Zeit ist relativ
72 Millionen Stundenkilometer - das ist sicherlich eine Geschwindigkeit, bei der Schumi neidisch im Rückspiegel zurückbleibt. Mit solch unvorstellbar großer Geschwindigkeit sausen Lithium-Ionen durch einen Ring am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg. Es hat seinen Preis, dass die Teilchen Schumi in dieser Maßlosigkeit deklassieren: die Zeit dehnt sich, d.h. während beim Teilchenbeobachter 10 Sekunden vorstreichen, vergehen bei den Teilchen tatsächlich 10,02 Sekunden. Gut, zwanzig Millisekunden Unterschied sind nicht viel für einen Marathonläufer - aber für einen 100-Meter-Sprinter sind es Welten. Zwanzig Millisekunden Unterschied sind auch viel, wenn man doch als Mensch des Alltags die Zeit als absolut erlebt, die scheinbar nicht vom Bewegungszustand abhängt.
Folgen der Speziellen Relativitätstheorie
Einstein hat diesen Zeitdehnungseffekt schon vor mehr als hundert Jahren entdeckt, nämlich bei der Formulierung der Speziellen Relativitätstheorie 1905. Er forderte die Konstanz der Vakuumlichtgeschwindigkeit und brachte damit die Relativität von Zeit und Länge in die Welt - eine physikalische und erkenntnistheoretische Revolution!
Erneute Bestätigung der gedehnten Zeit
Physikern der Johannes Gutenberg-Universität Mainz gelang nun die extrem präzise Bestätigung des Einsteinschen Zeitdehnungseffektes in Zusammenarbeit mit Kollegen aus Garching. Die Physiker am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching sind Experten in der Laserphysik, wie die Würdigung des Garchinger Forschers Theodor Hänsch mit dem Physik-Nobelpreis 2005 belegt. Der Laser dient im Experiment mit den Lithium-Ionen dazu, um die Ionen anzuregen. Die Anregung hat einen charakteristischen, zeitlichen Verlauf, der wie eine von den Ionen mitgeführte Uhr fungiert. Damit war es möglich den Zeitdehnungseffekt sehr genau zu messen.
Zeitdehnung durch den sich ausdehnenden Kosmos
Die KOSMOlogs haben einen Bezug zum Weltall und natürlich hat dieses erste Blog Posting mit dem Kosmos zu tun. Einsteins Theorie ist das richtige mathematische Werkzeug, um das Universum als Ganzes zu beschreiben. Noch vor hundert Jahren waren die Pioniere der kosmologischen Forschung überzeugt, dass das Universum unveränderlich, starr und ewig sei. Heute wissen wir, dass es einen Anfang vor knapp 14 Milliarden Jahren gab. Dieser heiße Beginn im Kleinen ist sehr bekannt unter dem Begriff Urknall und führte zur heute beobachteten Kälte im Großen. Die Expansion von klein nach groß wird (vermutlich) angetrieben durch eine rätselhafte Energieform namens Dunkle Energie. Vielleicht wirkt sich das Vakuum selbst kosmologisch als Antrieb für die Expansion aus - das wird aktuell erforscht. In der Kosmologie hat dieser Zeitdehnungseffekt (Zeitdilatation) ebenfalls eine Bedeutung: So klingt die Helligkeit weit entfernter Sternexplosionen viel langsamer ab, weil die Zeit durch die Expansion des Universums gedehnt wird. Der Effekt wird umso stärker, je weiter die Sternexplosion entfernt ist. Hier ist es also ein Effekt von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie - die Zeitskala der Lithium-Ionen allerdings wird durch den Effekt der Speziellen Relativitätstheorie gedehnt.
Einsteins relative Zeit
Albert Einstein hatte also Recht. Immer wieder belegen moderne physikalische Experimente seine bahnbrechenden Erkenntnisse über Raum und Zeit. Zeit und Länge sind relativ, die Lichtgeschwindigkeit und das Wegelement sind absolut. Eigentlich wussten wir das schon immer: Während die Zeit im Wartezimmer des Hausarztes äonengleich dahin kriecht, verfliegt sie in den Armen des/der Angebeteten im Nu.
Quelle:
Pressemitteilung der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, 22.11.07
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"Heute wissen wir, dass es einen Anfang vor knapp 14 Milliarden Jahren gab."
Ich habe da mal eine Frage. Ich habe nicht so richtig viel Ahnung davon (eigentlich gar keine ;-) ), aber die Zeit ist ja nicht absolut, sondern wird unter anderem durch die Schwerefelder beeinflußt. Und unterschiedliche Schwerefelder gibt es ja im Kosmos genug. Wieso kann man dann von einem Kosmosalter von 14 Milliarden Jahren ausgehen?
