Benutzer:Jochen P. Schilling/Spielwiese

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Zeit - Kompendium

Unter Zeit versteht man die Summe zyklisch ablaufender natürlicher Ereignisse wie Erdumläufe, Mondumläufe, Erdumdrehungen, Schwingungen eines als Standard ausgewählten Atoms. Auf der entstehenden Zeitskala können parallel dazu ablaufende beliebige Ereignisse mit ihren Anfangs- und Endpunkten erfasst werden, so dass deren Start, Dauer und Abfolge angegeben werden können.

Definition der Zeit

Allgemeine Definition der Zeit:

>> Zeit ist ein Zählmaß für Ereignisse << 1)

Physikalische Definition der Zeit

Physikalisch betrachtet unterliegt die Zeit der Allgemeinen Relativitätstheorie, d.h. sie ist abhängig von Parametern des beobachteten Ortes. Die erweiterte, physikalische Definition der Zeit lautet deshalb:

>>Zeit ist das für den beobachteten Ort gültige Zählmaß für Ereignisse << 1)

Zeit- Maßeinheiten

Postulat: Gezählt werden unmittelbar nacheinander ablaufende, gleichartige periodische Vorgänge.

Zeit-Maßeinheiten sind natürliche (schwankende!) Ereignisse wie z.B:

1 tropisches Jahr = 1 Umlauf der Erde um die Sonne bezogen auf den Frühlingspunkt

1 Monat = ca. 1 Umlauf des Mondes um die Erde

1 (Sonnen-) Tag = 1 Umdrehung der Erde um ihre Achse bezogen auf die Sonne.

Stunde bzw. Minute sind festgelegt als das Vielfache der Basiseinheit Sekunde.

Die SI-Basiseinheit der Zeit ist:

        1 Sekunde = 9,192 631 770 * 10 hoch 9 Schwingungen des 133 Cäsiums- Isotops

Zeitzählung/ -Registrierung

Die ablaufenden Vorgänge müssen entweder direkt gezählt und registriert werden, es können aber auch Analogien gebildet werden zu gleichzeitig stattgefundenen Ereignis-sen/Entwicklungen mit nachvollziehbaren Stufen.

Zeitzähler/Registratoren

Dies können sein: Der Mensch, Zeitmeßgeräte, Uhren, Geschichtsarchive, Bäume mit Jahresringen, Radionuklide und ihre Zerfallsprodukte, geologische Schichten (mit Leitfossilien), Sterne bzw. Galaxien unterschiedlichen Entwicklungsstandes, ...

Zeitrechnung

Die Zeitrechnung, d.h. die Jahreszählung z.B. der christlichen Ära beginnt im Jahr der Geburt Christi und wurde zuerst von dem römischen Mönch Exiguus angewandt. Andere Zeitrechnungen legen andere Start-Ereignisse zu Grunde.

Zeitangaben für beliebige besondere Ereignisse

Der Zeitpunkt bzw. die Dauer beliebiger Ereignisse werden durch eine Kombination des Vielfachen bzw. von Bruchteilen der Zeit-Maßeinheiten ausgedrückt. Interpolationen von Zeitpunkten werden üblicherweise auch in die Zeiten außerhalb der Existenz der Erde vorgenommen, also in „Zeiten”, in denen es noch gar keine Erdumläufe um die Sonne - also Jahre - gab bzw. gar nicht mehr geben wird.

Zeit-Einflussgrößen

Folgende Parameter haben einen Einfluss auf die Geschwindigkeit des Zeitablaufs gemäß der Relativitätstheorie:

Geschwindigkeitseinfluss bei gleichförmig geradliniger Bewegung

Gemäß der Einsteinschen Speziellen Relativitätstheorie beeinflusst die Geschwindigkeit des beobachteten Ortes gegenüber dem Beobachtungsort den Zeitablauf nach Maßgabe der Lorentz-Transformation. Für einen ‘ruhenden’ Beobachter laufen Vorgänge bzw. Uhren auf einem relativ zu ihm bewegten Objekt langsamer ab, d.h. dort sind die 9,192 631 770 * 109 Schwingungen des 133 Cäsiums- Isotops - entsprechend 1 Sekunde - später abgelaufen, als die bei dem ruhenden Beobachter. Das muss z.B. bei einem genauen Satelliten-Navigations- System berücksichtigt werden. (Nutzsatelliten müssen sich, um die Gravitation auszugleichen, schneller als der Beobachter auf der Erde bewegen.) Für einen bewegten Beobachter laufen Vorgänge bzw. Uhren auf einem beobachteten „ruhenden“ Objekt ebenfalls langsamer (!) ab. (Da gemäß der 'Speziellen Relativitätstheorie’ alle sich geradlinig und gleichförmig bewegenden Beobachter gleichberechtigt sind, kann man sie bei der Betrachtung vertauschen.) Damit laufen aber beim bewegten Beobachter die Vorgänge und Uhren, die sich mit ihm mit bewegen, gegenüber der “ruhenden” Uhr schneller!

