Frage von SvenCabeyo, 132

Zeitreisen grob erklärt?

Ich finds ein extrem spannendes Thema aber da ich erst 16 bin hatte ich sowas noch nie in der Schule oder so. Hab schon manche Bücher gelesen, aber hab nicht immer alles ganz verstanden. Wie läuft das genau wenn zb ein Flugzeug um die Erde fährt, vergeht ja die Zeit länger auf der Erde als für die Passagiere. Wieso? Und was macht die Gravitation auf die Zeit genau aus? Ich weiss das Gravitation die Raumzeit krümmt, aber verstehe nicht ganz wieso sie dann die Zeit langsamer vergehen lässt? Freue mich auf nicht zu kompliziert geschriebene Texte :D LG

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von NutzlosAlpha, 63

Sei gegrüßt,

der springende Punkt ist hier der von dir verwendete Begriff Raumzeit. Um diesen zu verstehen, ist im Grunde genommen nur ein bisschen leichte Geometrie nötig.

Stelle dir ein Koordinatensystem vor. Auf diesem ist ein Punkt. Ein Punkt ist ein nulldimensionales Objekt, er hat keine Ausdehnung, in keine Richtung. Stelle dir nun vor, dass von diesem Punkt aus eine Gerade ausgeht. Eine Gerade hat eine Ausdehnung, nämlich eine Länge. Eine Gerade ist somit eindimensional.

Stelle dir weiter vor, es ginge eine weitere Gerade von dem Punkt aus, welche in einem 90°-Winkel zu der ersten steht. Du hast nun zwei Geraden, mit zwei Längen. Diese bilden zusammen eine zweidimensionale Fläche. Aus praktischer Sicht sagt man aber nicht, dass die Fläche zwei Längen habe, sondern Länge und Breite.

Vom Prinzip her ändert das aber nichts. Die zwei Dimensionen sind völlig austauschbar. Wird die Fläche gedreht, handelt es sich anschließend trotzdem immer noch nur um eine Fläche.

Von dem Punkt geht wiederum eine weitere Gerade mit einer gewissen Länge aus, ebenfalls in einem 90° Winkel zu den beiden anderen. Du erhältst nun einen Raum mit 3 Dimensionen, welche Länge, Breite und Höhe genannt werden.

Bis hierhin ist alles klar. Jeder weiß, was Längen, Flächen und Räume sind, sich so etwas vorzustellen ist nicht schwierig. Doch nun kommt der Clou: Man kann dies beliebig fortsetzen. Bei der dritten Dimension ist nicht plötzlich Schluss, sondern du kannst 4-, 5- oder beliebig höherdimensionale Räume konstruieren.

Sich das visuell vorzustellen ist unmöglich, da die menschliche Wahrnehmung auf drei Raumdimensionen beschränkt ist. Es ist jedoch nun so, dass wir nicht in einem dreidimensionalen Raum, sondern in einer vierdimensionalen Raumzeit leben. Da unsere visuelle Wahrnehmung auf die drei Raumdimensionen beschränkt ist, scheinen Raum und Zeit zunächst getrennte Entitäten zu sein, die nichts miteinander zu tun haben.

Genau dies ist aber nicht der Fall: Die Zeit ist eine Dimension. Klingt irgendwie merkwürdig und abstrakt? Ist es keineswegs. Die Zeit unterscheidet sich von den drei Raumdimensionen buchstäblich nicht. Du erinnerst dich: Länge, Höhe und Breite gehören zu einem dreidimensionalen Raum. Es darf aber auch beliebig höherdimensionale Räume geben. Die vierdimensionale Raumzeit ist solch ein höherdimensionaler Raum.

Um sich das besser vorzustellen, kann man sich die Richtungen dieser Dimensionen anschauen, von der jede exakt 2 besitzt. Die Länge hat die beiden Richtungen Vorne und Hinten, die Breite hat die Richtungen Rechts und Links, die Höhe hat die Richtungen oben und Unten.

Und die Zeit? Nun als Dimension besitzt natürlich auch sie zwei Richtungen: Zukunft und Vergangenheit. Am besten kann man sich das an einem Zeitstrahl visualisieren, z.B. vom Jahr 1900 bis 2100. Ein Teil liegt in der Vergangenheit, ein Teil in der Zukunft. Die Zeit selbst liegt wie eine Linie vor einem - so wird man sich ihrer wahren Natur am ehesten bewusst.

