von LINDA HOFER und RUDOLF OELLER März 1997 Kurzfassung einer Matura-Fachbereichsarbeit
INHALTSVERZEICHNIS:
DER KALENDER
DER TAG
DAS JAHR
DER MONAT
CHRONOLOGISCHE BEGRIFFE
DER KALENDER DER AEGYPTER
DER ROEMISCHE KALENDER
DER JULIANISCHE KALENDER
DER GREGORIANISCHE KALENDER
DIE ZEITMESSUNG
FUNKTIONSWEISE EINER UHR
WARUM GEHEN ALLE OEFFENTLICHEN UHREN GLEICH?
WANDEL DES ZEITBEWUSSTSEINS
PHILOSOPHISCHE BETRACHTUNGEN ZUM PHAENOMEN ZEIT
UEBER DIE ENTWICKLUNG DES ZEITBEGRIFFS
UMGANG MIT DER ZEIT
DIE RELATIVITAETSTHEORIE
VORLAEUFER EINSTEINS
ALBERT EINSTEIN
DIE ZEIT
DER RAUM
DIE MASSE
DIE ENERGIE
DIE ALLGEMEINE RELATIVITAETSTHEORIE
LITERATURVERZEICHNIS
DER KALENDER
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Das Wort "Kalender" stammt aus dem Lateinischen. Entstanden ist es
aus dem "Kalendarium", wie das Schuldbuch der Geldverleiher seit
dem ersten Jh. n. Chr. und seit den Abhandlungen der ältesten
römischen Juristen heißt.
Heutzutage ist der Kalender aus unserem täglichen Leben nicht
mehr fortzudenken. Er teilt das Jahr in Monate, Wochen und Tage,
er gibt die Feiertage und den Wechsel der Jahreszeiten an, nach ihm
kann man Verabredungen über weite Entfernungen und lange Zeiträume
hinweg treffen. Selten jedoch wird sich einer von uns, die wir
stündlich den Kalender zur Hand nehmen, Gedanken darüber machen,
wo dieser in der jetzt noch üblichen Form entstand, woher er kam
und wie seine Entwicklung vor sich ging.
Zunächst ein kurzer Überblick über die wichtigsten
Himmelserscheinungen, die zur Grundlage sämtlicher Kalender wurden:
DER TAG
Aus den Bewegungen der Gestirne wissen wir, dass sich die Erde einmal
pro Tag um ihre eigene Achse dreht. Die Gestirne sind sozusagen das
Ziffernblatt, an dem wir die Stellung der irdischen Uhr ablesen
können. Und je nachdem, welches Ziffernblatt man benutzt, kann
man verschiedene Tage unterscheiden:
- den Sternentag, bei dem die Erddrehung anhand der Sterne bestimmt
wird, und
- den Sonnentag, bei dem die Sonne das Ziffernblatt bildet.
Man könnte auch einen Mond-, oder einen Merkurtag bilden, für den
Kalender hat jedoch nur der Sonnentag Bedeutung (den Sternentag
benutzen ausschließlich Astronomen).
Ein Tag ist also gleich der Umdrehung der Erde um ihre Achse, wobei
diese Umdrehung an der Stellung der Sonne abgelesen wird.
DAS JAHR
Die Erde dreht sich nicht nur um ihre eigene Achse, sie bewegt sich
auch auf einer großen, ellipsenförmigen Bahn um die Sonne. Für
einen Umlauf benötigt sie genau ein Jahr. Diese Tatsache ist für
unsere Zeitrechnung deshalb von Bedeutung, weil direkt vom Erdumlauf
eine überaus wichtige Naturerscheinung abhängt: Die Jahreszeiten.
DER MONAT
Der Mond bewegt sich um die Erde, und je nach seiner Stellung zur
Sonne leuchtet er verschieden groß am Himmel. Einen vollen Wechsel
der Mondphasen nennt man einen (synodischen) Monat, zumindest ist
das die ursprüngliche Bedeutung dieses Wortes. Die Monate unseres
heutigen Kalenders haben nichts mehr mit dem Mond zu tun. Sie sind
nur Hilfen, um die Länge des Jahres überschaubarer zu machen.
CHRONOLOGISCHE BEGRIFFE
In der Chronologie (= Wissenschaft der Zeitmessung) nennt man eine
Jahrform, die sich nur nach dem Stand der Sonne richtet, ein
"Sonnenjahr", eine, die nur den Mondlauf kennt, "Mondjahr" und eine,
die beide berücksichtigt, "Lunisolarjahr". Ein Jahr ohne irgendwelche
Schalttage oder -monate ist ein "Gemeinjahr", das Gegenstück wäre
dann das "Schaltjahr". Verschiedene Kalendersysteme nahmen im Laufe
der Geschichte Einfluss auf unseren heutigen Kalender:
DER KALENDER DER ÄGYPTER
Das Kalenderjahr der Ägypter war von Urzeiten an ein reines
Sonnenjahr (365 Tage). Der Grund hierfür war der Nil, von dessen
Überschwemmungen Ägypten lebte. Und weil die Schneeschmelze, auf
welche die Überschwemmung folgte, ausschließlich vom Sonnenstand
abhängig war, kamen die Ägypter nie auf die Idee, den Mond als
Zeitmesser zu benutzen. Das ägyptische Jahr war in drei große
Zeiträume (Überschwemmzeit, Saatzeit, Erntezeit) eingeteilt,
von denen jeder vier Monate hatte. An diese 12*30 = 360 Tage wurden
noch 5 Zusatztage, die sogenannten Epagomenen angehängt. Weil das
tatsächliche Sonnenjahr aber um rund einen Viertel Tag länger ist,
verschoben sich natürlich im Laufe der Zeit Überschwemmung, Saat
und Ernte immer weiter nach vorne. Diese Tatsache störte die Ägypter
jedoch wenig, konnten sie sich doch am "Hundsstern" Sirius (hellster
Stern am Himmel im Sternbild des Grossen Hundes), dessen heliaktischer
Aufgang (=Zeitpunkt, an dem man den Sirius zum ersten Mal wieder kurz
vor Sonnenaufgang in der Morgendämmerung sehen kann) beinahe
gleichzeitig mit dem ersten Steigen der Nilflut erfolgt, orientieren.
Im Jahre 238 v. Chr. brach der ägyptische Koenig PTOLEMAEUS III
EUERGETES mit der Jahrtausende alten Tradition, indem er das Dekret
von Canopus erließ, in dem er befahl, das nur 365 Tage lange
ägyptische Jahr solle alle 4 Jahre 366 Tage erhalten. Dieses
Dekret wurde vom Nachfolger Ptolemaeus` III Euergetes bereits
nach wenigen Jahren wieder außer Kraft gesetzt, ganz umsonst
war es aber nicht:
Als Gaius Julius Caesar nach seinem Ägyptenfeldzug wieder nach Rom
zurückkehrte, hatte er den ägyptischen Kalender gründlich genug
studiert, um daraus die Grundlagen seines großen Reformwerks, des
Julianischen Kalenders zu machen. Denn die bekannte Schaltregel, dass
alle vier Jahre ein besonderer Schalttag einzulegen sei, stammt
vermutlich aus Ägypten.
DER RÖMISCHE KALENDER
43 v. Chr. kam MARCUS TERENTIUS VARRO auf die Idee, den (sehr
ungenau festgelegten) Zeitpunkt der sagenhaften Gründung Roms
zum Ausgangspunkt der römischen Jahreszählung zu machen. Ihm
zu Ehren nennt man diese Zählmethode die Varronische AEra. Ihr
Ausgangspunkt 1 a. u. c. = 1 ab urbe condita ist gleichbedeutend
mit dem Jahre 753 v. Chr.
Über den alten römischen Kalender sind nur ungenaue und
lückenhafte Überlieferungen vorhanden. Ursprünglich soll er
nur zehn Monate mit den Namen Martius, Aprilis, Maius, Junius,
Quintilis, Sextilis, September, Oktober, November und Dezember
gehabt haben. Spaeter kamen dann noch zwei weitere Monate -
Januarius und Februarius - hinzu. Man kann sehen, dass ursprünglich
der März den Jahresbeginn darstellte, denn die letzten Monate sind
mit Zahlen bezeichnet: September, der Siebte (septem = sieben),
Oktober, der Achte (octo = acht) - aber nur vom März aus gerechnet.
Die Jahreslänge wurde auf 355 Tage festgelegt - ein reines Mondjahr
war entstanden.
Später versuchten die Römer, auch den Sonnenlauf in ihrem Kalender
zu berücksichtigen. Heraus kam nach vielen Versuchen ein recht
sonderbares Kalendergebilde, das aus vier Jahren bestand:
1. Gemeinjahr (355 Tage),
2. Schaltjahr (378 Tage),
3. Gemeinjahr (355 Tage),
4. Schaltjahr (377 Tage).
Das neue Jahr hatte mit dem Mondlauf nicht mehr viel zu tun, war aber
auch kein richtiges Sonnenjahr. Der Schaltmonat Mercedonius wurde
mitten in den Februar hineingelegt. Im Schaltjahr dauerte der
Februar 23 Tage, dann kam der Mercedonius mit 22 oder 23 Tagen,
und danach ging der Februar mit seinen restlichen fünf Tagen weiter.
