ZEIT - im Bild

In seinem Buch »Die Ordnung der Zeit« schreibt der Physiker Carlo Rovelli: »Die Zeit zu untersuchen ist so, als halte man eine Schneewir sie betrachten, desto mehr schmilzt sie dahin, bis sie schließlich ganz verschwunden ist.« »Die Zeit spielt überall hinein, aber wir verstehen sie nicht. Warum hat die Zeit eine Richtung? Diese Frage treibt Physiker bis heute um. Ein möglicher Grund ist das Prinzip von Ursache und Wirkung. Verursacht ein Vorgang einen anderen, haben die beiden eine unumkehrbare Reihenfolge: ein erster zaghafter Schritt in Richtung Zeitpfeil. 

Renato Renner forscht an der ETH Zürich über das Verhalten der Zeit in der Quantenphysik. Beim Newton’schen Pendel gibt jede Kugel den Impuls an ihren Nachbarn weiter. Liefe die Zeit rückwärts, würde das Pendel auf exakt dieselbe Art und Weise schwingen.

Newtons Gleichungen sagen auch etwas sehr Erstaunliches über das Wesen der Zeit. Denn seine Mechanik unterscheidet nicht zwischen Vergangenheit und Zukunft. Würde jemand eine kosmische Rückspultaste betätigen – Newtons Gesetze der Bewegung hätten unverändert Gültigkeit. Das klingt seltsam, ist aber leicht zu veranschaulichen. Denken Sie an die Erde, die um die Sonne kreist. Zwei Prinzipien der klassischen Mechanik bestimmen die Reise von Planeten. Auf der einen Sei- sie die Masseträgheit dazu, auf geradem Wege ins All Auf der anderen Seite zerrt die Schwerkraft allem) in Richtung Sonne. Dieser Widerstreit zwingt auch die Erde auf ihre Bahn. Angenommen, wir könnten nun den Lauf der Zeit umkehren: Was würde sich an ihrem Orbit ändern? Die Antwort lautet: nicht das Geringste. Alle Gesetze, die ihre Flugbahn bestimmen, gälten nach wie vor. Die Erde würde nur ihre Flugrichtung ändern.

DIE FLIESSENDE ZEIT Für einen Himmelskörper, der durchs All rast, spielt die Richtung der Zeit also keine Rolle. Für eine Kugel, die über einen Billardtisch rollt, tut sie das sehr wohl. Planet und Kugel folgen zwar beide den Gesetzen der Mechanik. Doch während der Himmelskörper über Jahrtausende unbeeindruckt seine Bahnen zieht, geht der Billardkugel schon nach wenigen Augenblicken der Schwung aus: Sie bleibt liegen. Würde sich der Zeitfluss umkehren, würde sich die zur Ruhe gekommene Kugel wie von Geisterhand in Bewegung setzen und immer schneller werden. Jedem Betrachter wäre klar, dass hier etwas nicht stimmt. Den entscheidenden Unterschied macht die Reibung. Wenn die Billardkugel über den grünen Filz rollt und sich durch ein Meer aus Luftteilchen drängt, wird ihre Bewegungsenergie durch die Reibung unerbittlich in Wärme umgewandelt und geht dabei verloren.

DIE RELATIVE ZEIT Vielleicht können örtliche Gegebenheiten den Lauf der Zeit gar nicht verändern? Das könnte man glauben, wenn nicht ein Physiker namens Albert Einstein zwischen und das Gegenteil gezeigt hätte. Seine Gedankenexperimente führten ihn zu der Erkenntnis, dass die Zeit von Ort zu Ort sehr wohl unterschiedlich schnell vergehen kann. Newton hatte sich geirrt: Zeit ist nicht absolut, sie ist relativ. 

 Die Relativitätstheorie macht jede Vorstellung zunichte, die wir uns intuitiv vom Wesen der Zeit machen. Wir müssen den Glauben aufgeben, dass für uns alle eine einheitliche Zeit existiert. Das Gegenteil ist der Fall: Jeder Punkt im Raum hat seine eigene Zeit. Selbst für Ihren Kopf vergeht die Zeit anders als für Ihre Füße. Es gibt keine »UrZeit«, an der wir die Dinge Messen können. Ob eine Uhr schnell oder langsam geht, lässt sich erst sagen, wenn wir sie mit einer anderen Uhr vergleichen. In der Welt der Relativität brauchen wir stets ein Bezugssystem. Einsteins erste geniale Erkenntnis war, dass bewegte Uhren langsamer gehen als ruhende Uhren. 

Veranschaulicht wird das im berühmten Zwillingsparadoxon: Darin bleibt ein Zwilling auf der Erde (dem Bezugssystem), während der andere ins All reist. Weil sich das Raumschiff aus Erd-Perspektive sehr schnell bewegt, dehnt sich für den Raumfahrer die Zeit. Er selbst merkt davon nichts: Aus seiner Sicht tickt die Uhr im Raumschiff mit unveränderter Geschwindigkeit. Doch als er nach vielen Jahren zur Erde zurückkehrt, stellt er erstaunt fest, dass sein Zwilling stärker gealtert ist als er selbst. Für den Daheimgebliebenen ist seit dem Abschied mehr Zeit vergangen als für den Reisenden. 

