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Das Universum ist sich in Zeitfragen nicht immer so einig, wie man vielleicht denken sollte

Und wie spät ist es in deinem Raumschiff?

Eigentlich ist doch alles ganz einfach: „Zeit ist das, was man von der Uhr abliest“, hat Albert Einstein einst gesagt. Von einem metaphysischen Mysterium wollte das Physik-Genie nichts wissen. Dabei war gerade er es, der unseren Zeitbegriff gehörig ins Wackeln brachte. Denn spätestens bei einem kühnen Flug durchs Weltall, vorbei an Schwarzen Löchern und Neutronensternen, sorgt die schlichte Frage „Wie spät ist es?“ mitunter für überraschende Antworten.

veröffentlicht am 21.03.2011 um 10:45 Uhr
aktualisiert am 31.10.2016 um 14:49 Uhr

Frank Henke

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Reporter zur Autorenseite

Aber beginnen wir auf der Erde – und das vor über 300 Jahren. Isaac Newton ging damals von einer „wahren und mathematisch“ absoluten Zeit aus – einheitlich und überall gültig. Letztlich war sie für ihn sogar nicht weniger als ein Hinweis auf die Allgegenwart Gottes.

Einstein meldete – wie vor ihm bereits der Franzose Henri Poincaré – Zweifel an: Zeit, so das Ergebnis ihrer Überlegungen, ist weniger eine Sache Gottes als die von Uhren und Standorten. „Wenn Sie mir von irgendwo im Raum aus zurufen: ,Es ist jetzt 12 Uhr‘, braucht das Signal eine gewisse Zeit, bis es mich erreicht“, erklärt Prof. Dr. Matthias Bartelmann vom Institut für Theoretische Astrophysik an der Uni Heidelberg. „Wenn ich mich von Ihnen weiter im Raum entferne und Sie dann sagen: ,Es ist jetzt 12.05 Uhr‘, braucht das Signal eine noch längere Zeit, bis es mich erreicht.“ Die Zeit – wie auch der Raum – ist also letztlich abhängig vom Betrachter. Während in diesem Beispiel noch die Geschwindigkeit des Schalls für die Verzögerung sorgt, steht im Mittelpunkt von Einsteins Überlegungen das Licht. „Wenn ich die Sonne jetzt abschalten würde“, erklärt Bartelmann, „würde ich das auf der Erde erst in acht Minuten sehen. Ich kann die Entfernung zur Sonne also durch diesen zeitlichen Abstand ausdrücken.“ In Lichtjahren oder in diesem Fall: Lichtminuten. Wie schon im Beispiel mit der Zeitansage entsteht ein Zusammenhang zwischen Raum und Zeit, sie lassen sich sogar ineinander umrechnen. „Und das führte zu der Überlegung, dass Raum und Zeit möglicherweise gar nicht so grundlegend verschieden sind“, erläutert Prof. Dr. Jens Niemeyer, Astrophysiker an der Universität Göttingen. Mathematiker, wie zu Beginn des 20. Jahrhunderts der Göttinger Hermann Minkowski, sehen in Einsteins Relativitätstheorie eine so enge Verwandtschaft zwischen Raum und Zeit, dass sie fortan von Raumzeit sprechen.

Eine besonders verblüffende Erkenntnis aus Einsteins Spezieller Relativitätstheorie lautet jedoch: Zeit lässt sich dehnen. Die Uhr des Passagiers in einem fahrenden Zug läuft aus Sicht eines Mannes auf dem Bahnsteig langsamer als seine eigene. Umgekehrt gilt das – zumindest in diesem Fall – genauso: Für den Bahnfahrer läuft die Uhr des Wartenden langsamer. Auf die Spitze getrieben wird dieser Effekt der „Zeitdilatation“ im sogenannten Zwillingsparadoxon: Ein Zwilling geht an Bord eines Raumschiffs und fliegt mit nahezu Lichtgeschwindigkeit zu einem fernen Stern und kehrt anschließend mit derselben Geschwindigkeit wieder zurück. Von der Erde aus gesehen vergeht die Zeit an Bord der Rakete langsamer. Nach seiner Rückkehr stellt der Astronaut fest, dass er deutlich weniger gealtert ist als sein Bruder auf der Erde.