Um nun in den einzelnen Monaten die Tage zu bezeichnen, erfanden die
Römer ein höchst kompliziertes System. Sie legten zunächst einmal
Festpunkte in jeden Monat: die "Kalendae", die den ersten Tag jedes
Monats bezeichneten, die "Nonae", welche dem fünften, und die "Idus",
die dem 13. Tag eines Monats entsprachen - außer im März, Mai,
Quintilis und Oktober (da waren sie der 7. und der 15. Tag). Um
ein Datum zu bestimmen, musste man jeweils vorwärts zum nächsten
Festpunkt rechnen, dabei aber den Ausgangs - und Endtag mitzählen.
So ergaebe der 27. Oktober beispielsweise: ante diem VI Kalendas
Nov. (6 Tage vor den Kalenden des November).
Der Tag genau vor dem Festpunkt hieß "pridie", der Tag danach aber
nicht etwa "postdie" - er wurde wieder ganz genau berechnet.
DER JULIANISCHE KALENDER
Als GAIUS JULIUS CAESAR im Jahre 46 v. Chr. nach langer Abwesenheit
als Diktator nach Rom zurückkehrte, fand er einen ganz und gar in
Verwirrung geratenen Kalender vor. Um die gröbsten Fehler zu
beseitigen, verlängerte Caesar das Jahr 46 v. Chr. gleich um drei
Monate, so dass es die außergewöhnliche Länge von 445 Tagen hatte -
das längste Jahr in der ganzen abendländischen Geschichte.
Gleichzeitig sollte von nun an jedes Jahr 365 Tage lang sein und
alle vier Jahre ein Schaltjahr von 366 Tagen eingelegt werden.
Das als "Julianisch" bezeichnete Jahr hatte also eine
durchschnittliche Länge von 365 Tagen und 6 Stunden und war
nur 12 Minuten zu lang gegenüber der tatsächlichen Jahreslänge
von 365 Tagen, 5 Stunden, 48 Minuten. Das nun plötzlich um 10 Tage
längere Jahr wurde in 30 und 31 Tage lange Monate eingeteilt.
Schaltmonat sollte der Februar sein. Der 24. Februar sollte doppelt
gezählt werden und so den Schalttag bilden. (Die lateinische
Bezeichnung fuer den Schalttag lautet: ante diem bis sextum Kalendas
Martias - so lässt sich der Name "annee bissextile" für Schaltjahr
im Französischen erklären). Als nächsten Schritt verlegte Caesar
den Jahresbeginn vom März auf die Zeit, zu der die römischen
Konsuln immer schon ihr Amt angetreten hatten - auf den 1. Januar.
Caesar zu Ehren wurde der Monat Quintilis in Julius umbenannt und
sein Nachfolger Augustus ließ den Sextilis in August umtaufen.
Der neue Kalender fand in kurzer Zeit weltweite Verbreitung, wozu
ihm nicht nur die militärische Macht der Römer verhalf, sondern
ganz besonders auch die neuentstandene christliche Kirche mit ihrem
Oberhaupt in Rom. Sie übernahm die Grundlagen des gesamten
römischen Zeitrechnungssystems und schuf selbst eine Einrichtung
des mittelalterlichen und damit auch des heutigen Kalenders: die
Methode, die Jahre ab Christi Geburt, welche der um 500 n. Chr.
in Rom lebende Abt DIONYSIOS EXIGUUS festlegte, zu zählen. Dies
gestaltete sich als überaus schwierig, da die Überlieferungen
500 Jahre nach der Geburt Christi sehr ungenau waren. So war der
römische Abt mehr auf Schätzungen angewiesen. Er setzte
schließlich das 248. Jahr nach Diokletian dem Jahre 532 n. Chr.
gleich und nannte die neugezählten Jahre "anni domini nostri Jesu
Christi", die Jahre unseres Herrn Jesus Christus. Der Anfangspunkt
der Jahreszählung stimmt jedoch nicht. Einer der ersten, der das
bemerkte, war der deutsche Astronom JOHANNES KEPLER im Jahre 1606.
Er wies darauf hin, dass der wahre Geburtstag von Jesus Christus
vor allem durch eine Berechnung des Sterns von Bethlehem, der
vermutlich eine enge Zusammenkunft der Planeten Jupiter und Saturn
im Jahre 7 vor Beginn unserer Zeitrechnung war, exakt festgelegt
werden könne. Das führt zu dem erstaunlichen Ergebnis:
Jesus Christus wurde wahrscheinlich im Jahre 7 vor Christus
geboren! Getreu der damals üblichen Zählung nannte Dionysios
Exiguus das erste Jahr der neuen Zählmethode Jahr Nummer 1 - und
nicht etwa Jahr 0. Denn die Null galt damals gar nicht als Zahl
und konnte somit auch nicht zur Bezeichnung verwendet werden.
Das Jahr vor dem Jahr 1 bekam die Bezeichnung 1 v. Chr.
Zwischen dem Beginn des Jahres 2 v. Chr. und dem des Jahres
2 n. Chr. liegen also nur drei Jahre und nicht etwa vier. Will
man also die Jahre zwischen einem Datum vor und einem nach Christus
bestimmen, so muss von dem Ergebnis immer 1 abgezogen werden.
Die Astronomen übrigens führten nachträglich doch ein Jahr 0 ein.
Um nicht mit der heutigen Jahreszählung in Konflikt zu geraten,
setzten sie es vor den Beginn der Ära. Die astronomischen Jahre
vor Christus sind also immer um 1 niedriger.
DER GREGORIANISCHE KALENDER
Das Julianische Kalenderjahr war um 12 Minuten zu lang. Dieser Betrag
scheint zunächst nicht sehr ins Gewicht zu fallen, in ein paar
Jahrhunderten aber macht er sich schon deutlich bemerkbar.
Im 16. Jahrhundert etwa war er schon auf 10 Tage angewachsen.
Der Frühling begann nun, anstatt am 21. März, schon am 11. März.
Beim Konzil in Nikaea 325 n. Chr. war Ostern auf den ersten
Sonntag nach dem ersten Vollmond nach Frühlingsanfang festgesetzt
worden. Der Frühlingsanfang wurde ein fuer allemal auf den 21. Maerz
festgelegt, die Mondphasen sollten mit einer schematischen Rechnung
bestimmt werden. Durch die Ungenauigkeit des Julianischen Kalenders
wichen nun die vorherbestimmten Ostervollmonde immer stärker von der
Wirklichkeit ab. Dieser Fehler wurde schließlich so auffällig,
dass sich die Kirche in Rom zur Änderung des Kalenders entschloss.
So beauftragte Papst GREGOR XIII eine Kommission aus mehreren
Astronomen mit dem Entwurf für einen neuen Kalender. Dieser wurde
am 24. Februar 1582 in der päpstlichen Bulle "Inter gravissimas"
von ihm verkündet.
Die wichtigsten Punkte waren: Um die Jahreszeiten wieder in
Übereinstimmung mit dem Kalender zu bringen, wurden 10 Tage
ausgelassen, auf den 4. Oktober 1582 folgte sofort der 15.
Die Wochentagszählung wurde nicht unterbrochen; der 4. 10.
war ein Donnerstag, darauf folgte Freitag, der 15. 10. 1582.
Die Säkularjahre (die Jahre, die mit zwei Nullen enden, z. B.
1600, 1700) erhalten nur dann einen Schalttag, wenn sie sich
durch 400, und nicht nur durch 4, teilen lassen.
Die Osterfestberechnung wurde geändert. Man blieb zwar bei der
alten Regel des Sonntags nach dem Frühlingsvollmond, aber die
Berechung wurde komplizierter.
Der Gregorianische Kalender ist ziemlich genau. Die Abweichung
zum tatsächlichen Jahr ist gering; sie wächst erst in rund
3300 Jahren auf einen Tag an, das Gregorianische Jahr ist also
0,0003 Tage zu lang.
Nur Spanien, Portugal und Italien nahmen den neuen Kalender
sofort an. Die Kirche hatte vergessen, dem Kalender auch eine
wissenschaftliche Erklärung mitzugeben, und so widersetzten
sich viele Länder, insbesondere die protestantischen, dem
päpstlichen Kalender. Erst im Jahre 1603 veröffentlichte
der päpstliche Astronom CHRISTOPHER CLAVIUS sein Werk
"Explicatio Romani Calendarii a Gregorio XIII Pontifex
Maximus restituti" - genaue Erklärung des durch Papst
Gregor XIII reformierten Kalenders. Und langsam, aber
unaufhaltsam, setzte sich der Gregorianische Kalender durch.
