Was ist Zeit? Versuch einer Erklärung

 

Zeit
Ich laufe in der Zeit und die Zeit läuft in mir – Collage, Linda Gerlach

Was ist eigentlich Zeit? Wie definiert man Zeit so, dass jedermann eine klare Vorstellung dieses Phänomens hat?
„Zeit“ war schon immer ein Phänomen, das zwar allgegenwärtig in wohl jedermanns Bewusstsein eine feste Größe hat, für jeden selbstverständlich nicht nur existiert sondern gar unser Leben maßgeblich bestimmt, dessen Wesen aber nicht einfach zu verstehen ist. Was ist eigentlich „Zeit“? Schon die Antwort auf diese Frage ist nicht einfach.Was heißt, die Zeit vergeht schnell oder langsam? Bewegen wir uns durch die Zeit oder bewegt sich die Zeit aus der Vergangenheit über die Gegenwart in die Zukunft? Was ist überhaupt Gegenwart, der heutige Tag, diese Minute, dieser Augenblick? Ist die Zeitrichtung auch umkehrbar, gibt es Vorgänge, die in der Zeit rückwärts laufen? In der Physik ist die Zeit neben dem Raum eine eigene Dimension, die langsamer oder schneller „vergehen“ kann, relativ zur Bewegung.Wie ist das zu verstehen?

Doch was ist eigentlich Zeit? Wie definiert man Zeit so, dass jedermann eine klare Vorstellung dieses Phänomens hat?

Im Duden heißt es : Ablauf, Nacheinander, Aufeinanderfolge der Augenblicke, Stunden, Tage, Wochen, Jahre

Das hilft uns nicht wirklich weiter. Zwar hat jeder dieser Begriffe eine zeitliche Komponente, doch bleiben sie vage Synonyme, die unsere „Zeit“ keineswegs erklären.

Wikipedia bleibt auf relativ sicheren Boden und sieht „Zeit“ zunächst als physikalische Größe.

Zeit beschreibt die Abfolge von Ereignissen heißt es sehr allgemein und verweist immerhin auf die Philosophie, die nach dem Wesen der Zeit fragt. Hier stoßen wir dann schnell auf die fundamentale Frage nach der objektiven Existenz von Zeit. Existiert Zeit also nur im menschlichen Bewusstsein oder ist sie objektiv gegeben? Auch hier gibt es keine eindeutige Antwort: Die Frage nach der Existenz der Zeit ist allerdings selbst schon problematisch, denn es ist schwierig anzugeben, was der Existenz-Begriff in Bezug auf die Zeit bedeuten soll.

Eine philosophische Ansicht ist, dass die Zeit ein Teil der fundamentalen Struktur des Universums ist – eine von Ereignissen unabhängige Dimension, in der Ereignisse nacheinander auftreten. Isaac Newton ist der prominenteste Vertreter dieser Theorie. Zeit ist immer gegeben, sie existiert unabhängig davon ob irgendetwas geschieht.

Die andere Ansicht ist, dass Zeit Teil einer grundsätzlichen Bewusstseinsstruktur ist, mit denen Menschen Ereignisse in eine Reihenfolge bringen oder vergleichen. Diese zweite Ansicht steht in der Tradition von Gottfried Leibniz und Immanuel Kant. Die Zeit ist eine notwendige Vorstellung, die allen Anschauungen zum Grunde liegt heißt es bei Kant in seinem Werk „Kritik der reinen Vernunft”.

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Collage von Xenia Marita Riebe auf Grundlage einer Illustration von Drushba Pankow

Die klassische Dreiteilung der Zeit

Dreifach ist der Schritt der Zeit:
Zögernd kommt die Zukunft hergezogen,
Pfeilschnell ist das Jetzt entflogen,
Ewig still steht die Vergangenheit.

