Zeit

Zeit
Zeit

Morgens stehen wir zu einer bestimmten Zeit auf, müssen pünktlich zu einem Termin und gehen deshalb nicht zu spät schlafen. Die Zeit bestimmt unser Leben. Zeit läuft immer in eine Richtung: von der Gegenwart in die Zukunft. Vergangenes lässt sich nicht zurückholen, und was in der Zukunft wird, ist ungewiss. Auch lässt sich die Zeit nicht anhalten, und so rückt ein Zahnarzttermin unerbittlich näher. Die Zeit ist nicht greifbar, aber wir können sie messen. Atomuhren messen heute die Zeit mit Milliardstelsekunden Genauigkeit.

Was ist Zeit?

Mit Hilfe der Zeit können wir sagen, wann wir aufgestanden sind, wann wir beim Zahnarzt waren, wie viel Zeit wir dort verbracht haben und wann wir ins Bett gegangen sind. Mit der Zeit können wir also Ereignisse in eine Reihenfolge bringen und sagen, wie lange sie gedauert haben. Dazu messen wir die Zeit in Jahren, Stunden, Sekunden und Sekundenbruchteilen. Ein Jahr vergeht, wenn sich die Erde einmal um die Sonne gedreht hat. Ein hin- und herschwingendes Pendel kann uns die Dauer einer Sekunde anzeigen. Um die Zeit zu messen, benutzen wir also regelmäßig wiederkehrende Ereignisse.

DER MENSCH BEGINNT, DIE ZEIT ZU UNTERTEILEN

Schon früh beobachteten die Menschen wiederkehrende Ereignisse in der Natur: Die Sonne ging auf und unter; der Mond nahm ab und wieder zu; auf einen Winter folgte ein Sommer, und dann kam wieder ein Winter. Auch schien die Sonne am Himmel zu wandern. Aus den Beobachtungen dieser natürlichen Ereignisse gingen die ersten Kalender hervor. Sie ordneten das Leben der Menschen, legten Zeitpunkte für religiöse Handlungen fest und bestimmten die Aussaat des Getreides.

Unser Kalender

Kalender
Kalender

Heute benutzen wir den so genannten Gregorianischen Kalender. Er wurde im Jahr 1582 von Papst Gregor XIII. eingeführt. Der Tag richtet sich nach der Drehung der Erde um sich selbst und das Jahr nach der Drehung der Erde um die Sonne. Tag und Jahr richten sich also nach wiederkehrenden Ereignissen in der Natur. Anders ist das beim Monat: Früher richtete sich der Monat noch nach dem Umlauf des Mondes um die Erde. Heute ist das aber nicht mehr so. Auch die Woche richtet sich nicht nach wiederkehrenden Naturereignissen: Früher gab es Wochen, die nur fünf Tage hatten. Dass die Woche heute sieben Tage hat, hängt mit der jüdischen und christlichen Überlieferung zusammen.

Warum braucht man ein Schaltjahr?

Der gregorianische Kalender hat 365 Tage. Tatsächlich braucht die Erde für den Umlauf um die Sonne aber 365 Tage, 5 Stunden, 48 Minuten und 46 Sekunden. Um den Kalender und den Lauf der Sonne in Einklang zu bringen, hat man Schaltjahre eingeführt. Ein Schaltjahr ist um einen Tag länger als die anderen Jahre.

Der Tag

Die Sonne geht im Osten auf und geht im Westen wieder unter – so sehen wir es, weil wir auf der Erde leben. Das liegt an der Drehung der Erde um sich selbst. Zwischendurch erreicht die Sonne ihren Zenit (höchsten Punkt am Himmel). Ein Tag ist festgelegt als die Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Höchstständen der Sonne. Die Dauer schwankt aber im Laufe eines Jahres: Mal dauert es ein paar Sekunden mehr, bis die Sonne ihren Höchststand wieder erreicht, mal ein paar Sekunden weniger. Deshalb hat man einfach die durchschnittliche Dauer genommen und danach die Länge eines Tages festgelegt. Das nennt man den mittleren Sonnentag.

Wer hat den Tag auf 24 Stunden festgelegt?

Die Babylonier legten fest, dass ein Tag 24 Stunden hat, jede Stunde 60 Minuten und jede Minute 60 Sekunden. Das geschah vor rund 4.000 Jahren.