Auch mit Einsteins zweiter, der Allgemeinen Relativitätstheorie geht es oft tief ins Weltall, denn hier kommt die Gravitation ins Spiel. „Wenn ich mich in der Nähe eines Schwarzen Loches aufhalte und Ihnen mit einem Lichtsignal die Uhrzeit mitteile – erst 12 Uhr, dann 12.05 Uhr – dann kommen die Signale mit einem deutlich größeren Zeitunterschied bei Ihnen an“, gibt Bartelmann ein Beispiel. Der Grund: „Außerhalb des Gravitationsfeldes läuft Ihre Uhr schneller.“ Zeit ist also auch von dem Gravitationsfeld abhängig, in dem die Uhr des Betrachters tickt.

Gravitation war für Einstein ein physikalisches Feld, das beschreibt, wie sehr die Materie die Raumzeit krümmt – in etwa so wie Metallkugeln eine gespannte Kunststofffolie. Diese gekrümmte Raumzeit verändert den Lauf anderer Himmelskörper und kann sie beispielsweise auf eine Umlaufbahn zwingen, so wie die Masse der Sonne die Erde. Sogar das Licht wird von der gekrümmten Raumzeit abgelenkt.

Besonders stark ist die Gravitation in der Nähe eines Schwarzen Loches. Um dieses herum gibt es einen Bereich, in dem die Raumzeit so stark verzerrt ist, dass nichts – also noch nicht einmal Licht – herausgelangen kann. „Wenn ich als Astronaut das Pech habe, zu nah an ein Schwarzes Loch heranzufliegen, klappt der Zeitpfeil in die räumliche Richtung um“, erläutert Prof. Bartelmann. Die Dimensionen kippen: „Was der Astronaut als räumlichen Abstand wahrnimmt, würden wir aus sicherer Entfernung als zeitlichen Abstand wahrnehmen.“ Die Konsequenz für den Astronauten ist höchst unerfreulich: Denn in der Bewegung durch den Raum können wir anhalten – in der durch die Zeit jedoch nicht. „Wenn Sie einen bestimmten Abstand zum Schwarzen Loch unterschritten haben, müssen Sie da rein, da hilft nichts – so wie es garantiert Abend wird.“

Doch wie finden Kosmologen trotz aller zeitlichen Unregelmäßigkeiten durch die vielen großen und kleinen Gravitationsfelder im Weltall einen gemeinsamen Nenner für die Zeit im Weltall? Wie ist eine Aussage wie „Das Weltall ist 13,7 Milliarden Jahre alt“ in diesem Zeit-Durcheinander überhaupt möglich? „Eine objektive Zeit gibt es nicht“, sagt auch Astrophysiker Jens Niemeyer. Doch auf ganz großen Skalen sei das Universum dann wieder sehr einheitlich. „Statistisch ist das Weltall homogen. So ist es möglich ein Zeitmaß zu finden, dass die große, gemittelte Struktur beschreibt.“ Ein Zeitmaß für das Universum im Durchschnitt also, nicht aus dem Gravitationsfeld heraus, in dem man gerade sitzt. „Die Kosmologie ist da einfacher, als es die Allgemeine Relativitätstheorie suggeriert“, sagt Niemeyer.

Bei einer Frage stößt die Kosmologie dann jedoch an ihre Grenzen: Gab es Zeit vor dem „Big Bang“? „Hinter den Urknall können wir nicht zurückrechnen“, erklärt Bartelmann. Zwar gebe es Überlegungen – „sehr spannend, sehr spekulativ“ –, dass dies unter bestimmten Bedingungen möglich ist. Doch noch fehlten die theoretischen Voraussetzungen. Und so lange mache die Suche nach der Zeit vor dem Urknall für die Wissenschaftler schlicht keinen Sinn.

Kein Zurück: Das TV-Raumschiff Enterprise fliegt in ein Schwarzes Loch.

Seit Einsteins Relativitätstheorie ist klar: Ein objektives Maß für die Zeit gibt es nicht. In Theorien und Gedankenspielen dringen Wissenschaftler seitdem immer wieder wie einst Captain Kirk tief in die unendlichen Weiten des Weltalls vor – schwere zeitliche Turbulenzen eingeschlossen.



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