Friedrich Schiller, Spruch des Konfuzius

Zukunft – Gegenwart – Vergangenheit, dies scheint eine praktische, allgemein akzeptierte Einteilung der Zeit zu sein und ähnlich metaphorisch wie Schiller sehen auch wohl die meisten Menschen den Lauf der Zeit. Demnach „verläuft“ die Zeit gemächlich aus der Zukunft kommend rasch über die Gegenwart, um sich in der Vergangenheit zu verlieren. Doch ist dies wirklich eine überzeugende Vorstellung vom Wesen der Zeit? Fließt die Zeit wirklich aus der Zukunft in die Vergangenheit und macht kurz in der Gegenwart halt? Ist es nicht vielmehr so, dass nur die Schnittstelle „Gegenwart“, das Jetzt, als Wirklichkeit existiert und diese Schnittstelle sich ständig weiter in eine mysteriöse Zukunft bewegt? Diese als Präsentismus bekannte Weltanschauung kommt meiner Vorstellung von Zeit am nächsten. Demnach existiert nur das Jetzt, die Gegenwart. Die Vergangenheit basiert auf Erinnerung, Zeugnisse, Rekonstruktionen. Die Zukunft ist Vorstellung, Erwartung, sind Modelle, Szenarien. Doch auch hier bleiben Fragen. Wie lange dauert dieses Jetzt? Können wir großzügig etwa diesen Sommer als das Heute, als die Gegenwart bezeichnen oder sollte man nicht streng genommen jeden sekundenlangen Augenblick als scharfe Schnittstelle zwischen Zukunft und Gegenwart ansehen?

Die Zeit ist eine physikalische Größe

Aber bleiben wir zunächst im Bereich der Physik. Zeit ist schließlich zunächst einmal eine physikalische Größe, die Eingang findet in viele Gesetze der Physik. Da ist die Leistung, also der Quotient aus verrichteter Arbeit und der dafür benötigten Zeit oder vereinfacht das Arbeitstempo, z.B. wie viel schaffe ich in einer Stunde. Fast die gesamte Arbeitswelt unterliegt dem Diktat der Leistung: Produktivität, Rentabilität und letztlich Gewinn oder Verlust sind leistungsabhängige Größen, die wiederum untrennbar mit der „Zeit“ korrelieren.

Wie weit durch wie lang – Geschwindigkeiten

Da ist die Geschwindigkeit, also Weg durch Zeit, die ebenfalls in jedermanns Bewusstsein einen festen Platz hat, wenn es auch schwer fällt, uns die Werte, die von den im Alltag bekannten Geschwindigkeiten stark abweichen, wirklich vorzustellen. Die Bewegung der Kontinentalplatten der Erde in der Größenordnung von einigen Millimetern im Jahr sind genauso wenig vorstellbar wie die übliche Geschwindigkeit von Meteoriten im All von etwa 20km pro Sekunde. Auch die Obergrenze aller Geschwindigkeiten, die Lichtgeschwindigkeit von 300 000km/s liegt natürlich jenseits aller Vorstellungskraft.

Zeiträume – unvorstellbar lang bis unvorstellbar kurz

Ebenso existieren in der Natur extreme Zeiträume, die für den Verstand nicht fassbar sind, aber dennoch gesicherte physikalische Größen darstellen. So gilt als die heute größte vergangene Zeit das Alter unseres Universums mit etwa 13,7 Milliarden Jahren. Ein absolut unvorstellbarer Zeitraum, versagt unsere Vorstellungskraft doch schon bei Zeiträumen, die nur wenige Generationen umfassen. Ebenso unvorstellbar ist der kürzeste Zeitraum, der physikalisch Sinn macht, die sogenannte Planck-Zeit. Die Planck-Zeit beträgt rund 5 mal 10⁻⁴⁴Sekunden und ist die Zeit, die Licht benötigt, um eine Strecke der Länge einer Planck-Länge zurückzulegen, die wiederum unvorstellbar klein ist.

Verdamp lang her – die Evolution

Unvorstellbare Zeiträume beherrschen auch den Lauf der Evolution und verleiten oft zu falschen Schlüssen. Das Leben existiert auf unserem Planeten seit etwa 4 Milliarden Jahren. In den ersten drei Milliarden Jahren waren es nur Einzeller, die sog Prokaryoten, Bakterien ohne Zellkern, die den Planeten über diesen ungeheuren Zeitraum allein für sich hatten. Mag der Mensch seit gut einer Million Jahre existieren, so sind die Eukaryoten gut drei tausendmal älter!

