Was ist Zeit genau im wissenschaftlichen Sinne?

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8 Antworten

Etwas Materielles ist sie sicherlich nicht, und auch keine Kraft. Vielmehr setzen Materie und vor allem deren Veränderung Zeit voraus, wie übrigens auch den Raum.

Die Zeit hat in der Physik zwei Hauptaspekte:

Zeit als Dimension

Wie Raum den für die Ausdehnung von und die Entfernung zwischen Körpern, aber auch für Gestalt und Anordnung den nötigen „Platz“ zur Verfügung stellt, bietet die Zeit gewissermaßen „Platz“ für Vorgänge und Veränderungen.

Dabei liefern gleichartig beschaffene Körper dem Raum und gleichartige Vorgänge der Zeit gleichsam ein Maß. Vor allem die Frequenzen von Schwingungen lassen sich zur Zeitmessung verwenden.

Man kann sie durch einen „Parameter“ (eigentlich Variable) t darstellen, den man in der Theorie - bzw. in einer Simulation - in jede Richtung laufen lassen und dies natürlich beliebig wiederholen kann.

Zeitordnung

Neben dem Aspekt der Dauer gibt es natürlich den Aspekt der Zeitordnung, es gibt ein Früher oder Später. Vor allem gibt es ein Jetzt, auch Gegenwart genannt, die das, was früher als „jetzt“ ist, die sogenannte Vergangenheit, und das, was später als „jetzt“ ist, die sogenannte Zukunft, voneinander trennt.

An die Vergangenheit kann man sich ggf. erinnern, die Zukunft kann man nur vorausahnen. Immerhin kann man sie beeinflussen. Wir haben das Empfinden, dass nur das Jetzt im eigentlichen Sinne existiert. Allerdings ist das, was wir sehen und erst recht das, was wir hören, bereits Vergangenheit, denn Schall und selbst Licht brauchen Zeit. Dabei habe ich die Zeit, die wir für die Wahrnehmung brauchen, gar nicht eingerechnet.

Warum das Jetzt und nicht ein beliebiger anderer Zeitpunkt „jetzt“ ist, das scheint ein Mysterium zu sein, denn es hängt auch eng mit unserem Bewusstsein zusammen.

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Zeit und Entropie

Ein wichtiger Anker für die Zeitordnung ist der sogenannte thermodynamische Zeitpfeil. Um das zu verstehen, müssen wir den Begriff der Entropie einführen.

Die Entropie eines Systems ist ein logarithmisches Maß für die Anzahl der Möglichkeiten, es in einen bestimmten Zustand zu bringen.

Nehmen wir einfach eine größere Anzahl (N) (idealer) Würfel und werfen sie. Am wahrscheinlichsten, weil es dafür die meisten Möglichkeiten gibt, ist die Möglichkeit, dass  alle Augenzahlen ungefähr gleich häufig vorkommen, etwa in ⅙N.

Dafür, dass die relative Häufigkeit  ⅙N beträgt, ist die Wahrscheinlichkeit gar nicht mal so groß, aber die Streubreite für jede einzelne Augenzahl geht nur mit √{N}, sodass die relative Streubreite mit 1/√{N} geht.

Ungeheuer kleiner ist die Wahrscheinlichkeit, mit N idealen Würfeln z.B. lauter Sechsen zu würfeln; dafür gibt es eine einzige Möglichkeit von 6^{N}.

Angenommen, dies wäre tatsächlich einmal passiert, und dann würde man nach dem Zufallsprinzip immer wieder einen Würfel greifen und erneut würfeln. Es würde sich allmählich der ungefähr gleichverteilte Zustand wieder einstellen.

Das ist ungefähr das, was in einem geschlossenen System passiert. Die Entropie bleibt bei Prozessen, die von selbst ablaufen, allenfalls gleich (dann ist der Prozess reversibel) oder sie wird größer (dann ist der Prozess irreversibel).

Keine irreversiblen Prozesse gibt es mehr in einem Zustand, das den Zustand des thermodynamischen Gleichgewichts maximaler Entropie bereits erreicht hat. Hier gibt es ggf. immer noch Zeit, da es vielleicht Frequenzen gibt, aber die Ordnung in Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft spielt innerhalb des Systems keine Rolle.