Und jetzt? Was hat das alles mit deiner Frage bezüglich Zeitreisen zu tun? Nun, du ahnst es vielleicht bereits, wir bewegen uns durch diese Raumzeit. Und wie schnell bewegen wir uns durch die Raumzeit? Mit exakt c, der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum.

Das ist bemerkenswert, denn es zeigt, warum massebehaftete Objekte nicht auf Lichtgeschwindigkeit entlang einer der Raumachsen beschleunigt werden können: Die Lichtgeschwindigkeit ist bereits die universelle Geschwindigkeit für alles.

Wie ist das zu erklären? Nun, stelle dir abermals ein Koordinatensystem vor, eines mit zwei Achsen. Eine Achse steht für die Zeit, die andere Achse für eine Raumdimension. Es ist klar, dass hier noch zwei Dimensionen fehlen, aber zur Veranschaulichung reicht dieses einfache Beispiel.

Stelle dir vor, dieses Koordinatensystem wäre ein Universum wie unseres, bis auf die zwei fehlenden Dimensionen. Stelle dir weiterhin vor, dass auch dieses Universum so etwas wie c besitzt. Stelle dir c aber nicht als 299792,458 km/s vor, sondern als dimensionslose Größe mit dem Wert c = 1.

Eine Bewegung innerhalb des Koordinatensystem findet also immer mit dem Wert 1 statt. Du könntest also besispielsweise mit 1 auf der Zeitachse vorwärts springen oder mit 1 auf der Raumachse. Du könntest aber auch mit 0,6 auf der Zeitachse vorwärts springen und gleichzeitig mit 0,4 auf der Raumachse - das wäre ebenso zulässig.

Etwas, dass mit 1 auf der Zeitachse vorwärts springt, wäre ein unbewegtes Beobachter, etwas das mit 1 auf auf der Raumachse vorwärts springt wäre ein masseloses Teilchen - beispielsweise Licht. Etwas, dass auf beiden Achsen mit einem gewissen Wert vorwärts springt, wäre demnach ein bewegter Beobachter.

Und, kannst du es bereits sehen? Was ist, wenn sich ein Teilchen mit 0,2 c entlang der Zeitachse bewegt und mit 0,8 c entlang der Raumachse, ein anderes mit 0,4 c entlang der Zeitachse und 0,6 c entlang der Raumachse und ein drittes Teilchen mit 0,9 c entlang der Zeitachse und 0,1 c entlang der Raumachse?

Alle Teilchen bewegen sich buchstäblich unterschiedlich in der Zeit. Das ist bemerkenswert, nicht wahr? Je schneller du dich im Raum bewegst, desto langsamer bewegst du dich in der Zeit - und umgekehrt. Du erinnerst dich, deine Geschwindigkeit innerhalb der vierdimensionalen Raumzeit bleibt immer gleich - sie beträgt immer c. Es bedeutet auch, dass du in Wahrheit gar nicht beschleunigst, wenn du beschleunigst, sondern du änderst deine Richtung. Du bewegst dich weg von der Zeitachse, hin Richtung Raumachse - und deine Geschwindigkeit bleibt immer gleich. Im Übrigen hat jedes Teilchen einen Impuls Richtung Zukunft, weswegen es unmöglich ist, dass sich ein massebehaftetes Teilchen mit genau 1 entlang einer Raumachse bewegen kann. Diesen Impuls kann es nämlich niemals verlieren.

Nun verstehst du auch, warum die Zeit für unterschiedlich bewegte Beobachter unterschiedlich vergeht. Im Alltag ist dieser Unterschied aber in der Regel unerheblich. Selbst ein Passagierflugzeug bewegt sich in der Regel mit weniger als 0,000001 c, also in dieser Betrachtungsweise nicht wesentlich schneller als jemand ,der sich gar nicht bewegt. Mit anderen Worten, beide bewegen sich fast komplett auf der Zeitachse, denn es gilt immer noch, dass sich alles mit genau c = 1 durch die Raumzeit bewegen muss.