Man neigt dazu, Zeiträume, in denen ausgestorbene Tierarten lebten, zu unterschätzen. Das „Gastspiel“ der Dinosaurier auf unserem Planeten zum Beispiel dauerte immerhin fast 200 Millionen Jahre, eine ungeheure Zeitspanne verglichen mit der Geschichte des Homo Sapiens, die noch nicht einmal eine Million Jahre umfasst.

Aber auch die Bedeutung noch einigermaßen vorstellbarer Zeiträume darf nicht unterschätzt werden. Nach der Out-of-Africa Theorie besiedelten die Frühmenschen alle Kontinente. Dabei betrug die Ausbreitungsgeschwindigkeit nur 400 m im Jahr. Bei einer Lebensdauer von 40 Jahren wäre dies nur 16 km pro Generation, übertragen auf das heutige Kairo hieße das, ausgehend vom Zentrum hätte man also gerade mal die Vororte erreicht. Na und? Die Zeit war auch hier der entscheidende Faktor, Vor 200 .000 Jahren noch in Afrika, 100 000 Jahre später schon in Vorderasien, wieder 30 000 Jahre später in Südasien und noch mal 20 000 Jahre danach in Australien. Die Evolution lässt sich eben Zeit, unvorstellbar viel Zeit für ein Menschenleben, das in der Erdgeschichte nicht viel mehr als ein Wimpernschlag ist.

Der Zeitpfeil

Doch zurück zur Physik. Wie verhält es sich mit der Richtung der Zeit? Zeigt der Zeitpfeil immer nur in eine Richtung, lässt sich das Rad der Geschichte auch zurückdrehen? Wären demnach Zeitreisen in die Vergangenheit möglich?

Zur Beantwortung dieser Fragen müssen wir den Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik und hier vor allem die Entropie heranziehen. Die Entropie, vereinfacht ein Maß für die Unordnung, kann in einem geschlossenen System nie geringer werden. So kann Wärme nie von einem kälteren Körper in einen wärmeren übergehen. Hier ist die Richtung also eindeutig. Ein kleines Gedankenexperiment macht das deutlich.

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Digitale Collage, Xenia Marita Riebe

In einen Topf mit kaltem Wasser tauche ich einen kleineren Topf mit heißem Wasser, beide Töpfe zeigen gut sichtbare Thermometer, das Ganze dokumentiere ich mit einer Filmkamera. Das Video zeigt natürlich, wie die Wassertemperatur im kleinen Topf sinkt und die im großen ansteigt, bis irgendwann ein Gleichgewichtszustand mit identischen Temperaturen erreicht ist. Dies bedeutet für dieses System den Zustand der größten Entropie. Ließen wir das Video nun rückwärts laufen, also den Zeitpfeil umkehren, dann würde ein unbedarfter Beobachter vielleicht die verbotene Zeitrichtung nicht bemerken, also gar nicht sagen können, in welche Richtung der Film nun läuft.

Nun stellen wir uns dagegen eine Billardkugel vor, die eine andere Billardkugel stößt und dieser ihren Impuls, ihre Bewegungsenergie überträgt. Die stoßende Kugel kommt zum Stillstand, die gestoßene Kugel bewegt sich weiter. Schaut man einen Film dieser Szene, wird niemand entscheiden können, ob dieser nun vor- oder rückwärts läuft. Die Stoßgesetze sind eben symmetrisch in der Zeit würde der Physiker sagen.

Eindeutig zeigt der Zeitpfeil in nur eine Richtung bei folgendem Experiment. Man lasse eine schöne kostbare Vase aus beträchtlicher Höhe auf einen möglichst harten Boden fallen, filme den Vorgang und zeige den rückwärts laufenden Film unbedarften Zuschauern!