DIE ZEITMESSUNG
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"Der Mensch misst die Zeit, und die Zeit misst den Menschen."
Italienisches Sprichwort
Zeitmessung erfolgt mit Hilfe von Uhren. Maßeinheit ist die Sekunde,
die folgendermaßen definiert ist:
"Die Sekunde ist gleich der Dauer von 9 192 631 770 Schwingungen
der Strahlung, die dem Übergang zwischen den beiden
Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes des Caesiumatoms 133
entspricht." (1)
Die Uhr hat, wie kaum eine andere Erfindung, Einfluss auf unser
Leben genommen. Gleichzeitig mit der Entwicklung der Sonnenuhr
über die mechanische Uhr bis hin zur Atomuhr hat sich ein
Wandel in unserem Zeitbewusstsein sowie in unserer Gesellschaft
vollzogen. Schlagworte wie Zeitbewusstsein, Zeiteinteilung,
Zeitmangel, Zeitnot, Zeitdruck, Zeitersparnis, Arbeitszeit
(-verkürzung ) etc. gehören heute zu unserem täglichen Sprachgebrauch.
Über die Bedeutung der Uhr sind sich Denker, Wissenschaftler,
Politiker usw. einig. So behauptet beispielsweise Lewis Mumford,
nicht die Dampfmaschine, sondern die Uhr sei die Schlüsselmaschine
des Industriezeitalters. Für Karl Marx ist sie der erste, zu
praktischen Zugriffen angewandte Automat, an dem die ganze Theorie
der Produktion gleichmäßiger Bewegung entwickelt worden sein soll.(2)
Marc Bloch bezeichnete 1931 die Fortschritte der Zeitmessung als
eine der tiefgreifendsten Revolutionen im intellektuellen und
praktischen Leben unserer Gesellschaften und als eines der
Hauptereignisse der spätmittelalterlichen Geschichte. (2)
Die Stundeneinteilung des Tages und die Verwendung von Zeitmessern
war nicht von alters her üblich, beides fällt noch in eine Zeit
historischer und datierbarer Erinnerung. Die GRIECHEN sollen die
Sonnenuhren und die Zwoelfteilung des Tages von den BABYLONIERN
übernommen haben. In der Zeit davor war mit "hora" (Stunde) ein
Zeitraum unterschiedlichster Ausdehnung (z. B. eine Jahreszeit)
bezeichnet worden. Die Verwendung von Tageszwoelfteln,
Temporalstunden und die Verwendung von "hora" als Zeitstunde
ist erst seit der Zeit Alexanders des Grossen nachgewiesen.
Das älteste Verfahren zur Zeitbestimmung ist sicherlich die
Beobachtung der Veränderung des Sonnenschattens. Dazu eignen
sich die Schatten von Gebaeudekanten, aber auch der eigene
Körperschatten, dessen Länge, ausgedrückt in "Fuß" oder
"Schuh", in der Antike ein sehr populäres Mittel der Zeitbestimmung
gewesen ist. SONNENUHREN mit Schattenstab und Skalen waren seit
dem 3. Jahrtausend v. Chr. in Gebrauch. Diese Sonnenuhrformen
der älteren Zeit lieferten ziemlich ungenaue Zeitangaben, bis
schließlich griechische Astronomen aus babylonischen Vorbildern
verschiedene Typen und Formen entwickelten.
In ROM soll die erste Sonnenuhr, laut Berichten Plinius' d. AE.,
292 v. Chr. aufgestellt worden sein. 263 v. Chr. habe der Konsul
Valerius Massala eine Sonnenuhr aus dem eroberten Catania
herbeigeschafft, deren Linien jedoch wegen des geographischen
Breitenunterschieds nicht mit den Tagesstunden in Rom
übereinstimmten. Erst 164 v. Chr. sei eine richtig konstruierte
Sonnenuhr aufgestellt worden.
Griechische und römische Sonnenuhren trugen das Liniennetz
auf verschiedenen, meist in Stein gemeißelten Formen. Sie
zierten öffentliche Gebäude, Tempel, Privathäuser und Villen.
Das Problem der Konstruktion entsprechend der geographischen Breite
war spätestens seit dem 3. Jahrhundert v. Chr. gelöst. Von da
an zeigten die antiken Sonnenuhren stets die Temporalstunden
fuer einen bestimmten Breitengrad.
Eine andere Zeitmessvorrichtung in der Antike war die WASSERUHR,
die KLEPSYDRA, mittels derer wetter - und tageslichtunabhaengige
Zeitmessung möglich war. Die einfachste Form der Wasseruhr war
die sogenannte Auslauf - Wasseruhr. Dabei wurde ein einfaches
Gefäß mit einer engen Auslauföffnung versehen. Das Ausfließen
einer bestimmten Wassermenge diente dann der Fristbestimmung
oder die Beobachtung des sinkenden Wasserspiegels einer sehr
einfachen Zeitmessung. Die Entwicklung der Klepsydra lässt sich
bis ins Mittelalter weiterverfolgen. Es entstanden äußerst
komplizierte Wasseruhren, die durchaus mechanische Komponenten
wie Zahngetriebe, Gewichte, Rollen, aber auch aufwendige
Automatenwerke hatten.
Der nächste Schritt in der Geschichte der Zeitmessung war
die Entwicklung der MECHANISCHEN UHR. (Diese Bezeichnungen haben
sich im modernen Sprachgebrauch für die gewichtsgetriebene Uhr
mit mechanischer Hemmung eingebürgert. Sie sind jedoch nicht ganz
exakt, da sie die komplizierten Wasseruhren ausschließen.)
Entwicklung oder Erfindung der mechanischen Uhr werden seit
Jahrzehnten genauestens erörtert und erforscht. Dennoch ist es
bis heute nicht gelungen, Ort, Zeit und Umstände dieses
technischen Durchbruchs zu ermitteln. Die meisten Uhren- und
Technikgeschichten beschränken sich daher darauf, die Erfindung
als Geniestreich oder als zivilisationsgeschichtlichen Wendepunkt
hervorzuheben, und den Vorgang zutreffend auf die Wende des
13. zum 14. Jahrhundert zu datieren.
Die ersten mechanischen Uhren, die RÄDERUHREN, wurden von einem
nach unten ziehenden Gewicht angetrieben, das an einem sich
abspulenden Seil (das jeden Tag neu aufgerollt werden musste) hing.
Durch einen Zahnradmechanismus wurde die Fallbewegung des Gewichts
gebremst und in langsame, regelmäßige Intervalle unterteilt,
welche die Zeigerbewegung der Uhr regulierten. Diese Uhren waren
sehr ungenau.
SCHLAGUHREN (mechanische Uhren mit automatischem Stundenschlag)
tauchen seit Beginn des 14. Jahrhunderts in italienischen Städten
auf. Sie waren für viele die erste Begegnung mit einer mechanischen
Uhr. Die Erfindung des Schlagwerks hat die Verbreitung der Uhren
ermoeglicht und die Auffassung der Uhr als faszinierenden Automaten
populaer gemacht.
Im Jahre 1657 erfand der Holländer Christian Huygens die Pendeluhr.
Bei diesem Modell wird die regelmäßige Pendelschwingung auf den
Uhrmechanismus übertragen. Das bewirkt eine große Ganggenauigkeit.
TASCHEN- und ARMBANDUHREN werden durch ein Uhrwerk in Gang gehalten,
das seine Antriebskraft von einer gespannten (aufgezogenen) Feder
erhält. Die Regulierung besorgt ein Rädchen, die Unruh. Diese
schwingt hin und her und wird durch eine feine Feder wieder in
die Gleichgewichtslage zurückgeholt.
Sehr exakt ist die 1931 entwickelte QUARZUHR. Im Steuerzentrum
dieses Zeitmessgerätes liegt ein Quarzkristall, den man mit
Hilfe elektrischer Batteriespannung in Schwingungen setzt.
Dabei kommt es zu einer regelmäßigen Frequenz, die auf
elektronischem Wege gezählt wird. Auf dem Zifferblatt der
Uhr wird diese Frequenz mit Flüssigkristallen oder Leuchtdioden
in Zeiteinheiten (Sekunde / Minute / Stunde) "übersetzt".
Der absolute Fehler einer Quarzuhr liegt bei 0,001 s/a. Über
lange Zeiträume hinweg ist jedoch die Frequenz des Schwingquarzes
nicht konstant.
Die genauesten Zeitmesser sind die ATOMUHREN. "Sie zählen die
praktisch unveränderlichen Eigenschwingungen von Molekülen.
