Die Zeit

2    Freitag, 10. August 2007 um 21:22 Uhr

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dies ist ein sehr schöner Text, poetisch und klug. ich denke über die Fragen noch nach

wow. ich bin sehr beeindruckt

4    Samstag, 11. August 2007 um 17:59 Uhr

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Also im Folgenden muss erwähnt werden, dass es viele Interpretationen von Zeit gibt, je nach der Philosophie des Weltbildes. Einen guten Überblick erhält man durch das Studium dieses Artikels, den ich empfehlen möchte:
Kather: Über die Zeit

Ich werde den Zeitbegriff in der Physik beschreiben, die das Phänomen messen und seine tatsächlichen Auswirkungen auf die Welt, in der wir leben, erklären kann. Das Verständnis von Zeit hat sich im Verlauf der Geschichte der Physik gewandelt. Neue Erkenntnisse mussten alte ablösen, was stellenweise enorme Konsequenzen für das Weltverständnis hatte. Das gegenwärtige Vorstellung von Bewegungen im Raum gründet auf die Überlegungen von Galilei und Newton. Vorher hielt man sich an Aristoteles, der in einer Auffassung lebte, man könnte alle Dinge auf der Welt mit bloßem Denken ergründen und sei nicht auf experimentelle Forschung angewiesen. Aristoteles sagte, dass der natürliche Zustand von Körpern die Ruhe sei und sich nur bewege, wenn eine Triebkraft auf ihn einwirke. Demnach müsste ein schwerer Körper schneller als ein leichter fallen, weil er stärker angezogen würde. So ist es Galilei gewesen, der, wie man erzählt, die Auffassung von Aristoteles widerlegte, indem er zwei Gewichte vom schiefen Turm zu Pisa fallen ließ. Ob das stimmt oder nicht, sei mal dahingestellt. Wichtig ist, dass er erkannte, dass Objekte trotz ihres unterschiedlichen Gewichts in gleichem Maße von der Erde angezogen werden. Wenn man zwei Gewichte, die beide keine nennenswerte Differenz in ihrem Luftwiderstand aufweisen, etwa zwei Bleigewichte, gleichzeitig von einer Rampe rollen lässt, bewegen sich beide Objekte einträchtig nebeneinander, immer auf gleicher Höhe.
Ganz ohne Luftwiederstand, so wie es auf dem Mond der Fall ist, fallen sogar eine Feder und ein Bleigewicht gleichzeitig zu Boden, wie es der Astronaut David R. Scott bewies. Galileis Messungen bildeten die Grundlage für Newtons Berechnungen. Und hier beginnt eigentlich der relavante Teil:

Ein verständiger Herr, Sir Isaac Newton, der vor etwa 300 Jahren begann, die Welt durch die Augen eines Physikers zu sehen. Newton hat viele tolle Dinge, die in seiner Welt geschahen, erkannt, experimentell nachgewiesen und diese Ereignisse mathematisch beschrieben. Das ist Physik. Unter anderem hat er die Grundlagen der klassischen Mechanik entwickelt, die sich mit der Bewegung von Körpern auseinander setzt. Dieser Bereich seiner Forschungen soll uns insbesondere interessieren. Das zweite Newton'sche Gesetz sagt nämlich, dass ein Körper, auf den eine Kraft ausgeübt wird, beschleunigt wird. Der Körper verändert seine Geschwindigkeit proportional zur Kraft, die auf ihn einwirkt. Gleichzeitig wird die Beschleunigung bei gleicher Kraft umso kleiner, je größer die Masse des Körpers ist. Also verdoppelt sich die Beschleunigung bei doppelter Kraft und gleichzeitig verringert sich die Beschleunigung um die Hälfte, wenn die gleiche Kraft auf einen Körper von doppelter Masse einwirkt. Das ist logisch und nachvollziehbar: Je mehr Kraft man aufwendet, desto stärker beschleunigt man ein Objekt, allerdings braucht man umso mehr Kraft, je massiger das Objekt ist. Klarer Fall. Warum ist das wichtig für die Sache mit der Zeit? Weil Geschwindigkeiten mit Hilfe der Zeit gemessen werden. Kilometer pro Stunde wäre ein populäres Beispiel.
Zusätzlich hat Newton schlaue Dinge über die Gravitation gesagt, die im späteren Verlauf notwendig mit dem Verständnis des Zeitbegriffs zusammenhängen. Er hat erzählt, wie man die Kraft der Gravitation bestimmen kann, nämlich wüchse die Kraft, mit der sich zwei Körper anziehen, proportional zu den Massen der jeweiligen Körper. Hätten wir also zwei Körper, A und B, und würde sich die Masse von A verdoppeln, so wäre auch die Anziehungskraft zwischen beiden Körpern um das Doppelte gewachsen. Daraus wird ersichtlich, weswegen alle Körper gleich schnell zur erde fallen: Ein Körper mit doppeltem Gewicht wird zwar mit doppelter Schwerkraft angezogen, allerdings besitzt er ebenfalls die doppelte Masse, was nach Newtons zweitem Gesetz bedeutet, dass er nur die halbe Beschleunigung erfährt. Beide Effekte heben sich exakt auf.