Dies ist offensichtlich ein irreversibler Vorgang mit klar erkennbarem Zeitpfeil.

Fazit: In der Physik ist die Entropie ein Maß für die Unordnung eines Systems. Der Zeitpfeil lässt sich in diesem Fall darauf zurückführen, dass ein geordneter Anfangszustand (mit niedriger Entropie) vorliegt. Während die Gesetze zeitlich umkehrbar sind, führen die Anfangsbedingungen zu einer Unumkehrbarkeit von Vorgängen. Die Frage nach dem Zeitpfeil führt daher zu der Frage nach dem Ursprung des geordneten Anfangszustandes. Hierauf gibt es noch keine allgemeingültige Antwort.

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Collage, Xenia Marita Riebe

Zeitmessung

What’s the time? So fragt man in der Regel im englischen Sprachraum, eigentlich sehr viel allgemeiner als die Frage nach der Uhrzeit im Deutschen, obwohl natürlich auch der Engländer nicht etwa nach den Jahreszeiten fragt, sondern die Antwort in Stunden und Minuten erwartet. Doch die allgemeine Frage nach der Zeit stellt der Mensch sich schon seit Tausenden von Jahren, wobei regelmäßige natürliche Abläufe schon immer- wenn auch nur ungefähre – Antworten lieferten.

Die Bahn der Erde um die Sonne – oder umgekehrt (vor Kopernikus), der Lauf des Mondes, die Erdrotation bedingen Jahre, Monate, Tage, worauf wieder unser Kalender beruht. Im frühen Mesopotanien wollte man’s dann auch genauer wissen und teilte die Zeit des Tages / der Nacht in 12 Einheiten, dies war die Geburtsstunde der Stunde. stundo (Zeitpunkt) hieß es noch im Altgermanischen, im Lateinischen hora und daraus wurde hour im Englischen, was wiederum im Altfranzösischen ure hieß, von dem sich unser heutiges Wort  Uhr ableitet. Die weitere Unterteilung in 60 Minuten / Sekunden verdanken wir dem babylonischen sexagesimal-System.

Mit hora – stundo – ure kommen wir endlich in den Bereich der exakten Zeitmessung mittels eines Geräts, das aus unseren Alltag beherrscht, der Uhr.

Von den ersten altägyptischen Sonnen- und Wasseruhren über die mittelalterlichen Räder- und Schlaguhren, Peter Henleins Taschenuhren im 16.Jhd bis hin zu modernen Armbanduhren und elektronischen Zeitmessern führt der Weg zu immer größerer Präzision. Die Atomuhr der Physikalisch – Technischen Bundesanstalt in Braunschweig zeigt als sog. Primär-Uhr die exakteste Zeit an. Hier dienen Caesium-Atome als Taktgeber und es wird eine unvorstellbare Genauigkeit erreicht: Die Abweichung beträgt nur eine Sekunde in 1 Million Jahre!

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Collage, Xenia Marita Riebe

Eine Stunde dauert nicht immer eine Stunde – die Dilation der Zeit

Seit Jahrhunderten wurde von den Gelehrten die Zeit als absolut, gleichmäßig dahinfließend und durch nichts zu beeinflussen betrachtet. Bei Newton heißt es: Absolute, true and mathematical time, of itself, and from its own nature flows equably without regard to anything external..

Erst Einstein konnte mit seiner speziellen Relativitätstheorie Anfang des 20. Jahrhunderts beweisen, dass Newton irrte und dass die Zeit sehr wohl eine relative Größe ist.

Einstein postulierte die Konstanz und Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit für alle Beobachter. Er zeigte, dass dieses Postulat verlangt, dass Entfernungen komprimiert und Zeitintervalle für Ereignisse, die mit Objekten in Bewegung relativ zu einem trägen Beobachter verbunden sind, verlängert erscheinen. Verglichen mit der Uhr eines „trägen“, also ruhenden Beobachters läuft die Uhr eines sich schnell bewegenden anderen Beobachters langsamer. In sich schnell bewegenden Systemen laufen nämlich alle inneren physikalischen Prozesse langsamer ab, man spricht von Zeitdilation oder Zeitdehnung. Wirklich wahrnehmbar werden diese Prozesse allerdings erst bei wirklich hohen Geschwindigkeiten, so in der Nähe der Lichtgeschwindigkeit, der berühmten Obergrenze. Aber auch unsere Navigationssysteme (GPS) funktionieren nur unter Berücksichtigung relativistischer Effekte, hier sind es die ultrakurzen Zeitintervalle, die nur so mit hoher Genauigkeit gemessen werden können.