Davon mal abgesehen, finde ich den Artikel sehr verständlich geschrieben.
Was ist aber wenn das Licht eher ankommt als Es startete?
Gilt dann immer noch c?
Zwischen gemessener Rotverschiebung und gemessener Helligkeit von entfernten Supernovas gab es ab einer bestimmten Entfernung eine messbare Differenz, die um so größer wurde, je weiter und damit älter die Supernovaereignisse waren. Die Diskrepanz hat man mit einer beschleunigten Expansion versucht zu erklären. Hierzu brauchte man Dunkle Energie, die diese beschleunigte Expansion antreibt.
Meine Frage ist nun die, ist die ebenfalls langsamere Abnahme der Helligkeit die durch die Zeitdillatation entsteht, schon berücksichtigt?
Ich habe in den Artikeln über die Dunkle Energie und der beschleunigten Expansion nämlich davon nichts gelesen.
Freundliche Grüße
Peter Loskarn
Sehr geehrter Herr Müller
Ein sehr interessanter Beitrag, der sicher ein Teil der Kritiker der Speziellen Relativitätstheorie sehr nach denklich machen sollte.
Was mich aber stört, ist Ihre Verwendung der unphysikalische Einheit für die Geschwindigkeit:"Stundenkilometer". Ich bin mir sicher, dass Albert Einstein dabei nicht "vertikal Genickt" hätte. Das ist etwa so, wie wenn ich in einer Stunde zwei Bier trinke und dann diese mit zwei "Stundenbier" bezeichnen würde.
Gruss Hans Ackermann
Lieber Herr Huhn,
Ihr Einwand ist vollkommen gerechtfertigt: Massen und Energien beeinflussen den Ablauf der Zeit, und es kommt sehr auf den Standpunkt des Beobachters an, wie die Zeit vergeht.
Die 13,7 Milliarden Jahre sind bezogen auf einen Beobachter, der nicht diesen lokalen Effekten durch Massen/Energien unterliegt. In der Kosmologie kann man die so genannte kosmische Zeit aus bekannten Parametern (Hubble-Konstante, Energiedichten) berechnen. Dieses Alter überprüft man z.B. mit dem tatsächlichen Alter von irgendwelchen Objekten im Kosmos, die besonders alt sind (irdischen Gesteinen, Mondgesteinen, Weißen Zwergen, ersten Sternen etc.). Diese Objekte müssen unterhalb des geschätzten Alters des Universums liegen – ansonsten gibt es einen Widerspruch zwischen Theorie und Experiment.
Bislang passen Theorie und Experiment sehr gut zusammen und stützen die 13,7 Milliarden Jahre.
Beste Grüße,
Andreas Müller
c = const gilt immer (c: Vakuumlichtgeschwindigkeit). Das ist eine Forderung der Relativitätstheorie, die bislang nicht widerlegt werden konnte. Es gibt aber auch (nicht bewährte) Theorien, die die Naturkonstante c in Frage stellen.
Beste Grüße,
Andreas Müller
Lieber Herr Loskarn,
die Astronomen, die Supernovadaten auswerten, berücksichtigen sämtliche Effekte: Zeitdilatation, Rotverschiebung, Zusammensetzung des Vorläufersterns, Rötung des Lichts durch Staub etc. Die Zeitdilatation verzerrt das Profil der Lichtkurve (Auftragung der Lichtintensität über der Zeit). Die Rotverschiebung unterdrückt in hoher Potenz den Strahlungsfluss, also die Helligkeit. Letztendlich sind Rotverschiebung und Zeitdilatation zwei Seiten derselben Medaille, wie man am Begriff der Frequenz = 1/Zeit klar machen kann: Zeitdilatation, also Zeitdehnung, ist eine Frequenzverringerung, also eine Wellenlängenerhöhung, d.h. eine Rötung des Lichts, kurz Rotverschiebung.
Ich nehme das so wahr, wie Sie, dass eine Darstellung der 'kosmologischen Zeitdilatation' in Zusammenhang mit Supernovae (Ia) gerne vergessen wird. Vor einiger Zeit gab es ein positives Gegenbeispiel: Bruno Leibundgut, ein international anerkannter Supernovaforscher von der ESO in Garching, hat in der Fachzeitschrift 'Sterne und Weltraum' (Mai/2005) den Effekt sehr gut erklärt.
