Was ist der Unterschied zwischen Raum und Zeit?

Was ist der Unterschied zwischen Raum und Zeit?

Zwischen Zeit und Raum bestehen mehrere Unterschiede:

• In der Zeit gibt es eine (mehr oder minder) definierte Vorwärtsrichtung (Zeitpfeil), wie in der Mathematik bei den Reellen Zahlen. Es lassen sich nicht 1 und -1 gegeneinander austauschen.
  Im Raum gibt es zu jeder Richtung auch die entgegengersetzte Richtung, wie in der Mathematik bei den Imaginären Zahlen: Tauscht man konsequent i gegen -i aus, bleiben Gleichungen richtig.
• Im Raum ist ein realer Körper immer von endlicher Ausdehnung.
  In der Zeit unterliegt er -  respektive seine elementaren Bestandteile - einer Kontinuitätsgleichung, wie sie auch für Ladung und Energie gilt. Du kannst Dir die Geschichte eines Körpers als zeitlich ausgedehnten Strang vorstellen, der vielleicht einmal aus mehreren Fäden zusammengesponnen wurde und in mehrere Fäden zerfasert, aber nirgends einfach abreißt.

Natürlich wissen wir aus der Relativitätstheorie, dass Raum und Zeit eine untrennbare Einheit bilden, und das liegt an der Lichtgeschwindigkeit c, die eigentlich ein Tempo (engl. speed) ist. Geschwindigkeit selbst (engl. velocity) ist eine sog. Vektorgröße, eine Größe mit Richtung.

Sie ist nämlich kein Tempo wie jedes andere, sondern eine absolute Konstante, da sie direkt aus den Gesetzen der Elektrodynamik folgt.

Als Naturgesetz unterliegt sie nämlich Galileis Relativitätsprinzip (RP):

Bewegt sich ein Körper B′ relativ zu einem anderen Körper oder Beobachter B mit einer Geschwindigkeit |v›, so kann man mit demselben Recht B′ als ortsfest und B als mit –|v› bewegt auffassen, ohne dass dies an den Naturgesetzen etwas ändert.

Und dies gilt auch für die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen; sie muss relativ zu demjenigen Körper/Beobachter den Betrag c haben, der gerade als ortsfest gilt.

Das Betragsquadrat einer räumlichen Verschiebung |Δr› ist nach dem Satz des Pythagoras als 

(1.1)    ‹Δr|Δr› = Δx² + Δy² + Δz²

gegeben und verändert sich bei einer räumlichen Drehung nicht:

(1.2)    Δx² + Δy² + Δz²  ≡  Δx°² + Δy°² + Δz°²

(s. Schaubild für die Drehung der x-z--Ebene). Genau dasselbe mit einem wichtigen Unterschied gilt auch für das raumzeitliche Abstandsquadrat 

(2.1)    c²Δτ² := c²Δt² – ‹Δr|Δr›  ≡  c²Δt′² – ‹Δr′|Δr′›,

beispielsweise

(2.2)    c²Δt² – Δx²  ≡  c²Δt′² – Δx′²

in der c·t-x-Ebene, zwischen zwei Ereignissen. Für etwas, das sich mit c bewegt, sind beide Seiten 0. Allgemein gibt es wegen des Minuszeichens drei Möglichkeiten:

• c²Δτ² > 0: Ereignisse, für die dies gilt, heißen zeitartig getrennt. Sie haben eine feste zeitliche Reihenfolge, und es gibt ein Koordinatensystem, in dem beide am gleichen Ort sind. In diesem Fall ist Δτ die Eigenzeit zwischen den Ereignissen. Das ist die Zeit, die ein Beobachter misst, der in diesem System ortsfest ist.
  
• c²Δτ² = 0: Ereignisse, für die dies gilt, heißen lichtartig getrennt. Sie haben eine feste zeitliche Reihenfolge und können beispielsweise Absendung und Ankunft eines Lichtsignals sein. Ein Koordinatensytem, in dem beide gleichortig wären, gibt es nicht.
  
• c²Δτ² < 0, also cΔτ imaginär: Ereignisse, für die dies gilt, heißen raumartig getrennt. Sie haben keine feste zeitliche Reihenfolge, und es gibt ein Koordinatensystem, in dem beide gleichzeitig sind.
  

Im oberen Teil des Schaubildes kannst Du das gut unterscheiden. Auch diese Dreiteilung durch das Minuszeichen definiert übrigens einen deutlichen Unterschied zwischen Zeit und Raum respektive zeitartig und raumartig.

Raum 3 Dimension
Und Zeit 4 Dimension

Keiner, wir leben auf einer dreidimensionalen Ebene in einer vierdimensionalen Raum-Zeit-Geometrie.

Der Raum bleibt, die Zeit vergeht.