Als Zeitstandard dient die CAESIUMUHR: aus einer Düse treten
parallele Strahlen von Cs-Atomen heraus. Sie gelangen in das
elektrische Feld des Fokussators und werden in energiearme und
-reiche Cs-Atome getrennt. Die Energiereichen geraten in einen
Hohlraumresonator, in dessen Innerem eine stehende Hochfrequenzwelle
existiert. Diese regt die Cs-Atome zu frequenzstabilen
Eigenschwingungen an. Diese Hochfrequenzschwingungen werden
herausgeleitet, untersetzt und anschließend gezählt." (3)
Zusammenfassung: AUFBAU UND FUNKTIONSWEISE EINER UHR
In allen heute verwendeten Uhren bildet ein schwingungsfähiges
System die Grundlage der Zeitmessung. Das kann ein Pendel, eine
Unruh, eine Stimmgabel, ein Quarzkristall oder eine Atomschwingung
sein. "Wichtig ist, dass die Schwingungszeit des Gangreglers
möglichst konstant ist, damit für die Zeitmessung ein
Vergleichsnormal zur Verfügung steht.
Ein weiteres Bauelement einer jeden Uhr ist ein Energiespeicher,
aus welchem dem Schwinger soviel Energie zugeführt wird, dass
er trotz der unvermeidlichen Reibungsverluste weiter arbeitet.
Dies kann ein hochgezogenes Gewicht sein, eine gespannte Feder
oder eine elektrische Batterie. Weiter ist eine Übersetzung
notwendig, eine Einrichtung, die die Energie vom Speicher bis
zum Schwingungssystem überträgt, wofür ein Zahnradgetriebe
oder auch eine elektronische Schaltung in Frage kommen.
Schließlich ist eine Einrichtung nötig, um die Zahl der
Schwingungen zu zählen und in geeigneter Weise anzuzeigen.
Dazu gibt es analoge oder digitale Anzeigen. Auf dem bekannten
Zifferblatt wird die Zeit auf eine analoge Groesse, nämlich
die Winkel zwischen der Zwoelf und den Zeigern, abgebildet.
Die Flüssigkeitskristallanzeige einer elektronischen Uhr
hingegen gibt die Zeit in festgelegten kleinsten Schritten,
meist Sekunden, digital, also zahlenmäßig, an." (4)
WARUM GEHEN ALLE OEFFENTLICHEN UHREN GLEICH?
In Deutschland sind in jeder Stadt die öffentlichen Uhren an
sogenannte Mutteruhren angeschlossen, diese wiederum stehen über
einen Langwellensender der Bundespost mit einer Atomuhr in
Braunschweig in Verbindung. Über Funksignale reguliert die
Atomuhr die Ganggenauigkeit der Mutteruhren, während diese
minütlich Stromimpulse an beliebig viele Nebenuhren aussenden.
Die Sekundenzeiger bewegen sich inzwischen durch eigene Antriebe
weiter. Damit ist auch erklärt, warum sich die Zeiger der
öffentlichen Uhren genau einmal pro Minute ruckweise weiterbewegen.
WANDEL DES ZEITBEWUSSTSEINS
Die Einführung der öffentlichen Uhr im 14. Jahrhundert hat einen
langen Prozess der Veränderung des Zeitbewusstseins eingeleitet.
Sie hatte einen Wandel der Praxis der Tageszeitbestimmung zur Folge.
Innerstädtische Differenzierung und Koordination, merkantile
Interessen, Arbeitgeberinteressen, usw. wurden zu bedeutsamen
Faktoren. Mit der öffentlichen Uhr wurde ein Teilprozess
urbaner Modernisierung eingeleitet.
Nicht immer wird diese Entwicklung als positiv gesehen.
So stellt beispielsweise Lewis Mumford in seinem Buch
Technics and Civilisation dar, "wie uns die Uhr, beginnend
im 14. Jahrhundert, zuerst zu pünktlichen Zeit-Messern,
dann zu Zeit-Sparern und heute schließlich zu Dienern
der Zeit gemacht hat." (5)
PHILOSOPHISCHE BETRACHTUNGEN ZUM PHAENOMEN ZEIT
Die Frage "Was ist die Zeit?" zufriedenstellend zu beantworten
ist bis heute wohl noch niemandem gelungen. Bei der Zeit handelt
es sich weder um ein begriffliches "Abbild", noch lässt sie sich
in "eines der gedanklichen Schubladenfächer, die man heute noch
mit ungetrübter Selbstverständlichkeit als Mittel der
Klassifizierung von Gegenständen dieser Art benutzt" (23),
einordnen. Doch mit welcher Art von Gegenstand hat man es bei
der Zeit eigentlich zu tun? Ist sie ein Naturgegenstand, oder
ein Aspekt von Naturvorgängen? Ein Kulturobjekt? Oder vielleicht
gar kein Gegenstand? Was zeigen die Uhren an, wenn wir sagen,
sie zeigen die Zeit an? Wir wissen es nicht. Wohl wurden
unzählige Theorien über die Zeit aufgestellt (einige von
diesen werden im Laufe dieses Kapitels noch vorgestellt werden),
doch lässt sich im Verständnis der Zeit vom Altertum bis heute
kein eigentlicher Fortschritt feststellen. "Das Eingeständnis
von Augustinus, bei allem Wissen über die Zeit könne er nicht
sagen, was sie sei, wird nicht überboten, sondern bestätigt
und ergänzt durch die Aussage Hofmannsthals, die Zeit sei "ein
sonderbares Ding", wie durch die Feststellung Thomas Manns, sie
sei "ein Geheimnis"." (24)
Dieses Unvermögen, die Zeit in einem starren Begriff einzufangen,
zu speichern, versuchen wir Menschen dadurch zu überwinden,
dass wir Bilder, die sich auf unser Zeiterlebnis oder unsere
Zeitvorstellung beziehen, erfinden.
So versuchten beispielsweise die alten Griechen, sich den
unerklärlichen Begriff der Zeit anhand von mythischen Bildern
vertraut zu machen. Man erzählte sich etwa, der Himmel und die
Erde hätten miteinander Hochzeit gehalten, woraus die
Titanen - darunter Kronos und Rhea - entsprossen seien.
Kronos selbst galt auch als Gott der Zeit. Man schrieb
ihm Taten zu, die an das Wirken der Zeit erinnern - er
soll z.B. seine Kinder eines nach dem anderen verschlungen
haben - Fazit: Die Zeit vertilgt schließlich alles wieder,
was sie hervorbringt - ein treffliches Beispiel für die Vergänglichkeit.
Der Mensch (und zwar er allein) hat die Fähigkeit, sich mit Zeit
und Zeitabfolge zu befassen, sich bewusst zur Zeit zu verhalten -
darin besteht seine Geschichtlichkeit. Er weiß, dass die menschliche
Welt nicht nur eine Welt der Gegenwart, sondern auch eine Welt
der Vergangenheit und Zukunft ist. In dieser Welt sind
Vergänglichkeit und Tod enthalten, Begriffe, mit denen wir
uns nicht gerne auseinandersetzen. Denn was wir nicht bewältigen
und doch nicht umgehen können, das suchen wir zu verdrängen.
Die Gegenwart bildet nur die Grenze zwischen dem einen Nichts
und dem anderen. Geburt und Tod sind die Ereignisse, die die
Grenzen der irdischen Lebenszeit darstellen. Unter den vielen
Vorstellungen von der Zukunft ist das Bewusstsein vom Tod das
mächtigste. Der Tod, das Ende unserer Zeit? Am Tod gerät unser
Überlegen und Planen an seine Grenzen.
Die Frage nach Zeit - Tod - Ewigkeit überschreitet unser
Denkvermögen. Aber, so sagt Albert Keller, "wir können unsere
Gegenwart nicht verstehen, wenn wir nicht bedenken, dass sie vergeht,
unser Leben nicht, wenn wir beständig den Tod ausklammern, die
ganze Welt nicht, wenn wir nicht immer wieder nach dem Endgültigen
fragen." (25)
Auf solche Fragen aber will der Mensch eine Antwort. Im Laufe der
Geschichte haben sich viele Institutionen gebildet, die dem Menschen
auf diese Fragen Antworten geben. Eine der beständigsten ist
wohl die Religion.
Die Religion ist genauso alt wie die Entdeckung der Zeit. In jeder
Religion spielt der Tod eine Rolle. Von Religion zu Religion
verschieden ist jedoch die Lehre über das Wesen, die Wichtigkeit
oder Unwichtigkeit der Zeit.
So wird beispielsweise im HINDUISMUS die Zeit als für die Weltordnung
unwichtig betrachtet. Die Welt ist zeitlos. "Indem der Hinduismus
sich deutlich zur Zeitlosigkeit als letzter Wirklichkeit der Welt
bekennt, erleichtert er die von dem Wissen um die Zeit geschaffene
existentielle Spannung."(26) Nach der Seelenwanderung erfolgt fuer
den Hindu die endgültige Erlösung aus dem Kreislauf der Zeit.
Im BUDDHISMUS ist die Zeit voll von Leid. Das von einem Buddhisten
angestrebte Ziel ist der zeitlose Zustand, das Nirvana.