ZEITZONEN UND NORMALZEIT

Während in Köln die Sonne im Zenit steht, ist es in New York früh am Morgen und in Neuseeland Nacht. Denn in Neuseeland ist die Erde dann gerade der Sonne abgewandt. New York, Köln und Neuseeland haben also andere Tageszeiten. Wenn sich die Uhren nur nach dem Sonnenstand richten würden, hätten aber nicht nur Köln und Neuseeland unterschiedliche Tageszeiten, auch die Berliner Uhrzeit würde der Kölner Uhrzeit um eine halbe Stunde vorausgehen. Der Grund: Köln liegt rund 500 Kilometer weiter im Westen, dort steht die Sonne später an ihrem höchsten Punkt.

Als man die Eisenbahn erfand, wurde so etwas unpraktisch, denn man musste ja die Fahrpläne aufeinander abstimmen. Deshalb hat man um 1880 die Erde in 24 Zeitzonen unterteilt. Innerhalb einer Zeitzone gilt überall die gleiche Zeit, so haben Berlin und Köln jetzt die gleiche Uhrzeit. Von Zone zu Zone springt die Uhrzeit um eine ganze Stunde. Weil England weiter im Westen liegt, ist es dort 20.00 Uhr, wenn es bei uns 21.00 Uhr ist. Diese neue verabredete Zeit nennt man Normalzeit.

Wie viele Zeitzonen hat Russland?

Länder, die sich weit von West nach Ost erstrecken, haben viele Zeitzonen. So hat z. B. Russland insgesamt elf Zeitzonen.

DIE ERSTEN UHREN

Im Laufe der Menschheitsentwicklung gab es immer genauere Zeitmesser. Früher reichte es z. B. den Bauern noch, sich nach den Jahreszeiten zu richten, und die Jäger orientierten sich am Stand der Sonne. Später entstand das Bedürfnis, die Zeit auch in Stunden, Minuten, Sekunden und Sekundenbruchteile zu unterteilen.

Sanduhr
Sanduhr

Zu den ersten Uhren gehörte die Sonnenuhr. Bei ihr wirft ein von der Sonne angestrahlter Stab einen Schatten, der im Laufe des Tages wandert. Um den Stab herum kann man ein Zifferblatt anbringen. Damit lassen sich, solange die Sonne scheint, die Stunden oder sogar die Viertelstunden messen. Später gab es Sanduhren, bei denen Sand von einem Glas in ein anderes Glas rieselt. Die Zeit, bis der Sand vollständig von einem Glas ins andere gerieselt ist, entspricht einer bestimmten Zeitspanne. Sanduhren werden heute noch als Eieruhren verwendet. Es wurden auch Wasseruhren erfunden, bei denen Wasser von einem Gefäß in ein anderes fließt.

Von Sanduhren, Seefahrt und Glasen

Als es in der Seefahrt noch keine mechanischen Uhren gab, hat man die Zeit mit Sanduhren gemessen. Sie bestanden aus zwei Glasbehältern, wobei der Sand aus dem einen Glas ins andere Glas rieselte. Nach einer halben Stunde musste die Uhr umgedreht werden. Noch heute wird das Wort „Glasen” in der Seefahrt verwendet - zwei Glasen entsprechen einer Stunde. Eine genaue Zeitmessung ist für die Kursbestimmung, also für die Berechnung des Weges zum Zielort, sehr wichtig.

GENAUE UHREN – MECHANISCHE UHREN

Pendeluhr
Eine Pendeluhr

In den heutigen mechanischen Uhren sorgt ein Pendel oder eine aufgerollte Feder für einen gleichmäßigen Zeittakt. Bei der Pendeluhr schwingt ein Gewicht an einem Stab oder Seil hin und her. Mit Hilfe der Schwingungen zählt man die Zeit. Es ist also ganz ähnlich wie beim Umlauf der Erde um die Sonne. Die Zeit wird durch eine sich wiederholende Bewegung gemessen. Eine sehr gute Pendeluhr hat an einem Tag nur eine Abweichung von einer Hundertstelsekunde. Heute werden Pendeluhren häufig elektrisch betrieben. Dadurch kommt das Pendel nicht zur Ruhe, sondern wird immer wieder angestoßen.

Von mechanischen Armbanduhren

Mechanische Armbanduhren funktionieren statt mit einem Pendel mit einer so genannten Unruh. Das ist eine aufgerollte Spiralfeder, die einen kleinen Metallring hin- und herdrehen lässt. Diese Schwingung dient dazu, die Zeit zu zählen. Vom Prinzip her ist es aber ähnlich wie bei einem Pendel.

