Rätsel Zeit - ein kurzer Überblick über Erkenntnisse und Theorien der Physik

Immerwährender Fluss oder Aneinanderreihung von Einzelpartikeln?

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!

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")

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.

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.

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."