Im Gegensatz zum Hinduismus und Buddhismus suchen die traditionellen
philosophisch-religiösen Systeme Chinas, der KONFUZIANISMUS und
der TAOISMUS, "nicht die Zeitlosigkeit, sondern vielmehr die
zeitliche Harmonie im Leben des einzelnen, im zwischenmenschlichen
Bereich, in der Gesellschaft und in der Natur." (27) Diese beiden
Lebensphilosophien "haben alle Aspekte des chinesischen Lebens so
tief beeinflusst, dass sie zu Wesenszügen des chinesischen
Charakters wurden." (27) Alldem liegt zugrunde, dass "die Zeit
selbst fuer den chinesischen Geist unausweichliche Wirklichkeit
bleibt." (28)
Im ZURWANISMUS, einer Form des PARSISMUS (im 7. Jh. v. Chr.
entstandene Lehre des Propheten Zarathustra), wird die Zeit als
Zurwan vergöttlicht. In ihm wird sie auf zwei Arten personifiziert:
Einerseits steht Zurwan für die "Veränderung", andererseits für
die "Dauer" (Zurwan, die "unendliche Zeit").
Der Parsismus wurde schließlich vom Christentum verdraengt, und
mit ihm die dualistischen Ansichten des abendländischen religiösen
Glaubens - dass die Zeit sowohl Dauer als auch Veränderung ist.
Mit der JUEDISCH-CHRISTLICHEN TRADITION wurde die Vorstellung der
linearen Zeit geboren. Die Zeit bekam einen Anfang: "Am Anfang
schuf Gott Himmel und Erde". (29) Zugleich mit der Welt soll
die Zeit entstanden sein. Wenn die Zeit aber mit der Welt ihren
Anfang hat, dann muss sie auch mit der Welt ein Ende nehmen.
Das soll sie auch, und zwar mit dem "Jüngsten Tag", dem
"Tag des Herrn", auf den als Gerichtstag die Propheten des
Alten Testaments drohend verweisen: "Seht, der Tag des Herrn
kommt,/voll Grausamkeit, Grimm und glühendem Groll;(30)
UEBER DIE ENTWICKLUNG DES ZEITBEGRIFFS:
Vor einigen Jahrtausenden waren die Menschen Sammler und Jäger. Da
sie als solche ständig unvorhersehbaren Situationen gegenüberstanden,
war ihnen eine längerfristige Zeitplanung nicht von Nutzen, sie
lebten sozusagen "in den Tag hinein". Eine solche Zeitlosigkeit
lässt sich übrigens auch heute noch bei einigen wenigen Völkern
beobachten. So zeigt uns z.B. die Sprache der Hopi-Indianer, die
"keine Wörter, grammatischen Formen, Konstruktionen oder Ausdrücke
enthält, die sich direkt auf das beziehen, was wir "Zeit" nennen" (31),
gleichsam ein Merkmal dieser Einstellung.
Für den sesshaften Menschen war es entscheidend, die Zeit einteilen
und die Zukunft vorausberechnen zu können. Aus seinen Versuchen
der Zeiteinteilung resultierten der Kalender, die Astronomie, die
Uhr, usw.
Auch entwickelten sich mit dem Aufkommen des Zeitbewusstseins
verschiedenste Meinungen und Theorien über das Wesen der Zeit,
aus deren unendlichem Vorrat hier einige vorgestellt werden:
PARMENIDES (540 v. Chr.) war der Meinung, dass nur ein Ding oder
Ereignis, von dem wir sagen können, dass es ist, wirklich ist.
Die Veränderung ist für ihn eine Täuschung, die wahre Welt
eine der Dauer.
Fuer HERAKLIT VON EPHESUS, einen Zeitgenossen des Parmenides, gab
es in der Welt sowohl Veränderung, als auch Dauer. Sie war für
ihn ein Kampfplatz von Gegensätzen (Tag und Nacht, Winter und Sommer,
Krieg und Frieden etc.), die jedoch zusammenarbeiten und vom Logos
(was Vernunft, Wort oder Sprache bedeuten kann) beherrscht werden
sollten.
PLATON unterteilte die Welt in die Kategorien von Zeit und
Zeitlosigkeit. "Das Weltall, schrieb Platon, ist in zwei Klassen
von Dingen aufgeteilt. Angehörige der ersten Klassen haben
Verhaltensmuster die "intelligent und immer gleich" sind.
Diese ewigen Muster werden Ideen genannt: sie sind dauerhaft
und zeitlos. Angehörige der zweiten Klasse sind nur Nachbildungen
jener ersten: sie sind stofflich, fassbar und fühlbar. Sie sind
veränderlich und, das ist besonders wichtig, sie können erzeugt,
also gemacht werden. Platon behauptet, dass alles, was sich ändern
kann, nur eine unvollkommene Kopie der entsprechenden unveränderlichen
Idee ist. Sogar die Zeit selbst ist nur ein unvollkommenes
Abbild einer zeitlosen Ewigkeit." (32)
AUGUSTINUS VON HIPPO (354 - 430) konnte sich mit dem Beginn der Welt
als Beginn der Zeit nicht so recht anfreunden. So fragt er Gott:
"War aber vor dem Himmel und der Erde keine Zeit, warum fragt man
dann, was Du damals tatest? Es gab doch gar kein Damals, wo keine
Zeit noch war." (33)
ISAAC NEWTON (1642 - 1727) meinte, "die absolute, wahre und
mathematische Zeit verfließt gleichförmig, und ohne Beziehung
auf irgendeinen äußeren Gegenstand. Sie wird auch mit dem Namen
Dauer belegt" (Scholium der Principia). Er machte damit die Zeit
zu einer universellen Ordnung, die, unabhängig davon, was in der
Zeit passiert, durch und in sich selbst existiert.
Dem widersprach im 18. Jahrhundert IMMANUEL KANT, der die Zeit
als eine Form der menschlichen Verständigung sah, eine Art
Welt-Wahrnehmung.
GEORG WILHELM FRIEDRICH HEGEL, ein jüngerer Zeitgenosse Kants,
"verstand die Zeit als unser Bewusstsein dafür, wie der menschliche
Geist an seinem Schicksal arbeitet." (34)
Fuer KARL HEINRICH MARX, ist die wichtigste Zeit die Arbeitszeit.
Aus dieser Sicht folgt, dass die Zeit ausschließlich eine
gesellschaftliche Übereinkunft ist.
MARTIN HEIDEGGER sieht den Zeitbegriff als eng verknüpft mit dem
Seinsbegriff: "So ist der Zeitbegriff kein beliebiger Begriff,
sondern er steht im Zusammenhang mit der Grundfrage der Philosophie,
wenn anders diese nach dem Sein des Seienden, nach der Wirklichkeit
des Wirklichen, nach der Realität des Realen fragt." (35)
Die Annahme von der Unveränderlichkeit der Zeit wurde schließlich
in der Relativitätstheorie von ALBERT EINSTEIN durchbrochen.
Danach ändert sich die Zeit je nach dem Bewegungszustand des
Systems, in dem sie gemessen wird. Sie läuft schneller oder
langsamer, zieht sich zusammen oder dehnt sich aus. Die
Relativitätstheorie zieht in weiterer Folge auch die Hypothese
über die Endlichkeit des Universums nach sich.
UMGANG MIT DER ZEIT
Zeitmangel, Stress, die zunehmende Hetze des modernen Lebens sind
Zeiterfahrungen, die sich der Mensch im ausgehenden 20. Jahrhundert
selbst verordnet hat. In unserer Beschleunigungsgesellschaft sind
wir täglich darauf aus, keine "Zeit zu verlieren", jede Minute
zu nutzen, wir haben Angst, dass uns die Zeit "davonläuft".
Wir schnäuzen mit "Tempo" und essen in Fast-food-Restaurants.
Die Zeit geht uns "auf den Wecker". Ständig beklagen wir den
Stress, die Hetze, die wir selbst produzieren und sehnen uns
dabei nach einer Zeit zurück, in der wir uns noch nicht mit
der Zeit beschäftigen mussten. Wir wollen die Zeit verändern
und übersehen dabei, dass nicht die Zeit, sondern unser Verhalten
in der Zeit geändert werden muss. Vielleicht sollten wir
beispielsweise die Produktivität der Langsamkeit schätzen lernen.
Denn Nachdenken, Überlegen, Freundschaft, Vertrauen, Liebe,
Frieden etc. sind langsame Prozesse. Auch Unterlassen,
Liegenlassen, Reifenlassen können Teile des Handelns sein.
Denker und Dichter haben das oft schon zur Sprache gebracht:
Christa Wolf: "Müßiggang ist aller Liebe Anfang."
Friedrich Georg Juenger: "Nichtstun vermehrt den Frieden der Welt."
DIE RELATIVITÄTSTHEORIE
------------------------
VORLAEUFER EINSTEINS:
ISAAC NEWTON (1642 - 1727) vereinigte die Theorien für die Bewegungen
des Himmels und der Erde, indem er alle mechanischen Bewegungen im
Rahmen eines absoluten Raumes und einer absoluten Zeit beschrieb.