Gravitationseinfluss /Krafteinfluss

Gemäß der ‘Allgemeinen Relativitätstheorie’ beeinflussen auch Krafteinflüsse wie Gravitations-, aber auch Beschleunigungs- oder Verzögerungskräfte die Schnelligkeit des Ablaufs von Ereignissen und damit die Zählgeschwindigkeit bzw. den Zeitverlauf. Für einen Beobachtungsort mit größerem Gravitations-/Krafteinfluß laufen Ereignisse an einem beobachteten Ort mit kleinerem Gravitations-/Krafteinfluß schneller ab. Für einen Beobachtungsort mit geringerer Gravitations-/Krafteinwirkung laufen Ereignisse unter größerem Gravitations-/Krafteinfluß langsamer ab. Die beobachteten Uhren scheinen dabei nicht nur langsamer zu laufen, sie laufen gemäß Zeitdefinition definitiv langsamer! In einem Schwarzen Loch steht die (Orts-)Zeit still.

Einflüsse auf Satellitenuhren

Auf einen Satelliten wirkt die Erd-Gravitationskraft ein, wodurch sie diesen und damit die Satelliten-Uhr auf eine Umlaufbahn zwingt. Der Gravitationseinfluss auf die Satellitenuhr ist aber wegen deren größerem Abstand kleiner als der auf die Uhr am Beobachtungsort auf der Erde. Die von der Erde aus auf Satelliten beobachteten Uhren werden durch diesen Einfluss gegenüber den Uhren auf der Erde im Gang beschleunigt. Zusätzlich überlagert sich aber noch der gegenteilige, verlangsamend wirkende Effekt der höheren Orbit-Umlaufgeschwindigkeit gegenüber der des Beobachtungsorts auf der Erde. Ab ca. 3.000 km Erdabstand überwiegt aber der Einfluss der höheren Geschwin- digkeit, so dass Uhren auf geostationären Satelliten langsamer laufen, als die auf der Erde. Würde man diesen Einfluss nicht berücksichtigen, würde das Navigationssystem mehrere Meter Abweichung pro Jahr erleiden. Der Relativitätseffekt hat also schon weit unterhalb der Lichtgeschwindigkeit praktische Bedeutung!

Absolute Zeit

Gemäß der Allgemeinen Relativitätstheorie gibt es keine von einem Bezugssystem unabhängige - also quasi übergeordnete - 'absolute Zeit' im Weltall, d.h. jedes System mit unterschiedlichen Geschwindigkeits- bzw. Gravitations-/Krafteinflüssen hat seine eigene individuelle Zeit.

Zeit als Vektor

Zeitvektor- Richtung und - Größe

Zeitvektoren können zwar unterschiedliche Größen haben, lt. der Zeit-Definition gibt es aber für alle Zeitvektoren nur eine Richtung, d.h. sie können nur eine positive aber keine negative Richtung haben. Es gibt für keinen Zeitvektor ein ‘zurück’, denn auch denkbare Ereignisse, die vorhergehende Ereignisse rückgängig machen, sind nichts anderes als weitere Ereignisse, die zu zählen sind und die die Gesamtzahl der Ereignisse - und damit die Zeit - nur vergrößern aber nicht verringern können. ( Siehe auch zyklische Vorgänge unter Punkt: Zeit-Maßeinheiten)

Gleichzeitigkeit

Hierbei ist zu unterscheiden zwischen den Startzeitpunkten von Ereignissen sowie ihrer Ablaufdauer. Wegen der auf Lichtgeschwindigkeit begrenzten Signal-Übertra-gungsgeschwindigkeit ist eine Gleichzeitigkeit des Starts von Ereignissen - auf der Erde wie im Weltraummaßstab - grundsätzlich weder direkt feststellbar noch erreichbar. Laufen die Ereignisse an unterschiedlichen beobachteten Orten ab, ist bei unterschiedlichen Einflüssen gemäß der Relativitätstheorie außerdem davon auszugehen, dass von zwei 'gleichzeitig' gestarteten gleichartigen Ereignissen eines irgend wann bereits beendet ist, während das andere noch (weiter) abläuft.

