Fragen zum Relativitätsprinzip

Was ist Zeit?

In der Alltagssprache wird der Begriff Zeit in zwei verschiedenen Bedeutungen verwendet. Zum einen bezeichnet Zeit einen Termin oder Zeitpunkt, zu dem ein Ereignis eintritt, zum anderen bezeichnet Zeit die Dauer von Vorgängen. Ob mit Zeit ein Zeitpunkt oder eine Dauer gemeint ist, geht geht fast immer aus dem Zusammenhang hervor.

Zeitpunkt

Auch in der Physik wird der Begriff Zeit benutzt um entweder den Zeitpunkt eines Ereignisses zu bestimmen oder um die Dauer eines Vorganges zu bezeichnen. Im ersten Fall spricht man auch von einer Zeitkoordinate. Ein Ereignis kann eindeutig bestimmt werden, indem seine Position im Raum und der Zeitpunkt seines Eintreffens angegeben wird. Der Zahlenwert des Zeitpunktes hängt zum einen davon ab, auf welchen Nullpunkt sich die Zeitangabe bezieht, und zum anderen davon, welche Zeiteinheit benutzt wird. So bezeichnet die Zeitangabe 18 Uhr, ein Ereignis, dass 18 Stunden nach Mitternacht eintrifft, während die Zeitangabe 29. November Tage und Monate als Zeiteinheiten und die Jahreswende als Nullpunkt verwendet.

Wenn in der Technik und Naturwissenschaft genaue Angaben von Zeitpunkten benötigt werden, dann wird meist die koordinierte Weltzeitskala (UTC) verwendet. Diese Skala wird der Erdrotation angepasst. Es ist deshalb nicht so einfach, den Nullpunkt und die Einheit anzugeben. Einfacher ist die Definition der internationalen Atomzeit (TAI). Sie gibt die Zeit in Sekunden an, die seit dem 1. Januar 1958, 0:00 Uhr vergangen sind. Wegen der relativistischen Zeitdilatation muss die Sekunde hierbei auf einem bestimmten Ort im Raum bezogen werden. Man hat sich dabei für die Sekunde auf Höhe des mittleren Meeresspiegel geeinigt. Genaue Werte für die Zeitskalen UTC und TAI können überall auf der Erde von den GPS-Navigationssatelliten bezogen werden. Da die TAI auf die Erde bezogen ist, unterliegt sie natürlich keiner Relativität. Sie ist eine absolute Zeitskala.

Dauer

Viel öfter wird der Begriff Zeit in der Bedeutung Dauer verwendet. Hier ist die Zeit gemeint, die zwischen zwei Ereignissen vergeht und von Uhren gemessen werden kann. Im Sport interessiert man sich zum Beispiel für die Bestzeiten, in denen die Sportler Strecken zurücklegen. In der Physik interessiert man sich für die Zeitabläufe physikalischer Prozesse und Vorgänge. Um die Zeit zu messen verwendet man dabei Vorgänge, die möglichst gleichmäßig ablaufen und wenig von der Umwelt beeinflusst werden. Früher hat man dazu Pendeluhren oder Sanduhren verwendet. Für größere Genauigkeiten und geringere Beeinflussbarkeit eignen sich dagegen eher Quartzuhren und die modernen Atomuhren.

Die Definition des Begriffes Zeit ist vor allem deshalb sinnvoll, weil es viele physikalische Prozesse gibt, die sehr gleichmäßig ablaufen. Die physikalische Definition der Zeit macht es so möglich, Vorgänge exakt zu vermessen und vorauszusagen. Als Maß für die Zeit verwendet man in der Physik die SI-Sekunde, die sich an der Resonanzfrequenz des Cäsium-Atoms orientiert. Im Alltag orientiert man sich dagegen eher an die Rotation der Erde um ihre eigene Achse (Tag und Stunden) und um die Sonne (Jahr und Jahreszeiten).

Atomuhren sind ausreichend genau um den Einfluss der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie zu messen. Die Zeit vergeht nicht für alle Objekte gleich schnell. Schnell bewegte Objekte und solche, die sich in einem Schwerkraftfeld aufhalten, altern langsamer als ruhende Objekte außerhalb eines Schwerkraftfeldes. Der Einfluss der Geschwindigkeit auf die Zeit kann mit hoher Genauigkeit an relativistisch bewegten Atomen nachgewiesen werden. Der Einfluss des Schwerkraftfeldes begegnet uns bei der Zeitgenauigkeit von GPS Satelliten.

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Letzte Änderung: 13.09.2007

© Joachim Schulz

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