Anders sieht es aus, wenn man sich mit sehr hohen (sprich relativistischen) Geschwindigkeiten bewegt. Hier werden diese Zeitunterschiede bemerkbar. Zwar sind diese auch bei niedrigen Geschwindigkeiten (genau genommen bei allen) vorhanden, aber eben für den Menschen nicht spürbar. Es macht keinen effektiven Unterschied, ob man ein paar Nanosekunden älter ist, bei einem Gesamtalter von Jahrzehnten und Jahrhunderten. Es macht aber einen erheblichen Unterschied, wenn sich jemand mit 0,99999 c durch den Raum bewegt - denn so einer bewegt sich ja fast gar nicht mehr auf der Zeitachse.

Und die Gravitation? Nu, wie du selbst schreibst, krümmt sie die Raumzeit. Sie wirkt wie eine Beschleunigung, bzw. ist sie das auch. Die Raumzeit ist nicht unveränderlich, sondern kann gestreckt und gestaucht werden. Das hat natürlich Konsequenzen. Im Beispiel des Koordinatensystems würde das bedeuten, dass man zwar immer noch Sprünge von 1 machen kann, aber 1 wäre nicht überall gleich groß.

In der Nähe einer Gravitationsquelle wäre er gestreckt. Bei Karopapier hätte ein Kästchen also eine größere Länge in der Nähe der Gravitationsquelle, als ein Kästchen fernab davon. So kommt es, dass in der Nähe von Gravitationsquellen die Strecken und Zeiträume anders sind als wenn man weit entfernt von ihnen ist.

Auch hier gilt. Im alltäglichen Leben spielt das keine Rolle. Zum einen, weil wir alle auf der Erde sind, und damit alle dieselbe Veränderung verspüren, zum Anderen, weil die Erde keine besonders starke Oberflächengravitation hat, der Unterschied zum flachen Raum also unerheblich ist.

Anders sieht es bei extrem kompakten Objekten aus, wie Neutronensternen und schwarzen Löchern. Die Oberflächengravitation von Neutronensternen ist so hoch, dass man teilweise ihre Rückseite sehen kann - bei schwarzen Löchern sogar so groß, dass man ihre Rückseite komplett sehen könnte, wenn dies nicht durch ihre naturgemäße Unsichtbarkeit vereitelt werden würde.

LG, NA

Kommentar von Kaenguruh ,

Das hast Du ganz ausgezeichnet erklärt.

Kommentar von NutzlosAlpha ,

Danke!

Kommentar von SvenCabeyo ,

Vielen Dank für die gute Antwort! 

Also damit ich dies richtig verstanden habe, wenn ich mir das Universum als Koordinatensystem betrachte, bewegt sich alles mit der Geschwindigkeit c in eine Richtung? 

Kommentar von NutzlosAlpha ,

Ja fast, maßgebend ist, dass du dich durch die Raumzeit mit c bewegst. Die Richtung hängt davon ab, was für ein Ding sich bewegt. Wenn du dir die Zeit beispielsweise als y-Achse vorstellst, und den Raum als x-Achse, dann würde ein unbewegter Beobachter sich mit exakt c entlang der y-Achse bewegen, ein masseloses Teilchen mit exakt c entlang der x-Achse und ein bewegter Beobachter bewegt sich sowohl entlang der x-Achse als auch der y-Achse, wobei der Anteil beider bewegungskomponenten wieder c = 1 ergeben muss (also beispielsweise 0,3 c x-Achse und 0,7 c y-Achse).

Daraus ergeben sich dann unterschiedlich verlaufene Zeiten, weil die unterschiedlich schnellen Beobachter sich auch unterschiedlich stark auf der Zeitachse bewegen. Je schneller du dich durch den Raum bewegst, desto weniger bewegst du dich ja auf der Zeitachse.

Hinzu kommt noch, dass sich jedes massebehaftetes Objekt entlang der y-Achse bewegen muss, weil jedes massebehaftete Objekt einen Impuls in die Zukunft besitzt. Es ist dabei unwichtig, ob sich das Objekt mit 0,000000...001 entlang der y-Achse bewegt oder mit 0,9999999...999, maßgebend ist nur, dass es seinen Impuls in Richtung der Zukunft niemals verlieren kann.

Kommentar von NutzlosAlpha ,

Dankeschön!

Antwort
von Kaenguruh, 63

Dir das jetzt ausführlich und verständlich zu erklären, würde den Rahmen sprengen, da das viele Seiten in Anspruch nehmen würde, aber es gibt ein ausgezeichnetes Buch, in dem das alles sehr detailliert und leicht nachvollziehbar an vielen Beispielen erklärt wird: Physik der Raumzeit von Taylor und Wheeler. Ich kann mir nicht vorstellen, daß es zu diesem Thema ein besseres Buch gibt. Speziell über Zeitreisen kann ich Dir auch "Zeitreisen in Einsteins Universum" von Richard Gott empfehlen.