Gut. Jetzt kommt die relative Bewegung.
Es gibt keine absolute Ruhe. Als einfaches Beispiel kann man nämlich mit gleichem Recht behaupten, dass ein Zug auf der Erde nordwärts fährt, wie, dass sich die Erde südwärts dreht. Wie will man den Unterschied erahnen?
Säße man in einem Abteil eines fahrenden Zuges, und würde der Zug sich völlig stoßfrei fortbewegen, gäbe es keine Möglichkeit festzustellen, ob man sich in Ruhe befände oder nicht. Würde man in diesem Abteil mit ein paar Bällen jonglieren, würden diese das gleiche Verhalten aufweisen, als stünde man regungslos auf dem Bahnsteig. Es macht keinen Unterschied.
Das hat Konsequenzen. Nämlich bedeutet ein Mangel der absoluten Ruhe, dass man nicht präzise sagen kann, ob zwei Ereignisse am gleichen Ort im gleichen Raum stattfanden. Mal angenommen, man säße weiterhin in seinem Abteil und fände es witzig, einen seiner Bälle auf dem Boden hüpfen zu lassen. Der Ball springt lediglich zweimal, bevor man ihn wieder auffängt. Lässt man ihn zweimal an der gleichen Stelle abprallen, ist der räumliche Abstand beider Stellen null. Für einen Beobachter am Bahngleis wäre je nach Fahrtgeschwindigkeit des Zuges und Hüpfgeschwindigkeit des Balls eine Entfernung beider Aufprallpunkte von mehreren Metern zu beobachten. Genauso kann einem solchen Ball, der gerollt wird, jede beliebeige Geschwindigkeit zugewisen werden, je nachdem, von welchem Bezugssystem aus man misst. Der Spielede im Zug sähe seinen Ball mit 10 km/h rollen, während der Beobachter vom Bahngleis die Geschwindigkeit des Zuges hinzuaddieren müsste. Und wer ist nun im Recht?
Beide haben das vollste Recht, Anspruch auf Richtigkeit ihrer Messergebnisse zu erheben und tatsächlich haben auch beide Recht. Denn es gibt keine absolute Ruhe, die man dem Beobachter am Bahngleis oder dem Ballspieler im Zug zuschreiben könnte.

Das Licht hat eine bestimmte Geschwindigkeit. Sie wurde in Experimenten, die ich einfach vernachlässige, gemessen. Sie ist endlich, wenn auch sehr hoch: rund 300.000 km/s (Kilometer in der Sekunde). Das ist schnell wie Scheiß.e. Der echte Trick ist aber, dass sich das Licht tatsächlich mit einer konstanten Geschwindigkeit fortbewegt, unabhängig vom Bezugssystem. Wäre der im Zug gerollte Ball also ein Lichtteilchen (Photon), würde der Beobachter am Bahngleis, als auch der Passagier im Zug, so wie jeder andere auch, eine übereinstimmende Geschwindigkeit messen. Die Lichtgeschwindigkeit ist unabhängig von der Geschwindigkeit des Beobachters immer gleich. Das ist witzig und hat ebenfalls weitreichende Konsequenzen. Käme der Passagier im Zug nämlich auf die Idee, eine Taschenlampe zu aktivieren, könnte er sich, genau wie beim Beispiel mit dem rollenden Ball, mit dem Beobachter am Bahnsteig lange darüber streiten, welche Entfernung der Lichtstrahl zurückgelegt hat. Über die Geschwindigkeit des Lichts könnten sie sich allerdings nicht streiten, denn die ist immer gleich. Nun ist es aber so, dass zwei unterschiedliche Entfernungen bei gleicher Geschwindigkeit niemals in gleicher Zeit zurückgelegt werden können, oder anders, dass bei gleicher Geschwindigkeit nur in unterschiedlicher Zeit eine unterschiedliche Strecke bewältigt werden kann. Daraus folgt, dass beide Beobachter ein eigenes Zeitmaß haben müssen. Dies ist mehr oder weniger der Inhalt von Einsteins Spezieller Relativitätstheorie, in der er der Welt vorschlug, sich dem Begriff der absoluten Zeit zu entledigen.