MICHAEL FARADAY (1791 - 1867) entdeckte, dass Veränderungen
(z. B. Bewegung, Variieren der Stärke) eines Magneten in einer
unmittelbar benachbarten Drahtschleife einen elektrischen Strom
erzeugen.
Er suchte nun nach einem vermittelnden Medium für die magnetische
Wirkung. Das Experiment mit den Eisenfeilspänen (streut man diese
Späne auf ein Blatt Papier ueber dem Magneten, so ordnen sie sich
in einem charakteristischen Linienmuster an) veranlasste Faraday,
das Konzept der Fernkraft, die über endliche Abstände hinweg
wirkt, durch die Vorstellung von raumfüllenden Kraftlinien zu
ersetzen.
JAMES CLERK MAXWELL (1831 - 1879) erweiterte Faradays Entdeckung
der Induktion (ein veränderliches magnetisches Feld erzeugt ein
elektrisches Feld ) insofern, als er behauptete, dass auch ein
veränderliches elektrisches Feld ein Magnetfeld hervorruft.
Damit werden elektrisches und magnetisches Feld zum
elektromagnetischen Feld vereinigt. Diese Vereinigung von
Elektrizität und Magnetismus führte Maxwell zur Vorhersage
der Existenz von elektromagnetischen Wellen. Es gelang ihm
zu belegen, dass diese sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Schließlich bezeichnete Maxwell das Licht selbst (einschließlich
der Wärmestrahlung und eventueller anderer Strahlungen) als
"elektromagnetische Störung in der Form von Wellen, welche
gemäss elektromagnetischen Gesetzen sich im elektromagnetischen
Feld fortpflanzen." (6)
Wo Wellen - sprich Schwingungen - sind, da muss aber auch etwas
sein, das schwingt. "Deshalb kam man auf die Idee, es gäbe eine
Substanz, "Äther" genannt, die allgegenwärtig sei, auch im
leeren Raum. Die Lichtwellen, so glaubte man, bewegten sich durch
den Äther wie die Schallwellen durch die Luft, und ihre
Geschwindigkeit sei infolgedessen relativ zu diesem Äther." (7)
"Die Eigenschaften dieses Äthers waren ebenso eigenartig wie
wunderbar: Er musste dicht und elastisch genug sein, um die
Fortpflanzung elektromagnetischer Schwingungen jeder Frequenz
zu gestatten, durfte aber auf bewegte Materie keinen Widerstand
ausüben." (8) "
Ähnlich wie Bewegungen der Luft die Schallgeschwindigkeit
verändern, sollte der Ätherwind die Lichtgeschwindigkeit in
"Windrichtung" verändern. (Diese Richtung ist der Erdbewegung
im Äther gerade entgegengesetzt.)" (9)
"Bewegt sich die Erde mit der Geschwindigkeit v durch den Äther,
so sollte das Licht in einer Richtung der Erdbewegung entgegeneilen,
in der entgegengesetzten Richtung aber mitlaufen. Es müssten also
die Geschwindigkeiten c+v und c-v messbar sein." (10)
1886 versuchten ALBERT MICHELSON und EDWARD MORLEY mit Hilfe
von Beugungsbildern solche Ausbreitungsunterschiede des Lichtes
festzustellen. Das Ergebnis des Experimentes war verblüffend:
Ein c+v oder c-v konnte niemals nachgewiesen werden! Die neue
Erkenntnis lautete also: Licht breitet sich - unabhängig von der
Bewegung des Beobachters - immer mit c aus.
Vor den aus dieser Tatsache entstehenden Folgerungen schreckten nun
alle damaligen Wissenschafter zurück.
Mit einer Ausnahme: 1905 veröffentlichte der damals noch unbekannte
ALBERT EINSTEIN eine Theorie - die SPEZIELLE RELATIVITÄTSTHEORIE -,
die die auf der Newton'schen Mechanik beruhenden Grundkonzepte der
zeitgenössischen Physik völlig über den Haufen warf. Er ging von
der Idee aus, dass der lange vergeblich gesuchte AEther gar nicht
existiert, sowie dass die Lichtgeschwindigkeit von c = 3 * 108 m/sec
die größte in der Natur beobachtete Geschwindigkeit ist,
unabhängig von der Bewegung der lichtemittierenden Quelle
konstant ist und nicht überschritten werden kann und begann,
Zeit, Raum, Masse und Energie neu zu definieren:
ALBERT EINSTEIN (1879-1955)
Albert Einstein wurde am 14. März 1879 in Ulm als Sohn des Juden
Hermann Einstein und seiner Gattin Pauline Koch geboren. Die Stadt
seiner Jugend war jedoch nicht Ulm, sondern München, wo er ab seinem
elften Lebensjahr das Luitpold-Gymnasium besuchte. Seine Abneigung
gegen die "Kasernenhofatmosphäre" sowie der Wegzug seiner Eltern
aus München veranlassten Einstein jedoch, das Gymnasium vorzeitig -
und ohne Abschluss - zu verlassen. Sein Ziel war das Eidgenössische
Polytechnikum in Zürich, in das er jedoch erst ein Jahr später,
nach Ablegen der Reifeprüfung in der Kantonsschule in Aargau,
aufgenommen wurde. Nach Beendigung des Studiums musste sich Albert
Einstein, der keine Assistentenstelle an der Hochschule fand,
seinen Lebensunterhalt als Beamter in einem Patentamt verdienen.
Diese finanzielle Basis erlaubte Einstein nun die Gründung einer
Familie, und so heiratete er Mileva Maric, mit der er zwei Söhne
in die Welt setzte. Die Ehe zerbrach nach wenigen Jahren. In den
Jahren, die Einstein als Beamter des Berner Patentamt verbrachte,
entstanden einige seiner wichtigsten wissenschaftlichen Arbeiten
(darunter z.B. die Erklärung der Brownschen Molekularbewegung).
1905 veröffentlichte er schließlich zwei seiner größten
Entdeckungen: die Lehre von den Lichtquanten, für die er 1921
den Nobelpreis erhielt, in "Über einen die Erzeugung und
Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt",
und die spezielle Relativitätstheorie in "Zur Elektrodynamik
bewegter Körper".
Im Jahre 1909 erhielt Albert Einstein die Stelle eines
Privatdozenten an der Berner Universität, die er jedoch bald
wieder aufgab, da er als Universitätsprofessor nach Zürich
berufen wurde. Doch auch dort hielt es ihn nicht länger als
zwei Jahre, da sich die Prager Universität intensiv bemühte,
den genialen Physiker für sich zu gewinnen. So ging er 1911
nach Prag an die Karlsuniversität, an der ihm das Klima allerdings
gar nicht zusagte. In diesem Jahr entstanden verschiedene
Vorarbeiten zur Konzeption der allgemeinen Relativitätstheorie.
Seine erste Publikation zu diesem Thema erschien 1911 unter dem
Titel "Über den Einfluss der Schwerkraft auf die Ausbreitung
des Lichts" in den "Annalen der Physik". Ein Jahr später kehrte
Einstein in die Schweiz zurück, wo er eine Stelle als
außerordentlicher Professor am Zuercher Polytechnikum erhielt.
In Berlin jedoch reiften zu dieser Zeit Pläne, ihn an die
Preußische Akademie der Wissenschaften zu berufen, und so begab
er sich 1914, nach seiner Wahl zum ordentlichen Mitglied, nach
Berlin, wo er 1916 die allgemeine Relativitätstheorie
veröffentlichte. In Berlin begegnete er seiner Cousine Elsa
wieder die er 1919 heiratete.
Aufgrund des immer stärker werdenden Nationalsozialismus und
des Judenhasses, verließ Albert Einstein 1932 Deutschland und
wanderte ueber England in die USA aus, wo er am "Institute for
Advanced Studies" in Princeton arbeitete. Er starb am 18. April 1955.
DIE ZEIT:
Eine Folgerung der Einsteinschen speziellen Relativitätstheorie
ist die sogenannte Zeitdilatation (Zeitverschiebung).
"Sie besagt, dass eine Uhr, die sich in einem Bezugssystem befindet,
das sich zu einem anderen Bezugssystem in relativer Bewegung
befindet, langsamer läuft als eine Uhr des anderen Bezugssystems." (11)
Diese Zeitverschiebung errechnete Einstein mit:
t = t(R) * SQRT(1-(v^2/c^2))
t ist die Zeit, welche die bewegte Uhr zeigt.
t(R) ist die Zeit, welche die ruhenden Uhren zeigen.
v ist die Relativgeschwindigkeit der bewegten Uhr in m/s
c ist die Lichtgeschwindigkeit (3 * 108 m/s) (12)
Einstein selbst veranschaulichte die Zeitdilatation im Jahre 1911
mit folgendem Beispiel: "Wenn wir einen lebenden Organismus in einen
Kasten setzen, ließe es sich einrichten, dass der Organismus nach
irgend einem langen Flug in kaum verändertem Zustand an seinen
Ausgangspunkt zurückkehrt, während entsprechende Organismen, die
an ihren ursprünglichen Orten verblieben waren, schon lange neuen
Generationen gewichen sind. Denn für den bewegten Organismus war
die lange Reisezeit nur ein kurzer Augenblick, vorausgesetzt, die
Bewegung fand mit annähernd Lichtgeschwindigkeit statt."