Zeitreisen

Wenn ein Objekt zu einem Ziel aufbricht und wieder zum Ausgangspunkt zurück kehrt, wird es gemäß der Allgemeinen Relativitätstheorie nie wieder zum oder gar vor dem Startzeitpunkt dort ankommen können. Während der geradlinigen, gleichförmigen Hin- und Rückreisephasen einer Rakete - auch nahe der Lichtgeschwindigkeit - gehen für beide Beobachter (Startort/Rakete) die Uhren jeweils gleich langsamer, d. h. es entsteht dabei keine Zeitdifferenz. Die Reiserakete benötigt aber zum Start und zur Rückkehr zwei Beschleunigungsphasen und zwei Verzögerungsphasen, während derer ihr Zeitablauf gegenüber dem Startort jeweils verlangsamt ist, so dass bei der Rückkunft am Startort die Zeit dort weiter fortgeschritten sein wird als an Bord. Die Rakete ist also, bezogen auf den Startort, in die Zukunft gereist. Trotzdem verging aber ab dem Startzeit- punkt Zeit, so dass der Rückkehrzeitpunkt immer nach dem Startzeitpunkt liegt. Der gleiche Effekt besteht, wenn die Rakete einen Rundkurs fliegt, da sie dann ständig einer Querbeschleunigung ausgesetzt ist.

Subjektiv/persönlich empfundene Zeit

Das individuelle, subjektive Zeitempfinden ergibt sich aus der Folge der persönlich erlebten Ereignisse und deren persönlicher Bedeutung und ist damit ebenfalls „relativ”. Die gegenwärtig empfundene Zeit vergeht „wie im Flug”, wenn sich viel bzw. „wichtiges” ereignet. Die Zeit scheint zu kriechen, wenn (fast) nichts passiert. Im Rückblick schrumpft dagegen eine als ewig erlebte Zeitspanne, in der „fast nichts” passierte, auf fast Null zusammen. Sie belegt wohl kaum “Speicherplatz” im Gehirn, da die 'Langeweile' offensichtlich als unwichtig weggelassen wird. Eine Zeitspanne, in der viel bzw. wichtiges erlebt wurde, scheint dagegen im Verhältnis zur ereignisarmen Zeit um vieles länger gewesen zu sein, offenbar weil die Ereignisse viel mehr “Speicher” belegen.

Geschichte

Heute noch verwenden Urvölker, um sich treffen bzw. um Termine festlegen zu kön- nen, Zeitbegriffe wie ‘bald, später’ bzw. ‘früh, mittags, abends’, für Vergangenes: 'früher’ bzw. ‘es war einmal’ und für Zeitdauern 'kurz', lang, Tage, viele Tage.. Um den günstigsten Zeitpunkt für Aussaat und Ernte bestimmen zu können, um religiöse Zeremonien ab zu halten, um vergangene Ereignisse einordnen zu können, haben die Menschen schon früh versucht, den Durchgang der Sonne durch Sternbilder, bzw. die Abschnitte zwischen den Sonnenwenden bzw. den Äquinoktien in Jahre, Monate bzw. Tage auf zu teilen. Ebenso teilte man die Abschnitte zwischen den Kulminationspunkten bestimmter Sterne in Stunden, Minuten und Sekunden auf. Für Aristoteles ( 384...322 v. Chr.) war Zeit die numerische Anordnung der Naturvorgänge nach dem früher bzw. später. Gottfried Wilhelm Leibnitz (1646 - 1716 ) formulierte bereits: Zeit ist eine :Ordnung von Aufeinander-folgen. Albert Einstein antwortete auf die Frage, was Zeit sei: "Das, was man von der Uhr :abliest”.

Grenzbedingungen

Bevor sich die Welt „ereignete“, gab es gemäß Definition keine Zeit(en). Bleiben Ereignisse ganz aus oder führen sie nicht zu neuen, unterscheidbaren Zuständen, vor allem aber, fehlt ein Zähler, enden die Zeiten. Damit ist ‘Zeit’ etwas Fiktives, an den Menschen Gebundenes.

Literatur

1. Kneser - Gehrtsen - Vogel, Physik, Springer Verlag, 1977, 13. Auflage, ISBN 3-540-07876-2

2. Dr. Walter Fuchs, Knaurs Buch der modernen Physik, Droemersche Verlagsanstalt München 1965

3. L. D. Landau, J.B. Rumer, Was ist Relativität?, Physik-Verlag Mosbach, 1963

4. Dr. Joachim Bublath, Das Neue Bild der Welt , Überreuter 1992, ISBN 3–8000-3466-23.

Quellen

1) (Definitionen von Joachim P. Schilling, Stuttgart, 28.03.2009 )

   -- Jochen P. Schilling 22:41, 28. Mär. 2009 (CET)
                               -- Jochen P. Schilling 23:04, 28. Mär. 2009 (CET)