{"id":17998,"date":"2017-07-28T13:37:24","date_gmt":"2017-07-28T11:37:24","guid":{"rendered":"http:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/?p=17998"},"modified":"2017-07-28T13:37:24","modified_gmt":"2017-07-28T11:37:24","slug":"die-physik-der-zeitreise","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/en\/forschung\/die-physik-der-zeitreise\/","title":{"rendered":"Die Physik der Zeitreise"},"content":{"rendered":"

\"\"Zeitreisen sind ein beliebtes Thema der Science-Fiction. Doch sind sie physikalisch \u00fcberhaupt m\u00f6glich? Physiker und Wissenschaftskommunikator Sascha Vogel erl\u00e4utert diese Frage am Beispiel der Hollywood-Filme \u00bbZur\u00fcck in die Zukunft\u00ab und \u00bbInterstellar\u00ab.<\/strong><\/em><\/p>\n

Obwohl wir sie t\u00e4glich erfahren, messen und manchmal auch vergessen, ist die Zeit eines der am wenigsten verstandenen Konstrukte der Physik. Hat sie eine Richtung? Und falls ja, kann man sie umkehren, wie man einen Film r\u00fcckw\u00e4rts laufen lassen kann? Wie meistens in der Physik, muss man erst einige andere Fragen beantworten, bevor man sich mit Zeitreisen und anderen spannenden Ph\u00e4nomenen befassen kann.<\/p>\n

Zun\u00e4chst m\u00fcssen wir kl\u00e4ren, was Zeit eigentlich ist. Dar\u00fcber haben sich schon die gro\u00dfen griechischen Philosophen Gedanken gemacht. Wir steigen aber etwas sp\u00e4ter bei Isaac Newton und Gottfried Wilhelm Leibniz ein, die eine wilde Debatte \u00fcber das Wesen der Zeit gef\u00fchrt haben. F\u00fcr Newton waren Zeit und Raum reale, physikalisch beschreibbare Gr\u00f6\u00dfen. Er sah sie als eine Art Container, der alle anderen realen Objekte des damals noch etwas kleineren Universums enth\u00e4lt.<\/p>\n

Leibniz behauptete dagegen, die Zeit sei nichts weiter als eine gedankliche Konstruktion. Ohne auf die Details der Diskussion weiter ein zugehen, halten wir hier fest: Newtons Sichtweise hat die wissenschaftliche Gemeinschaft letztendlich \u00fcberzeugt. Ein sehr wichtiges Detail in Newtons Beschreibung der Zeit war, dass er sie als absolut definierte. Genau wie der Raum, der sich nicht \u00e4ndert, was auch darin passiert, ist in der Newton\u2019schen Mechanik auch die Zeit unabh\u00e4ngig von der restlichen Physik. Und das stimmt mit unserer t\u00e4glichen Erfahrung durchaus \u00fcberein.<\/p>\n

Auftritt Einstein und seine Relativit\u00e4tstheorie<\/h3>\n

Ein paar Jahrhunderte sp\u00e4ter r\u00fcttelte Albert Einstein an diesem Weltbild mit seiner speziellen Relativit\u00e4tstheorie. In seiner Arbeit \u00bbZur Elektrodynamik bewegter K\u00f6rper\u00ab stellt er die absolute Zeit und den absoluten Raum infrage und setzt an deren Stelle ein neues Postulat: Es gibt eine Maximalgeschwindigkeit, n\u00e4mlich die Lichtgeschwindigkeit, und sie ist in allen Bezugsystemen gleich gro\u00df. Wie Einstein darauf kam, mit dem vertrauten Verst\u00e4ndnis von Raum und Zeit zu brechen, k\u00f6nnen wir am besten durch Gedankenexperimente verstehen, wie sie auch Einstein machte.<\/p>\n

Stellen wir uns vor, wir stehen an einem Bahngleis und ein Zug f\u00e4hrt mit 300 km\/h an uns vorbei. Vom Gleis aus betrachtet rasen der Fahrgast im Zugrestaurant und sein Kaffee mit 300 km\/h an uns vorbei. Dagegen wird der Mann im Zug sagen, dass er in Ruhe ist, ebenso wie die Kaffeetasse vor ihm. Dass der Zug sich bewegt, merkt er im Idealfall nur, wenn der Kaffee bei einer starken Bremsung \u00fcberschwappt. Solange der Zug mit gleichbleibender Geschwindigkeit f\u00e4hrt, kann der Fahrgast bei heruntergelassenen Rollos nicht wissen, ob er sich bewegt oder am Bahngleis steht.<\/p>\n

Dies ist noch nicht verwunderlich und vollkommen vereinbar mit der klassischen Mechanik. Wenn nun ein Junge im Zug einen Ball mit 10 km\/h in Fahrtrichtung wirft, dann sieht der Beobachter am Gleis den Ball mit 310 km\/h fliegen \u2013 die Geschwindigkeit des Balls plus die Geschwindigkeit des Zugs. Was passiert aber, wenn wir nachts im Schlafwaggon das Licht anmachen? Auf den ersten Blick sollte sich die Geschwindigkeit des Lichts ja auch einfach mit der Geschwindigkeit des Zugs addieren.<\/p>\n

Die experimentelle Messung zeigt aber, dass sich das Licht sowohl f\u00fcr den Beobachter am Gleis als auch f\u00fcr den Beobachter im Zug mit der gleichen Geschwindigkeit von 299.792.458 m\/s bewegt! Und hier bricht das allt\u00e4gliche Weltbild zusammen. Warum kommen die 300 km\/h des Zugs nicht obendrauf? Die genaue Erkl\u00e4rung w\u00fcrde den Rahmen dieses Beitrags sprengen.<\/p>\n

Merken sollten wir uns, dass aus dem Grundpostulat der Speziellen Relativit\u00e4tstheorie \u2013 es gibt keine gr\u00f6\u00dfere Geschwindigkeit als die Lichtgeschwindigkeit \u2013 viele spannende (und manchmal auch lustige) Effekte resultieren. Hier seien insbesondere die Zeitdilation und L\u00e4ngenkontraktion genannt. \u00bbAnschaulich\u00ab bedeutet dies, dass bewegte Uhren langsamer gehen und mit Lichtgeschwindigkeit fliegende B\u00e4lle zu einem Pfannkuchen plattgedr\u00fcckt werden. Auf \u00e4hnliche Effekte kommen wir am Ende des Artikels noch zu sprechen.<\/p>\n

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Auf den Punkt gebracht<\/strong><\/p>\n