Da sich in der Natur kaum Objekte finden lassen, die sich mit
hinreichend hohen Geschwindigkeiten bewegen, fällt es schwer,
die Zeitdilatation experimentell nachzuweisen. Eine Möglichkeit
bietet jedoch die kosmische Strahlung, konkret, die kosmischen
Elementarteilchen, die Myonen. Diese werden in einer Hoehe von
ca. 20 km über der Erdoberfläche erzeugt und zerfallen fast
augenblicklich - ihre Lebensdauer beträgt nur ca. 2,2 * 10-6 sec.
Ihre Geschwindigkeit erreicht einen Wert von 0,9998 der
Lichtgeschwindigkeit, sie können also während ihrer kurzen
Existenz eine Strecke von ca. 650 m zurücklegen. "Das bedeutet,
dass die in einer Höhe von ca. 20 km über dem Erdboden erzeugten
Teilchen nicht die geringste Chance haben, die Erdoberfläche zu
erreichen. Die Praxis dagegen zeigt, dass sie wider Erwarten am
Erdboden nachgewiesen werden koennen. Die einzige Erklärung
bietet die Relativitätstheorie:
Ein Beobachter auf der Erde sieht das Teilchen mit einer
Geschwindigkeit von 0,9998 c auf sich zukommen, d.h. die
relative Geschwindigkeit des Teilchens zum Beobachter beträgt
0,9998 c. Das aber bedeutet, dass unter der Voraussetzung der
Zeitdilatation seine tatsächliche Lebensdauer weitaus größer
ist, und zwar um den Faktor Wurzel aus (1 - v2/c2 ). Dieser
Faktor entspricht bei einer Geschwindigkeit von v = 0 9998 c
einem Wert von 50, sodass die Lebensdauer des Myons nicht
2,2 * 10^-6 sec, sondern den 50-fachen Wert, d.h. 1,1 * 10^-4 sec
beträgt. Berücksichtigt man diese Lebensdauer, so kann das Myon
während seiner Existenz nicht nur 650 m, sondern 33 km
zurücklegen. Die Lebensdauer des Teilchens ist also ausreichend,
die Distanz von ca. 20 km zur Erdoberfläche zu überwinden." (13)
DER RAUM
Das Raum-Zeit-Kontinuum
Ursprünglich wurden Raum und Zeit als separate physikalische
Groessen betrachtet. Der Raum galt als dreidimensionales
Kontinuum, in dem der Faktor Zeit keine Rolle spielte. Um
diesen Faktor erweiterte Einstein die Raumvorstellung. Er
erstellte das Modell des vierdimensionalen Raum-Zeit-Kontinuums,
in dem jedes Ereignis durch die vier Koordinaten x, y, z und
t beschrieben wird. Der mathematische Schöpfer des Raum-Zeit-
Kontinuums Hermann Minkowski bezeichnete die "Mannigfaltigkeit"
der Ereignisse x1, y1, z1 und t1, die einem Ereignis x, y, z, t
benachbart sind, als die "Welt".
Die Längenkontraktion
Sie besagt, dass die gemessene Länge eines Körpers am größten
ist, wenn er in Bezug auf den Beobachter ruht, wenn also mit anderen
Worten der betreffende Körper und der Beobachter dem gleichen
Bezugssystem angehören. Bewegt sich dagegen der gemessene Körper
mit einer Geschwindigkeit v in Bezug zum Beobachter, so
erscheint seine Länge in Richtung der Bewegung um den Wert Wurzel
aus 1-v2/c2 verkürzt, während seine Abmessungen senkrecht zur
Bewegungsrichtung unverändert bleiben. (14)
DIE MASSE
Eine weitere Folgerung der relativen Relativitätstheorie betrifft
das Verhalten bewegter Massen. Sie besagt, dass "die Masse in
bewegten Systemen im Vergleich zur ruhenden Masse zunimmt.
Die Energie, die beim Beschleunigen aufgewendet wird, wird
nicht nur in Geschwindigkeit, sondern in Masse umgewandelt,
die beschleunigten Körper werden nicht nur schneller, sondern
gleichzeitig massenreicher." (15) Bewegt sich ein Körper mit
der Geschwindigkeit v, so beträgt seine dynamische Masse m(D):
m = m(R)/SQRT(1-(v^2/c^2))
m(R) ist die Ruhemasse des Körpers,
m(D) ist die dynamische Masse des Körpers. (15)
Hieraus folgt wiederum, dass die Lichtgeschwindigkeit eine
Grenzgeschwindigkeit darstellt, die kein materieller Körper
erreichen kann. Denn "je mehr sich das Objekt der Lichtgeschwindigkeit
nähert, desto rascher wächst seine Masse, so dass mehr und mehr
Energie erforderlich ist, es noch weiter zu beschleunigen." (16)
Um die Lichtgeschwindigkeit zu erreichen bedürfte es infolgedessen
einer unendlichen Energie.
Die Theorie über das Verhalten bewegter Massen ist bereits in der
Praxis verschiedentlich nachgewiesen worden: Mit Hilfe hoher
Spannungen wurden Elektronen beschleunigt, deren Masse
anschließend gemessen wurde, wobei die nach der Einsteinschen
Formel errechneten, und die experimentell gemessenen Massen der
Elektronen beinahe identisch waren.
DIE ENERGIE - ÄQUIVALENZ VON MASSE UND ENERGIE
Die These der sogenannten Äquivalenz von Masse und Energie ist
wohl die bedeutendste Folgerung der speziellen Relativitätstheorie.
Sie führt die zuvor stets gesondert behandelten Begriffe von der
Erhaltung der Masse und der Erhaltung der Energie zu einem
einheitlichen Ganzen zusammen, das besagt, dass die Erhaltung
der Gesamtenergie der Erhaltung der Masse äquivalent ist.
So bewirkt die "Zunahme der Energie eines Körpers eine
proportionale Zunahme der Masse, wobei der Proportionalitätsfaktor
durch 1/c^2 gegeben ist. Ebenso verursacht die Abnahme der Energie
eines Körpers eine dazu proportionale Abnahme der Masse": (17)
delta m = delta E/c^2
Das bedeutet, dass die Massenänderung eines Körpers eine
dazu proportionale Energieänderung bewirkt, wobei als
Proportionalitätsfaktor das Quadrat der Lichtgeschwindigkeit,
c^2, in der Gleichung auftritt. (17)
Inwieweit unterscheidet sich nun delta E = delta mc^2 von der
wohl bekanntesten Formel Einsteins E = mc^2 ?
Im Grunde überhaupt nicht. Betrachten wir ein Vakuum, ein
Raumgebiet, in dem sich weder Energie noch Masse befindet.
Wird in diese Region eine Masse m gebracht, so ist (delta m = m.
Mit dieser Masse ist eine Energie E verbunden, die gleich
delta E = delta mc^2 = mc^2 betraegt. Also gilt: (18)
E = mc^2
Die spezielle Relativitätstheorie erklärte, warum die
Lichtgeschwindigkeit allen Beobachtern gleich erscheint und
eignete sich gut dazu, zu beschreiben, was geschieht, wenn
sich Objekte mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen. Sie
konnte aber nicht für die Schaffung einer kosmischen Physik
benutzt werden, da sie nicht die Möglichkeit bietet, Masse,
Gravitation und das Zusammenwirken beider, die beschleunigte
Bewegung zu behandeln. Im Jahre 1916 trat Einstein mit einer
Arbeit an die Öffentlichkeit, in der er versuchte, in
Einklang mit der speziellen Relativitätstheorie eine neue
Gravitationstheorie zu entwickeln. Diese Arbeit, genannt
DIE ALLGEMEINE RELATIVITÄTSTHEORIE
bedeutete eine grundlegende Umgestaltung der bisherigen
naturwissenschaftlichen Anschauungen. Einstein ging von dem
revolutionären Vorschlag aus, dass die Gravitation nicht eine
Kraft wie andere Kräfte sei. Man müsse sie vielmehr als eine
Folge des Umstandes betrachten, dass die Raumzeit nicht eben sei,
wie man bisher angenommen hätte, sondern gekrümmt oder "verworfen"
durch die Verteilung der Massen und Energien in ihr. Koerper wie
die Erde würden nicht durch eine Kraft, Gravitation genannt, dazu
gebracht, sich auf gekrümmten Bahnen zu bewegen; sie folgten
vielmehr der besten Annäherung an eine geradlinige Bahn, die in
einem gekrümmten Raum möglich sei - einer sogenannten Geodaete.