Wie stark dieser Effekt ausfällt, hängt von der Geschwindigkeit ab. 

 Der Physiker Richard Muller liefert in seinem Buch »Jetzt« folgendes Rechenbeispiel: Die Uhr eines GPS-Satelliten, der mit 14.000 km/h um die Erde rast, geht am Ende eines Tages gegenüber irdischen Uhren um 7,2 Mikrosekunden nach. Klingt nach einer Winzigkeit. Aber würde das Navigationssystem diese aus Einsteins Formeln sich ergebende Verzögerung nicht berücksichtigt, läge die berechnete GPS-Position nach Stunden schon um Kilometer daneben. 
Den Extremfall der Zeitdehnung erleben Lichtteilchen. Mit rund  300.000 km pro SEKUNDE !! erreichen sie  die erlaubte Höchstgeschwindigkeit im Universum. Hätte ein Lichtteilchen eine Uhr im Gepäck, würde sie aus unserer Sicht stillstehen. Wäre es möglich und von den Gesetzen der Natur erlaubt, sich mit Überlichtgeschwindigkeit zu bewegen, könnte man sogar in der Zeit zurückreisen. 

Die Relativitätstheorie wirft nicht nur unser Bild einer gleichmäßig für alle geltenden Zeit über den Haufen. Sie raubt uns auch die Vorstellung, es gäbe eine allgemeingültige Gegenwart. Erinnern wir uns an die beiden Zwillinge: Einer ist im All, einer auf der Erde. Wie kann der Daheimgebliebene wissen, was sein Bruder im Raumschiff »jetzt« macht? Wir haben bereits festgestellt, dass die Zeit für beide unterschiedlich vergeht. Angaben wie »fünf Jahre nach Abreise« haben für die Brüder also unterschiedliche Bedeutungen. Und wenn der eine den anderen anfunkt, um zu fragen, was er gerade treibt? Auch das funktioniert nicht: Kommunikation kann höchstens mit Lichtgeschwindigkeit vonstattengehen. Falls der Raumfahrer in der Nachbargalaxie unterwegs ist, braucht das Signal Jahre, um zu ihm und wieder zurückzulaufen. Genau wie das Wort »hier«, so ergibt auch »jetzt« ab einer gewissen Entfernung keinen Sinn. »Unsere Gegenwart erstreckt sich nicht auf das gesamte Universum«, schreibt Carlo Rovelli. »Sie ist wie eine Blase, die uns relativ eng umgibt.« Was haben wir also gelernt? Die Zeit in der Natur ist nicht so, wie sie uns erscheint. Sie vergeht  nicht gleichmäßig, sondern unterschiedlich schnell. Sie ist mit dem Raum verwoben. Sie hat keine einheitliche Gegenwart. 
 
Die Physiker wollen wissen: Gehen große Uhren anders als kleine, weil sie aus dem Hoheitsgebiet der Quantenmechanik in das der Relativitätstheorie wechseln? Es gibt bereits konkrete Ansätze, um Quantenphysik und Relativitätstheorie zu vereinen. Einer davon postuliert die Existenz von Raumzeit-Atomen: winzigen, unteilbaren Bausteinen von Raum und Zeit. Falls solche Gebilde existieren, verhalten sie sich vermutlich so, wie Physiker es von kleinsten Teilchen erwarten. Doch diese Teilchen existieren nicht in Raum oder Zeit: Sie bilden erst Raum und Zeit. Unvorstellbar – und doch vielleicht real. »Winzige - onen der Raumzeit könnten für die Strukturbildung im frühen Universum verantwortlich sein,« sagt Dieter Lüst. 

Solche Gedankenexperimente haben die Macht, verborgene Aspekte der Wirklichkeit zutage zu fördern. Was sie uns über die Zeit gelehrt haben, ist noch Stückwerk. 

Die überwältigende Mehrheit der Naturgesetze unterscheidet nicht zwischen Vergangenheit und Zukunft. 

Es gibt keine allgemeingültige Gegenwart. 

Die Zeit fliesst nicht gleichmäßig, sondern von Ort zu Ort unterschiedlich schnell.

Die Zeit ist, zumindest auf der großen Bühne, nicht unabhängig, sondern mit dem Raum verwoben. 

 Womöglich besteht die Zeit, genau wie die Materie, aus winzigen Bausteinen. 

Um alle Teile zusammenzusetzen, muss man bereit sein, sich von lieb gewonnenen Über zeugungen zu trennen. »Der Zeitbegriff ist so fundamental, dass es schwierig ist, darüber zu sprechen, ohne ihn vorwegzunehmen«, sagt Renato Renner. Unsere Sprache, unsere Logik, unsere Intuition: Sie alle sind davon durchdrungen. »Die Genialität der Relativitätstheorie lag darin, selbstverständliche Vorstellungen über den Haufen zu werfen. Was wir nun brauchen, ist ein noch radikalerer Schritt.« Renner glaubt, dass der dazu nötige Paradigmenwechsel in der Wissenschaft bereits im Gange ist. Die Zeit, sagt er, sei reif für ein neues Verständnis von Zeit