Verschiedene Fragen zum Stichwort Zeit

  
Sind Zeitreisen (speziell in die Vergangenheit) möglich?

Eine Zeitreise in die Zukunft machen wir alle. Wem es nicht schnell genug geht, bewegt sich nicht schnell genug. Photonen machen Zeitreisen in die Zukunft ohne zu altern.

Was ist mit der Vergangenheit? Teilchen, die sich mit Überlichtgeschwindigkeit bewegen (man kennt keine, aber vermuten wir mal), könnten in die Vergangenheit gespiegelt werden. Solche Teilchen können aber nicht aus dem Stand auf Überlichtgeschwindigkeit beschleunigt werden, sie müssen bereits bei ihrer Entstehung Überlichtgeschwindigkeit haben: Auch Photonen werden nicht auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, sondern haben Lichtgeschwindigkeit vom Zeitpunkt ihrer Entstehung an.

Allgemein-relativistische Tricks kann man sich natürlich ausdenken (Raum-Zeiten mit geschlossenen zeitartigen Linien), aber man kann diese nicht präparieren, weil dazu zuviel Masse als Schwerequelle erforderlich ist. Man kann sich wohl Gravitationsfelder vorstellen, in denen man wie beim täglich grüßenden Murmeltier auf eine Zeitschleife gerät, die dazu nötigen Feldquellen können aber (prinzipiell oder in unserem Universum) nicht beschafft werden. Die Vorstellung von R. Mallett, man könne das Problem der benötigten Masse durch Einsatz von Energie lösen, übersieht, dass diese Energie genau die Masse hat, die man eben nicht beschaffen kann. Seine Versuche, in einem Ringlaser Gravitationsfelder besonderer Eigenschaften herzustellen, sind natürlich technologisch interessant, auch wenn sie nicht zu einer Zeitmaschine führen werden. Man hat hier unbedingt das Gefühl, die Zeitmaschinenidee ist nur ein amerikanisches Vehikel bei der Einwerbung öffentlicher oder privater Gelder.

Arthur Clarke hat ein mehrfach kopiertes Argument: Gäbe es Zeitreisen, müssten eigentlich jetzt auch Zeitreisende auftauchen und bei Unfällen auffallen. Es ist aber noch nie einer aufgefallen, also gibt es wohl auch in der Zukunft kein Zeitreisebureau. Dass Zeitmaschinen nicht möglich sind, ist aber nur eine der möglichen Schlussfolgerungen, die andere ist, dass es für die Menschheit keine Zukunft mehr gibt, in der Zeitmaschinen entwickelt werden können. Ist das zu pessimistisch?

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Wie schnell altert der Raumfahrer?

Nur wenn Raumfahrer so altern wie alle anderen, sind sie bei Rückkehr weniger gealtert als die Daheimgebliebenen. Wenn sie zusätzlich graue Haare kriegen vor Aufregung oder umgekehrt gesünder leben, weil sie weniger Stress mit dem Hausbesitzer haben, kommt vielleicht noch ein Betrag dazu oder weg, aber die Grundaussage lebt davon, dass sie genauso altern wie andere.
Auch in der euklidischen Geometrie hat der Umweg eine andere Länge als der direkte, nur ist er dort länger und nicht kürzer. Und er ist länger, weil die Maßstäbe sich beim Drehen eben nicht ändern.

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Die Uhren eines bewegten Objekts gehen langsamer?

Die Uhren scheinen nur langsamer zu gehen, eben aus der Perspektive der Bezugsuhr, wenn sie eben der Bezugsuhr völlig gleich sind. Das ist nichts anderes als die Beobachtung, dass ein aus der Gesichtfeldebene herausgedrehter Stab kürzer scheint als der, der in der Gesichtsfeldebene liegt. Auch diese scheinbare Verkürzung setzt gerade voraus, dass der Stab bei Verdrehung seine Länge nicht ändert (das ist der Rat, den man den Bürgern von Schilda gibt, bevor sie die Rathaustür erweitern, weil der Balken nicht quer durch die Tür geht).
Die Zeitdilatiation ist ein reiner Projektionseffekt, der mit einer Uhr gemessen wird, die nicht an das Zeitintervall angelegt ist, das gemessen werden soll (Anlegen heißt hier Mitbewegen).
Im übrigen: woran soll eine Uhr auch merken, dass sie sich bewegt? Bewegung misst man nur relativ zu anderen Objekten, und da gibt es viele, welches soll sich die Uhr aussuchen? Man sieht, dass die Diktion Bewegte Uhren gehen langsamer logisch nicht konsistent sein kann, wenn Bewegung relativ ist. Sie ist falsch.

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Sind die Strahlen der Sonne 8 Minuten alt, wenn sie bei uns eintreffen?

Nach der Ephemeridenzeit (der Inertialzeit des Sonnensystems) treffen die Photonen bei uns 8 Minuten nach ihrer Emission ein. Sie sind dabei aber nicht älter geworden. Wir wissen seit Auffindung der (speziellen) Relativität durch A.Einstein, dass Photonen nicht altern.