Eine Geodäte ist die kürzeste Verbindung zwischen zwei nahe
gelegenen Punkten. (19)
Einstein konzipierte somit eine nicht-euklidische astrale (die
Unterschiede zwischen der euklidischen und der neuen Geometrie
fallen nur bei astronomischen Entfernungen ins Gewicht) Geometrie,
bei der anstelle der euklidischen Geraden die Geodäte auftritt.
"Die Masse der Sonne krümmt die Raumzeit dergestalt, dass sich die
Erde, obwohl sie in der vierdimensionalen Raumzeit einem geraden Weg
folgt, im dreidimensionalen Raum auf einer kreisförmigen Umlaufbahn
zu bewegen scheint."(20) Das trifft auch auf alle anderen Planeten
zu. So ist beispielsweise die Perihelverschiebung beim sonnennächsten
Planeten Merkur, für die die allgemeine Relativitätstheorie
43 Bogensekunden pro Jahrhundert vorhersagte, was mit den
experimentellen Werten übereinstimmte, ein großartiger Beweis
für die Gültigkeit von Einsteins Theorie.
Auch Lichtstrahlen müssen in der Raumzeit geodätischen Linien
folgen. Wiederum bewirkt die Krümmung der Raumzeit, dass sich
das Licht nicht mehr geradlinig durch den Raum zu bewegen scheint.
Deshalb sagt die allgemeine Relativitätstheorie voraus, dass das
Licht durch Gravitationsfelder abgelenkt werde." (20)
So müsste beispielsweise das Licht eines Sterns, das in die Nähe
der Sonne geriete, abgelenkt werden, sodass der Stern für einen
Beobachter auf der Erde in einer anderen Position zu stehen schiene.
Diese Lichtablenkung wurde 1919 von einer britischen Expedition
während einer Sonnenfinsternis in Westafrika tatsächlich festgestellt.
Eine weitere Konsequenz der allgemeinen Relativitätstheorie ist
die Verlangsamung der Zeit durch die Gravitation, d.h. in der
Nähe eines massiven Körpers wie der Erde müsste die Zeit
langsamer verstreichen. Dies beruht auf einer bestimmten Beziehung
zwischen der Energie des Lichtes und seiner Frequenz (der Anzahl
von Lichtwellen pro Sekunde): Je größer die Energie, desto höher
die Frequenz. Wenn sich das Licht im Gravitationsfeld der Erde
aufwärtsbewegt, verliert es an Energie, und damit nimmt auch
seine Frequenz ab. (21)
Diese Frequenzabnahme bewirkt eine Rotverschiebung im
Gravitationsfeld (man bezeichnet eine Frequenzabnahme allgemein
als Rotverschiebung). Die Vorhersage der Zeitverlangsamung wurde
1962 überprüft, indem man zwei sehr präzise Uhren oben und
unten an einem Wasserturm anbrachte. Die Relativitätstheorie
bewährte sich: Man konnte feststellen, dass die Uhr am Fuße
des Turms langsamer ging als diejenige an der Spitze.
Als letzte Konsequenz fordert die allgemeine Relativitätstheorie
eine Gravitationsstrahlung, d.h. Gravitationsfelder, deren
experimenteller Nachweis jedoch bis heute noch nicht gelungen ist.
In der allgemeinen Relativitätstheorie wird die Vorstellung von
Raum und Zeit als absoluten Rahmen vollständig aufgegeben.
Raum und Zeit sind nun dynamische Groessen: Wenn ein Körper
sich bewegt oder eine Kraft wirkt, so wird dadurch die Krümmung
von Raum und Zeit beeinflusst - und umgekehrt beeinflusst die
Struktur der Raumzeit die Bewegung von Körpern und die
Wirkungsweise von Kräften. Dieses neue Verständnis von
Raum und Zeit veränderte in den folgenden Jahrzehnten
unsere Auffassung vom Universum von Grund auf. An die
Stelle der alten Vorstellung von einem im wesentlichen
unveränderlichen, ewig bestehenden Universum trat das
Modell eines dynamischen, expandierenden Universums,
das einen zeitlich fixierbaren Anfang zu haben scheint
und zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Zukunft enden
koennte. (22)
LITERATURVERZEICHNIS
--------------------
JOACHIM W. EKRUTT:
"Der Kalender im Wandel der Zeiten" in "Kosmos Veröffentlichungen",
Franckh'sche Verlagshandlung, Stuttgart 1972
GERHARD RADKE:
"Fasti Romani" - Betrachtungen zur Frühgeschichte des römischen Kalenders,
Aschendorffsche Verlagsbuchhandlung, Muenster 1990
GERHARD DOHRN-VAN ROSSUM:
"Die Geschichte der Stunde", Carl Hanser Verlag, München/Wien 1992
KLAUS MENNY: "Die Funktion der Uhr", Callwey, München 1989
SEXL, Raab, Streeruwitz: "Physik", Ueberreuter 1989
JULIAN SCHWINGER: "Einsteins Erbe" - Die Einheit von Raum und Zeit,
Spekrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft, Heidelberg 1988
STEPHEN W. HAWKING: "Eine kurze Geschichte der Zeit",
Rowohlt Verlag, Reinbek bei Hamburg 1988
STRATIS KARAMANOLIS: "Albert Einstein", Karamanolis Verlag, München 1984
RUDOLF OELLER: Skriptum über die Spezielle Relativitätstheorie
(ROE_5050.ASC)
JULIUS T. FRASER: "Die Zeit", Deutscher Taschenbuch Verlag, München 1991
ALBERT KELLER: "Über die Zeit", Harenberg Kommunikation, Dortmund 1992
NORBERT ELIAS: "Über die Zeit", Suhrkamp Verlag, Frankfurt am Main 1988
KARLHEINZ A. GEISSLER: "Zeit - verweile doch, du bist so schön",
Quadriga Verlag, Weinheim, Berlin 1996
ALAN LIGHTMAN: "Und immer wieder die Zeit",
Wilhelm Heyne Verlag, München 1996
MARTIN HEIDEGGER: "Prolegomena zur Geschichte des Zeitbegriffs",
Vittorio Klostermann, Frankfurt am Main 1979
(1) SEXL, S.10
(2) GERHARD DOHRN-VAN ROSsum: "Die Geschichte der Stunde", S.326
(3) SEXL, S.27
(4) KLAUS MENNY: "Die Funktion der Uhr", S.10, 11
(5) NEIL POSTMAN: "Wir amüsieren uns zu Tode",
Fischer Verlag, Frankfurt/Main 1993, S.21
(6) S. SAMBURSKY: "Der Weg der Physik",
Artemis Verlag, Zuerich/München 1975, S.569
(7) STEPHEN W. HAWKING: "Eine kurze Geschichte der Zeit", S.34
(8) JULIAN SCHWINGER: "Einsteins Erbe", S.25
(9) JULIAN SCHWINGER: "Einsteins Erbe", S.26
(10) RUDOLF OELLER: Skriptum, S.2
(11) STRATIS KARAMANOLIS: "Albert Einstein", S.54
(12) RUDOLF OELLER: Skriptum, S.4
(13) STRATIS KARAMANOLIS: "Albert Einstein", S.55
(14) STRATIS KARAMANOLIS: "Albert Einstein", S.52
(15) RUDOLF OELLER: Skriptum, S.7
(16) STEPHEN W. HAWKING: "Eine kurze Geschichte der Zeit", S.36
(17) JULIAN SCHWINGER: "Einsteins Erbe", S. 86
(18) JULIAN SCHWINGER: "Einsteins Erbe", S. 88
(19) STEPHEN W. HAWKING: "Eine kurze Geschichte der Zeit", S.47
(20) STEPHEN W. HAWKING: "Eine kurze Geschichte der Zeit", S.48
(21) STEPHEN W. HAWKING: "Eine kurze Geschichte der Zeit", S.50
(22) STEPHEN W. HAWKING: "Eine kurze Geschichte der Zeit", S. 52
(23) NORBERT ELIAS: "Über die Zeit", S.XV
(24) ALBERT KELLER: "Über die Zeit", S.76
(25) ALBERT KELLER: "Über die Zeit", S.66
(26) JULIUS T. FRASER: "Die Zeit", S.34
(27) JULIUS T. FRASER: "Die Zeit", S.36
(28) JOHN NEEDHAM: "Time and Knowledge in China and the west"
in "The Voices of Time", Amherst University of Massachusetts Press 1981,
S.92
(29) ERSTER SATZ DER BIBEL
(30) JES 13, 9-11
(31) B. L. WHORF: "Sprache, Denken, Wirklichkeit",
Reinbek bei Hamburg 1963, S.102
(32) JULIUS T. FRASER: "Die Zeit", S.47
(33) AUGUSTINUS: "Bekenntnisse - 11. Buch, 13. Kapitel, Ps 102,28
(34) JULIUS T. FRASER: "Die Zeit", S.63
(35) MARTIN HEIDEGGER: "Prolegomena zur Geschichte des Zeitbegriffs, S.8
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