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Ausschnitt aus einem Werbefoto, mit Eitempera verändert.

Die Dehnung der Zeit wird aber noch durch einen anderen relativistischen Effekt bewirkt. Nicht nur die Bewegung dreht an der Uhr, sondern auch die Gravitation: Uhren in einem Schwerefeld ticken langsamer als Uhren im schwerefreien Raum. Je näher z.B ein fiktiver Astronaut einem Schwarzen Loch, – genauer gesagt – dem Ereignishorizont kommt, dem äußeren „Rand“ des Schwarzen Lochs, umso länger dauert es – von außen betrachtet -, bis eine Sekunde auf seiner Borduhr verstreicht. Sobald er den Ereignishorizont erreicht, bleibt die Zeit sogar stehen!

Eine zeitlose Welt

Der Mensch hat offensichtlich kein Sinnesorgan für die Zeit, obwohl natürlich Vorgänge wie der Alterungsprozess, die Tages- und Jahreszeiten ein grobes Zeitgefühl vermitteln und vor allem die Uhr ein unverzichtbares Instrument unserer Gesellschaft ist, würde ein Mensch in einem geschlossenen „ereignislosen“ Raum ohne Zeitmesser bald jedes Gefühl für Zeit verlieren.

Hier stellt sich eine interessante Frage: Existiert irgendwo oder irgendwann vielleicht ein solch ereignisloser Raum, in dem die Frage nach der Zeit keinen Sinn macht, weil es einfach nichts gibt, worauf der Begriff „Zeit“ anzuwenden wäre?

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Collage, Xenia Marita Riebe

Hier hilft uns die schon erwähnte Entropie vielleicht weiter und betrachten wir einmal das sich immer weiter ausdehnende Universum. Diese Inflation scheint sich nach neueren Erkenntnissen noch zu beschleunigen. Das bedeutet, dass Planeten, Sterne und Galaxien sich immer weiter voneinander entfernen, bis sie irgendwann jenseits des Licht-Horizonts verschwinden, also kein Licht uns mehr erreicht. Irgendwann wird der letzte Stern verlöscht und erkaltet sein, gar das letzte Proton zerfallen und nur der kalte dunkle Raum vom Sieg der Entropie künden. Das thermodynamische Gleichgewicht ist erreicht, das heißt, es gibt keine thermodynamisch definierte Vergangenheit und Zukunft, dieser Zustand ist sozusagen zeitlos.

Diesen „Zeitlos-Zustand“ sollten wir auch finden, wenn wir in die größtmögliche Vergangenheit blicken. Der Anfang des Universums, beschrieben durch den Urknall, ist nicht nur die Geburtsstunde des Raums und aller Materie, sondern auch der Zeit. Obwohl es kaum Erkenntnisse über den genauen Zeitpunkt Null gibt – die Zeit beginnt streng genommen erst mit der Planck-Zeit, also eine winzige Zeitspanne nach der Stunde Null – macht die Frage nach dem Davor keinen Sinn, es sei denn, man wählt für diesen „Zustand“ den Begriff „zeitlos“

Fazit

Die Frage nach dem Wesen der Zeit ist nicht so leicht zu beantworten. Sobald man den scheinbar sicheren Boden der Physik verlässt und sich auf philosophisches Terrain begibt, bleiben viele Fragen offen, bleibt uns das eigentliche Wesen der Zeit – so wie die Zukunft – verborgen.

Text: © Bernd Riebe

Collagen: © Linda Gerlach, Xenia Marita Riebe

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