Ein weiteres populäres Beispiel, das direkt den relativen Zeitverlauf verdeutlicht: Die Lichtuhr. Ein Gebilde aus zwei gegenüberliegenden Spiegeln in fixer Entfernung, zwischen denen ein Photon reflektiert wird. Jedesmal, wenn das Photon auf den unteren Spiegel auftrifft, wofür es genau ...eine milliardstel Sekunde braucht, markiert ein Tonsignal das Ereignis. Mit diesem Gerät kann man wie mit einer Stoppuhr arbeiten: Man hat zwei Ereignisse, die in einer bestimmten zeitlichen Entfernung voneinander liegen und zählt die Anzahl der Ticks innerhalb dieser Zeitspanne. Nun nehmen wir an, wir hätten noch eine zweite Uhr dieser Sorte, diese sei aber nicht stationär wie die erste, sondern einer konstanten Bewegung unterzogen. Natürlich wissen wir, dass das Photon weiterhin an gleicher Stelle der Spiegel reflektiert würde, so wie es der hüpfende Ball im fahrenden Zug täte (denn die bewegte Uhr könnte mit Recht behaupten, sie befände sich in Ruhe, während er Rest der Welt sich bewegt). Was beobachten wir in einer solchen Situation, wenn wir mit beiden Uhren die Zeitspanne zwischen zwei Ereignissen messen wollen? Die Entfernung, die das Photon aus unserer Perspektive zurücklegen muss, ist bei der bewegten Uhr aufgrund der leichten Diagonale größer, die Geschwindigkeit jedoch, mit dem das Licht vorankommt, ist die gleiche. Da das Licht eine längere Strecke zu bewältigen hat, tickt diese Uhr weniger häufig. Da die Anzahl der Ticks direkt wiedergibt, wieviel Zeit vergangen ist, ist klar ersichtlich, dass sich der Zeitverlauf der bewegten Uhr verlangsamt hat.



Aufgrund der Äquivalenz von Energie und Masse (eine Konsequenz der Speziellen Relativitätstheorie Einsteins), die besagt, dass Energie und Masse austauschbar und nur zwei Formen der selben Sache sind, eröffnet sich eine weitere Konsequenz, denn je rascher sich ein Objekt bewegt, desto mehr Energie bestzt es. Deswegen muss die Energie, die ein Objekt aufgrund seiner Geschwindigkeit hat, zu seiner Masse hinzukommen (damit Masse und Energie äquivalent bleiben). Das bedeutet, dass ein Objekt an Masse zunimmt, je schneller es sich bewegt, und natürlich erfordert die weitere Beschleunigung dieses Körpers aufgrund steigender Masse immer mehr Energie. Je mehr die Geschwindigkeit sich der Lichtgeschwindigkeit nähert, desto rascher nimmt das Objekt an Masse zu, sodass mehr und mehr Energie erforderlich wäre, um es weiter zu beschleunigen. Laut der Speziellen Relativitätstheorie kann ein massiges Teilchen niemals Lichtgeschwindigkeit erreichen, weil seine Masse dann unendlich wäre und entsprechend einer unendlichen Energie zur Beschleunigung bedürfte. Photonen haben keine Ruhemasse, deswegen gilt das für sie nicht. Die Lichtgeschwindigkeit stellt laut der Speziellen Relativitätstheorie also eine definitive Geschwindigkeitsbarriere dar. Es kann nichts geben, das sich schneller als mit dieser Geschwindigkeit ausbreitet, schon garnicht Materie, denn diese hat in der Regel Masse. Die SRT war nicht einfach zu akzeptieren, insbesondere deswegen, weil diese Theorie mit einem jahrhundertelang erprobten und bewährten Gesetz im Widerspruch stand; nämlich der Newton'schen Gravitationstheorie. Newton:

Zitat

Er hat erzählt, wie man die Kraft der Gravitation bestimmen kann, nämlich wüchse die Kraft, mit der sich zwei Körper anziehen, proportional zu den Massen der jeweiligen Körper. Hätten wir also zwei Körper, A und B, und würde sich die Masse von A verdoppeln, so wäre auch die Anziehungskraft zwischen beiden Körpern um das Doppelte gewachsen.