QUARZUHREN

Quarzuhr
Eine Quarzuhr

Noch genauer sind die so genannten Quarzuhren. Sie funktionieren mit Quarzkristallen. Wenn man einen Quarzkristall unter Strom setzt, beginnt er zu schwingen – mehr als 32.768-mal in der Sekunde. Die Schwingung ist noch viel regelmäßiger als bei einem Pendel. Eine Quarzuhr geht im Jahr nur um Bruchteile einer Sekunde falsch. In einer modernen Quarzarmbanduhr zählt man die Schwingung mit einem Siliciumchip und kommt so zu einer sehr genauen Zeitmessung.

Atom- und Funkuhren

Die genausten Uhren sind aber Atomuhren. Atomuhren messen die Zeit mit Hilfe atomarer Vorgänge. Auch dort finden extrem schnelle Schwingungen statt, mit deren Hilfe man die Zeit zählt. Atomuhren übertragen per Funk ein sehr genaues Zeitsignal, nach denen sich andere Uhren richten. So stellen sich beispielsweise Funkuhren mit Hilfe von Atomuhren.

EINSTEIN UND DIE ZEIT

Läuft die Zeit wirklich immer gleich schnell ab? Dazu ein Gedankenexperiment: Du fliegst als Astronaut mit einer Raumkapsel durch den Weltraum. Auf der Erde ist deine Zwillingsschwester zurückgeblieben. Nach einem Jahr kehrst du wieder zur Erde zurück – dort aber wartet eine Überraschung auf dich. Deine Zwillingsschwester ist in der gleichen Zeit um Jahrzehnte gealtert und hat schon die ersten grauen Haare.

Für dich ist in der Raumkapsel ganz normal ein Jahr vergangen. Für die Menschen, die auf der Erde zurückgeblieben sind, vergeht die Zeit aber schneller. Die Uhren in deinem Raumschiff ticken langsamer, und du alterst langsamer.

Dieses Gedankenexperiment geht auf den berühmten Physiker Albert Einstein (1879-1955) zurück. Praktisch ist so etwas allerdings nicht möglich, denn man müsste ein Raumschiff bauen, das beinahe mit Lichtgeschwindigkeit fliegt, also mehr als eine Million Kilometer pro Stunde. So ein Raumschiff gibt es nicht. Allerdings hat man Einsteins Vorhersage mit genauen Atomuhren überprüft: Ein Überschallflugzeug flog mit einer Atomuhr rund um die Erde. Anschließend wurde die Uhr mit einer anderen Atomuhr verglichen, die auf der Erde zurückgeblieben war. Das Ergebnis: Die Uhr im Flugzeug hinkte um einige Milliardstelsekunden hinterher. Ihre Zeit war langsamer verstrichen.

Von Zeitreisen

Könntest du auch in die Vergangenheit reisen, z. B. in eine Zeit vor deiner Geburt? Mit der Rakete geht das nicht, damit kannst du die Zeit nur langsamer vergehen lassen. Einige Wissenschaftler haben aber eine andere Möglichkeit vorgeschlagen, in die Vergangenheit zu reisen. Über so genannte Wurmlöcher. Sie sollen aus zwei miteinander verbundenen Schwarzen Löchern bestehen, mit einem Ein- und einem Ausgang – so eine Art Tunnel in die Vergangenheit. Man fliegt auf der einen Seite in das Wurmloch hinein und kommt auf der anderen Seite in der Vergangenheit wieder heraus. Würde das klappen, könnte das zu ziemlichen Verwirrungen führen. Die Wissenschaftler benutzen dafür ein sehr drastisches Beispiel: Stell dir vor, du reist mit einer solchen Zeitmaschine in die Vergangenheit. Du könntest deinen Vater treffen, bevor er dich gezeugt hat. Stell dir vor, du redest ihm deine Mutter aus. Du könntest so verhindern, dass du gezeugt und geboren wirst. Und wer steigt dann in die Zeitmaschine?

Viele Wissenschaftler vermuten, dass eine solche Zeitmaschine gegen Naturgesetze verstößt. Mit Sicherheit kann das aber bisher noch niemand sagen.

Wurmlöcher

Wurmloch
Fiktive Darstellung von einem Wurmloch

Wurmlöcher sind im Prinzip Röhren, die weit entfernte Bereiche des Universums miteinander verbinden. Physiker und Mathematiker haben Wurmlöcher theoretisch berechnet. Bisher ist jedoch nicht bekannt, ob es sie auch in Wirklichkeit gibt.

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