Beste Grüße,
Andreas Müller
Lieber Herr Ackermann,
die Verwendung des Begriffs ‚Stundenkilometer‘ war ein Tribut an eine populärwissenschaftliche Formulierung. Letztendlich sind alle Einheitsbegriffe (Elle, Lichtsekunde, Gigaparsec, barn, Volt, Schwarzschildradien uvm.) eine Folge der Gewöhnung des Benutzers.
Beste Grüße,
Andreas Müller
Nun hatte ich jahrzehntelang geglaubt, alles verstanden zu haben: der zurückbleibende Zwilling altere schneller als sein fliegender Bruder! Und nun vergeht für die bewegten Teilchen mehr Zeit als für die ruhenden Kollegen.
Wo liegt mein Denkfehler?
Lieber Herr Kerntopf,
Sie haben gut aufgepasst und meine Verwechslung entdeckt. Bitte tauschen Sie die 10 Sekunden mit den 10,02 Sekunden aus - dann stimmt's. Und dann ist es auch konsistent mit dem berühmten Zwillingsparadoxon.
Das war also einerseits mein Fehler. Andererseits sind die Rollen im vorliegenden Beispiel (nicht bei den Zwillingen!) austauschbar. Es ist genauso richtg zu behaupten, dass aus der Sicht des bewegten Teilchens doch der Beobachter bewegt wird und daher nicht so schnell altert.
Das ist das Wesen der Relativität!
Beste Grüße,
Andreas Müller
Paradox ist also, wenn der Heimkehrer seinem Bruder sagt, "Du hattest aber eine bewegte Vergangenheit!" (Sorry)
Geschwindigkleit= S/T
Wenn aber T relativ ist, wie soll dann die Geschwindigkeit, und sei es die Lichtgeschwindigkeit konstant sein? Nur , wenn der Weg im entsprechenden Verhältnis verändert wird.
Habe ich das richtig verstanden? Bei mir in der Praxis vergeht die Zeit zwischen 8.00 Uhr u 20.00 Uhr immer extrem schnell.
Wie lautet denn die physikalische Definition von Zeit?
Zeit ist in der Physik eine Art Ordnungsparameter. In der theoretischen Physik kann man den Parameter t definieren, um die Dynamik von Beobachtungsgrößen zu charakterisieren. Ganz wichtig in der Physik sind Erhaltungsgrößen, deren erste Ableitung nach der Zeit verschwindet.
Zeit kommt auf unterschiedliche Weise in die Physik, z.B. in der klassischen Thermodynamik (Wärmelehre) findet man eine Größe namens Entropie, die mit der Zeit gleichbleibt oder zunimmt. In diesem 2. Hauptsatz der Thermodynamik steckt der thermodynamische Zeitpfeil.
Weiterhin kann man die Zeit kosmologisch definieren, weil das Universum in seiner Größe immer zunimmt. Das Weltall dehnt sich aus. Es kann gezeigt werden, dass dieser kosmologische Zeitpfeil mit dem o.g. thermodynamischen in Verbindung gebracht werden kann.
In der Relativitätstheorie wird die Zeit mit dem Raum in Verbindung gebracht und man findet die Relativität der Zeit, weil die Vakuumlichtgeschwindigkeit als fundamentale Naturkonstante postuliert wird.
Das, was wir im Alltag als Zeit erleben, kann in der Physik als Ordnungsparameter aufgefunden werden, der die Dynamik von Systemen parametrisiert. Einsteins Theorie lehrt uns dann, das dieser Ordnungsparameter einen lokalen Charakter hat, d.h. vom Bezugssystem bzw. Beobachter und vom Bewegungszustand abhängt.
Als weiterführende Literatur empfehle ich meinen Essay Was ist Zeit?.
Beste Grüße,
Andreas Müller
Verstehe ich das richtig, dass es keine einheitliche physikalische Definition der Zeit gibt, entsprechend anderen physikalischen Grössen wie Längen, Temperatur oder Masse?
Wird dadurch die Zeit relativ, weil sie jeder beliebig definieren kann?
Auch wenn in der Quantenphysik das Quantenvakuum die Beschleunigung des Photons verursacht (das Ziel verursacht die Bewegung) so ist doch nach dem durchlaufen des Quantenvakuum alles normal kausal.
kontrolliert ist
1=E/s²*E/t
In Worten:
Die Örtliche Konzentration der Quanten am Zielort ist umgekehrt Proportional zur Zeitlichen Konzentration der Quanten.
hallo leute ich hab ne frage was ist wenn erich von däniken recht hat dann müssen wir uns wirklich gedanken machen was sagt ihr da so
jean klein