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Entsteht die Zeit im Kopf oder gibt es sie wirklich?

Die Zeit entsteht nicht erst als Konstruktion im Kopf, solange sie in den Prozessgleichungen der unpersönlichen Natur auftritt und damit zeigt, dass sie wirkt. Die Frage, ob man diese Prozesse ohne explizite Erwähnung einer Zeit beschreiben kann, geht viel tiefer und ist offen.

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Wie kann sich die Zeit ausdehnen? Widersprechen sich nicht die verschiedenen Definitionen der Zeit? Ist das nicht alles ganz schwammig definiert?

Es ist sicher richtig, dass die in nichtwissenschaftlichen Zeitschriften notwendigerweise um den Kontext verkürzten Darstellungen oft nicht eindeutig formuliert sind. Sie können aber auch nicht so eindeutig formuliert werden, weil die genaue Bedeutung der Begriffe eben im Kontext der nicht dargestellten Theorie festgelegt ist, der von dem der Umgangssprache (leider!) abweicht, aber eben auch abweichen muss, weil die Umgangssprache ihre Begriffe eben nicht aus den Grenzsituationen bezieht, die im gegebenen Falle beschrieben werden sollen.
Was passiert genau beim Vergleich der auf verschiedenen Wegen abgelaufenen Zeiten? Es ist (nach der Relativitätstheorie) so, dass die Uhr eines Reisenden bei Rückkehr anzeigt, dass auf der Reise weniger Zeit vergangen ist. Wenn die Uhr die Ausschläge eines Drehpendels zählt, ist die Zahl für den Reisenden geringer. Wenn das Herz regelmäßig wie eine Uhr schlüge, hätte der Reisende weniger Herzschläge gezählt als der Daheimgebliebene. Das heißt aber nicht, dass der Reisende nicht auch nach 3 108 (eigenen) Herzschlägen mit seinem Ende rechnen müsste. In genau diesem Sinn wird sein Leben nicht verlängert. Hat sein Herz aber mit dem des Daheimgebliebenen gemeinsam begonnen zu schlagen, dann ist sein 3 108ter Herzschlag eben später als der 3 108te des Daheimgebliebenen.
Die Beschleunigung bei der Umkehr kann nun sicher an der Uhr (bzw. am Herzen) des Reisenden etwas verstellen oder zerstören, er kann weiße Haare bekommen oder erkranken, aber das sind alles zusätzliche Verschleierungen, die mit der Sache im Grunde nichts zu tun haben. Schließlich kann man sich vorstellen, dass der Reisende bei Umkehr eine andere Uhr übernimmt, die nicht beschleunigt werden muss, weil sie ihm im richtigen Moment entgegenkommt. Der Reisende steigt bei Umkehr quasi auf eine andere unbeschleunigte Uhr um und liest auf ihr weiter ab. Der Effekt tritt dann ganz ohne Beschleunigung der Uhren ein. Die Dauer der einzelnen Abschnitte der Bewegung werden dann mit unzweifelhaft unbeschleunigten Uhren gemessen, d.h. der Effekt hat nicht mit Beschleunigungen zu tun, sondern mit einem Dreieck von Bewegungsabschnitten. Und dass die Summe der Maße zweier Dreieckseiten von dem der dritten verschieden ist, ist uns eigentlich aus der euklidischen Geometrie schon geläufig.
Die Lebensdauer der Muonen ist sicher ein Zeichen für die Zeitdilatation, aber es gibt auch technische Anwendungen: Instabile Teilchen könnten in einem Beschleuniger überhaupt nicht bearbeitet werden, wenn ihre Lebensdauer im Fluge nicht scheinbar verlängert wäre.
Noch viel beeindruckender ist die schon seit langem nachgewiesene Existenz von Antiteilchen (Positronen, Antiprotonen, Antineutronen), die als Folge der Relativitätstheorie vorausgesagt wurden und die strukturelle Richtigkeit (nicht nur die Größe irgendwelcher Koeffizienten und Effekte) der Theorie bestätigen. Korrekturen an den Koeffizienten und dem großräumigen Zusammenhang werden dann erst mit der Beschreibung des Gravitationsfeldes nötig, an den strukturellen Gesetzen wird dabei aber nichts geändert.
Man muss auch bedenken, dass etwa die Widerspruchsfreiheit einer Theorie nicht unmittelbar etwas mit ihrer Anwendbarkeit zu tun hat. Eine Theorie kann widerspruchsfrei sein, ohne Anwendung zu finden, oder ohne auf den gewünschten Fall anwendbar zu sein. Die Relativitätstheorie ist - bereits unabhängig von irgendeiner physikalischen Messung - eine widerspruchsfreie Theorie, in gleichem Sinne widerspruchsfrei wie die euklidische Geometrie. Dass sie auch anwendbar ist, zeigen ihre nachprüfbaren Voraussagen. Dennoch bleibt es nach meinem Geschmack bereits eine Verkürzung, wenn man bei einer Theorie die Attribute wahr und falsch benutzt.

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Die Zeit in der Sendung Terra X des ZDF vom 13.5.2010
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