches Billionstel Nano-sekunden lang andauern würde.

Oder ist Zeit nur eine Illusion?

Zeitreisen sind wahrlich nicht die einzigen Gedankenexperimente, zu denen uns das Mysterium "Zeit" einlädt. Was wäre zum Beispiel, wenn das Universum plötzlich nicht mehr expandieren, sondern stattdessen schrumpfen würde? Würde sich dann einfach auch der Zeitpfeil umkehren und das Leben der Menschen wie im "seltsamen Fall des Benjamin Button" vom Tod zur Geburt verlaufen? Oder würden wir täglich vom Murmeltier gegrüßt und jeden Tag immer wieder gleich erleben? Auch wenn Einsteins Erkenntnisse das physikalische Verständnis der Zeit völlig neu definiert haben; eine Antwort auf die Frage, warum ihre Richtung grundsätzlich als Abfolge von Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft verläuft, liefern sie nicht.

Schritt für Schritt haben Physiker im letzten Jahrhundert die Zeit vieler Eigenschaften beraubt, die wir ihr mit unserem Alltagsverstand gemeinhin zuschreiben. Doch auch die besten Messgeräte verraten ihnen nichts darüber, warum es sie überhaupt gibt. Viele Physiker  stimmen  mittlerweile sogar mit Philosophen und Psychologen darin überein, dass Zeit in Wirklichkeit gar nicht existiere, sondern vielmehr ein Konstrukt des menschlichen Geistes sei, das dabei helfe, die Umwelt zu strukturieren und zu vereinfachen. Wie Geld sei Zeit  als eine vom Menschen geschaffene gemeinsame Währung zu betrachten, die es ermögliche, Beziehungen zwischen Objekten zu beschreiben. Zeit hätte damit für das Messen von Vorgängen den gleichen Vorteil wie das Geld im Vergleich zum umständlichen Naturalientausch.

Nach wie vor bleiben viele Fragen offen. Wer heute einen Physiker nach dem Wesen der Zeit befragt, der könnte durchaus eine Antwort bekommen, die vor 1600 Jahren bereits der Kirchenlehrer Augustinus von Hippo gab: "Was ist Zeit? Wenn mich niemand danach fragt, so weiß ich es. Will ich es aber einem Fragenden erklären, weiß ich es nicht."

kreaTexta, am 17.01.2012
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Bildquelle:
M. Fernholz (Neuroplastizität – das wandelbare Gehirn)

Autor seit 3 Jahren
14 Seiten
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