Was ist Zeit?

von Gabor Paal am 13.03.2013, Kommentar hinzufügen

Physikalisch gesehen ist Zeit das, was Uhren messen. Das mag unbefriedigend klingen, aber diese Definition entspricht nicht nur unserem Alltagsverständnis, sondern auch Einsteins Relativitätstheorie. Einstein hat ja gesagt, Zeit ist relativ, und damit meinte er, dass Uhren, die sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit durch den Raum bewegen, unterschiedlich schnell ticken. Das hat man auch nachgewiesen: Wenn man eine hochpräzise Uhr in einem Flugzeug einmal um die Erde fliegen lässt, dann geht diese Uhr langsamer, als wenn sie an Ort und Stelle geblieben wäre. Und zwar geht sie nicht deshalb langsamer, weil sie im Flugzeug durch irgendetwas gebremst worden wäre, sondern weil die Zeit in schnell bewegten Körpern wirklich langsamer vergeht, relativ zu einem statischen Beobachter. Zeit ist in diesem Sinn also wirklich das, was Uhren messen. Auch die Maßeinheit der Zeit, die Sekunde, ist nur auf diese Weise definiert. Nur dass die „Uhr“ in diesem Fall ein Cäsium-Atom ist: Ein Cäsium-Atom „schwingt“ rund 9 Billionen Mal in der Sekunde und deshalb sagen Physiker einfach: Das ca. 9,192 Billionen-Fache dieser Schwingungsdauer definieren wir als „Sekunde“.

Das ist die pragmatische Definition – aber wie kann man das tiefere Wesen der Zeit beschreiben?

Die Frage ist: Muss man sich die Zeit als etwas vorstellen, was immer kontinuierlich „fließt“? Da wissen die Physiker heute: Zum einen ist die Zeit – ähnlich wie der Raum – nichts, was unabhängig von allem einfach da wäre. Wir stellen uns ja die Zeit oft wie ein Raster zwischen Vergangenheit und Zukunft vor, das „da ist“, und dann „passiert“ darin irgendetwas. Auch da hat Einstein gezeigt, dass das nicht so ist. Sowohl Raum als auch Zeit werden durch die Materie und die Energie im Weltall sozusagen erst aufgespannt. Zum mutmaßlichen Beginn des Universums, beim sogenannten Urknall, versagen diese physikalischen Gesetze und es ist völlig unklar, ob es überhaupt eine Zeit vor dem Urknall gab oder ob die Zeit als solche erst mit dem Urknall angefangen hat zu existieren. Die Frage „Was war vorher?“ ergäbe dann auch keinen Sinn mehr, denn wenn es keine Zeit gibt, gibt es auch kein „vorher“ und „nachher“. Ein weiteres Phänomen der Zeit ist, dass sie möglicherweise im Kleinen „gequantelt“ ist. Das heißt, bildhaft gesprochen, verrinnt die Zeit nicht gleichmäßig, sondern sie tropft in winzig kleinen Zeitportiönchen, die natürlich viel kürzer sind, als wir das wahrnehmen können.

Ein grundsätzlicher Unterschied zum Raum ist doch auch, dass man sich in der Zeit nicht rückwärts bewegen kann.

Das ist ein weiteres Merkmal: Der sogenannte Zeitpfeil. Die Zeit kennt in unserem Empfinden nur eine Richtung. Die Zeit können wir nicht anhalten, nicht zurückdrehen, sie fließt von der Vergangenheit in die Zukunft und trennt Ursache und Wirkung. Die Vergangenheit ist das, was geschehen ist und sich nicht mehr ändern lässt, die Zukunft ist offen. Das ist erstaunlich, weil in der klassischen Physik – auch bei Einstein – die Zeit keine Richtung hat. Die Bewegungsgesetze gelten vorwärts wie rückwärts. Wenn ich eine Billardkugel filme, wie sie auf dem Billardtisch rollt, könnte ich den Film auch rückwärts laufen lassen, ohne dass es auffallen würde. Anders ist es, wenn ich eine Glasscheibe filme, die zerbricht – hier sehe ich sofort, wenn der Film rückwärts läuft, wenn sich die Scherben wieder zur Scheibe zusammensetzen. Das liegt an der sogenannten Entropie: Ereignisse entwickeln sich so, dass die Welt insgesamt tendenziell unordentlicher wird. Und wenn sie doch irgendwo ordentlicher wird – etwa wenn wir den Abwasch machen – dann geht das nur, weil wir anderswo – in dem Fall im Abwasser – Unordnung schaffen. Diese Zunahme der Unordnung ist es, die physikalisch der Zeit eine Richtung gibt. Im Umkehrschluss bedeutet das, die Energie des Universums muss am Anfang extrem „geordnet“ gewesen sein – sonst hätte es ja gar nicht die Möglichkeit, immer ungeordneter zu werden. Wenn man das aber wieder zu Ende denkt, ist es vorstellbar, dass das Universum in vielen Milliarden Jahren irgendwann einen maximal ungeordneten Zustand annimmt. Das wäre dann eine Art Strahlenbrei; und in diesem maximal ungeordneten Zustand würde sich der Zeitpfeil sozusagen auflösen, das Universum wäre so monoton, dass zumindest im Kleinen die Vergangenheit sich von der Zukunft nicht mehr unterscheidet; es gibt keine Ursachen und keine Wirkung.

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Beantwortet von Gabor Paal am 13.03.2013 in Astronomie und Raumfahrt, Geschichte und Archäologie, Mathematik und Physik.

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