Antwort
von kami1a, 28

Hallo Sven! in die Vergangenheit reisen geht nicht, es würden Paradoxien entstehen. Auf einmal sind wir alle weg oder so. Nach heutigem Stand geht man davon aus dass die Zeit nur eine Richtung hat. In die Zukunft kann man schon reisen aber nicht in der Gegenwart wieder aufsetzen. Bei einer Reise mit Tempo nahe Lichtgeschwindigkeit kannst Du - kausal geschlossen bewiesen - z. B. 10 Jahre unterwegs sein und auf der Erde sind 10.000 Jahre vergangen. 

In die Vergangenheit reisen wird wohl nie gehen. Aber das Licht erlaubt es Dir immerhin - wissenschaftlich belegt - in die Vergangenheit zu schauen. Das Nachbarsystem unserer Milchstraße ist der Andromedanebel. Hätte da jemand ein Superfernrohr und würde die Erde beobachten - was würde er jetzt in diesem Moment sehen? Die ersten Urmenschen.

Schaust Du nachts in günstiger Lage nach oben so kannst Du Mit dem bloßen Auge bis zu 3000 Sterne ( astronomische Größenklasse 6 ) sehen. Dabei sind auch Sterne die es schon seit tausenden Jahren nicht mehr gibt - aber Du siehst sie. Und es gibt da wo Du schwarze Dunkelheit siehst seit tausenden von Jahren Sterne die Du nicht sehen kannst weil ihr Licht Dein Auge noch nicht erreicht hat.

Ich wünsche Dir alles Gute.

Kommentar von SvenCabeyo ,

Vielen Dank für die Antwort. Das war mir soweit alles klar, mich interessiert die Frage wieso man nur 10 jahre mit nahe C reist und auf der Erde 10'000 Jahre vergehen. Weisst du das?

LG

Kommentar von kami1a ,

Die Zeit ist keine Konstante, sie ist von der Geschwindigkeit abhängig. Steckst Du z. B. eine Uhr in eine Röhre und beschleunigst sie stark so wird sie wenn Du sie nach 1 Stunde entnimmst weniger als 1 Stunde anzeigen. Ebenso ergeht es den Uhren von potentiellen Raumfahrern die unterwegs sind es ist also nicht so dass sie weniger schnell altern sondern die Zeit verläuft für sie anders. Was sie übrigens im eigenen Umfeld nicht bemerken werden.

Antwort
von WombatCC, 65

Das ist Einsteins Relativitätstheorie, deren Bestandteil auch die neu entdeckten Gravitationswellen sind

Kommentar von SvenCabeyo ,

Ja ist mir schon klar...

Antwort
von GanMar, 48

aber verstehe nicht ganz wieso sie dann die Zeit langsamer vergehen lässt?

Wieso das so ist, kann Dir vermutlich überhaupt niemand erklären. Wir wissen lediglich, dass es so ist und können das auch berechnen. Warum unser Universum so ist, wie es ist - das gehört vermutlich in den Philosopieunterricht.

Kommentar von SvenCabeyo ,

Also warum die Zeit lagsamer vergeht weiss man nicht? Bist du dir sicher?

Kommentar von GanMar ,

Das ergibt sich zwangsläufig aus einigen Formeln, die gewisse Aspekte unseres Universums beschreiben. Wir wissen inzwischen, daß diese Formeln richtig sind, weil wir es nachmessen konnten.

Warum jedoch unser Universum mit diesen Formeln beschrieben werden kann, das wissen wir nicht. Ebensowenig wissen wir, ob ein Universum denkbar oder sogar möglich wäre, in dem es nicht so ist.

Zuumindest habe ich es so verstanden ;)

Kommentar von SvenCabeyo ,

Okey Danke :)

Kommentar von grtgrt ,

Warum beschleunigt zu sein (z.B. durch Gravitation) bewirkt, dass man langsamer altert - dass dem Beschleunigten dann also die Zeit im Vergleich zu nicht beschleunigten Objekten langsamer vergeht - weiß tatsächlich niemand.

Man kennt nur Experimente, die diesen Effekt eindeutig belegen.

Lies z.B. 

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