In dieser Rechnung wird ausschließlich die Masse und die Entfernung (habe ich vorhin nicht erwähnt) der beiden Körper in Betracht gezogen, keineswegs aber die Zeit. Das bedeutet, dass zum Beispiel die Gravitationskraft, die die Sonne auf die Erde ausübt, infolge derer unser Planet in seiner Bahn bleibt, einen instantanen Abbruch erführe, wenn die Sonne plötzlich einfach so verschwände. Das würde aber bedeuten, dass sich eine Information schneller als das Licht fortbewegen würde, denn dieses braucht von der Sonne zur Erde etwa acht Minuten. Einsteins Überlegungen und Newtons Theorie erwiesen sich als unvereinbar. Newtons Theorie galt als richtig, weswegen Einsteins SRT in den Verdacht geriet, einen Fehler zu beherbergen, obwohl sie die konstante Lichtgeschwindigkeit, an der die Physik zu jener Zeit zu beißen hatte, gut erklären konnte.

Also verschwand Einstein in seinem Arbeitszimmer. Er kehrte mit der Allgemeinen Relativitätstheorie wieder, in der er, wie zuvor für den Zeitbegriff, ein Umdenken in Bezug auf die Gravitation verlangte. Um es kurz zu machen, hier nur die Essenz seiner Erkenntnisse: Beschleunigte Bewegung und Gravitation sind sehr miteinander verbunden. Säße man in einer dunklen abgeschlossenen Kammer, die frei im All schwebte und sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegte, hätte man keine Möglichkeit herauszufinden, ob man sich im Stillstand befände und der Rest der Welt sich bewegt, oder ob man selbst in Bewegung ist und alles andere steht. Würde nun die Kammer eine Beschleunigung erfahren, so hätte man ein echtes Gravitationserlebnis. Es wäre aber unmöglich zu sagen, ob die Kammer einer Beschleunigung unterworfen wäre, oder ob man sich weiterhin in Ruhe befände und durch das Gravitationsfeld eines großen Körpers zu einer Seite der Kammer gedrückt würde. Man kann also durch Beschleunigug das erzeugen, was sich für uns wie die Schwerkraft anfühlt. Dieser Umstand erlaubte Einstein die rätselhafte Gravitationskraft, derer Vorhandensein zwar unbestritten und derer Auswirkungen berechenbar waren, greifbar zu machen. Denn schon Newton zu seiner Zeit wusste nicht, was zur Hölle eigentlich die Gravitationskraft ist. Sie ist da, soviel ist sicher, aber was zum Teufel ist ihr Auslöser und wodurch wird sie übertragen? Einsteins raffiniertes Upgrade der SRT zur ART entdeckte eine mögliche Antwort auf diese Fragen, und was noch wichtiger ist: Die allgemeine Relativitätstheorie hatte das Potential, die Ungereimtheiten zwischen Newtons Ideen und der SRT auszulöschen. Doch dazu benötigte Albert noch ein weiteres Gleid in der Kette, die Gravitation und beschleunigte Bewegung verband: Die Krümmung der Raumzeit.

Sorry, aber den Rest schreibe ich ein andernmal, habe jetzt keine Zeit mehr.

6    Samstag, 11. August 2007 um 18:31 Uhr

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Entschuldige. Vielleicht hätte ich auf vieles verzichten können, aber es erschien mir alles notwendig, um die Entwicklung des Zeitbegriffs verständig zu machen. Außerdem kann es natürlich sein, dass ich nicht gut darin bin, Dinge zu vermitteln.
Naja, ich gehe mich jetzt betrinken. Morgen werde ich das alles noch weiter ausarbeiten. Guten Abend.

8    Montag, 10. Dezember 2007 um 23:55 Uhr

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Zitat von Anika;137899

Ich habe gelesen, dass die Zeit "gekrümmt" sein soll. Wie ist das möglich?

in der allgemeinen relativitätstheorie werden raum und zeit als eine vierdimensionale einheit, die sogennante raumzeit, betrachtet, sowie das gravitationsfeld durch eine krümmung dieser raumzeit beschrieben. d.h. die zeit an sich ist im engeren sinne nicht gekrümmt (und existiert für sich alleine gar nicht!), sondern nur als teil der vierdimensionalen raumzeit.