Dies kann dann nur „frischer Wind“ von außen ändern, sprich, die Zufuhr von Energie mit niedriger und die Abfuhr von Energie hoher Entropie. In diesem Fall liegt ein Fließgleichgewicht vor, in dem sich ein System in einem relativ geordneten Zustand, also geringer Entropie, halten kann. Ein solches Fließgleichgewicht sind wir selbst.

Man kann nun sagen, dass das Wachstum von Entropie die zeitliche Vorwärtsrichtung der Zeit definiert.

Raumzeit

Oft ist bei einem „Jetzt“ die Rede von einem „Zeitpunkt“. Tatsächlich ist es aber eigentlich ein ganzer 3D-Raum für ein konstantes t, ähnlich wie eine Ebene im Raum.

Mehr noch: Angesichts dessen, dass Licht aus elektromagnetischen Wellen besteht, die sich mit einem bestimmten Tempo c ausbreiten, dies direkt aus Maxwells Elektrodynamik folgt, damit den Rang eines Naturgesetzes hat und somit dem viel älteren Galilei'schen Relativitätsprinzip unterliegt, erweist sich die Zeitkoordinate c·t als eng mit den Raumdimensionen verzahnt:

(cΔt)² – ‹Δr|Δr› ≡ (cΔt')² – ‹Δr'|Δr'›

für zwei Ereignisse, jeweils betrachtet in zwei Koordinatensystemen Σ und Σ', die relativ zueinander bewegt und ggf. auch verdreht/verschoben sind.

Die oben erwähnten „3D-Ebenen“ mit t=const. und t'=const. sind nicht identisch oder parallel zueinander, sondern können gegeneinander „gekippt“ sein. Ereignisse, die räumlich getrennt sind, haben weder eine „absolute“ zeitliche Reihenfolge noch sind sie in jedem Koordinatensystem gleichzeitig.

Wenn ein Raumschiff beispielsweise von zwei Raumstationen gleichzeitig Funksignale erhält, während er an einer dritten vorbeifliegt, von der die anderen gleich weit entfernt sind, kann er die Absendung der Signale als glechzeitig interpretieren, wenn er sich als bewegt auffasst, oder das Signal der vorderen Station als eher, wenn er nämlich sich als ruhend auffasst.

Zeit selbst ist ein Kontinuum, etwas, das abläuft, ohne menschliches Zutun, und immer in die gleiche Richtung.

Zeitmessung ist der Versuch des Menschen, diesem Ablauf einen Namen und eine Ordnung zu geben, und ihn in Verhältnisse zu astronomischen oder irdischen Ereignissen zu setzen.

SlowPhil 24.07.2017, 11:50

Ich bin nicht ganz glücklich mit dieser Formulierung:

Sie klingt ein wenig nach Newtons Dogma von der „absoluten, mathematischen Zeit“, das dieser formuliert hat, obwohl er dieses Konzept für seine Physik gar nicht brauchte, die hinreichend gut durch die Erhaltungssätze und übergeordneten Prinzipien wie Galileis Relativitätsprinzip axiomatisiert war.

Spätestens die Anwendung dieses Prinzips auf Maxwells Elektrodynamik - nichts anderes ist Einsteins Spezielle Relativitätstheorie - macht es unmöglich, Zeit vom Raum zu trennen.

Ob Zeit wirklich ein Kontinuum ist, wissen wir nicht. Die Schleifenquantengravitation besagt, dass die Raumzeit letztendlich einem - sehr engmaschigen - Netz gleichen könnte.

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atoemlein 24.07.2017, 12:55
@SlowPhil

Das hat alles was, danke.

Aber ich will ja nicht Physiker glücklich machen, sondern den Fragesteller.
Er kann den Wikipediaartikel ja selber lesen und interpretieren und all den LInks darin folgen...

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SlowPhil 26.07.2017, 23:19
@atoemlein

Aber ich will ja nicht Physiker glücklich machen, sondern den Fragesteller.

Und der wollte wissen, was Zeit wissenschaftlich gesehen sei, also physikalisch. Und da ist die unabhängig verstreichende Zeit halt out. 

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atoemlein 27.07.2017, 01:13
@SlowPhil

Dein Einwand mag berechtigt sein.
Aber was bringt er dem Fragesteller?
Und der Antwort sind wir damit nicht näher, oder?

Müsste man einfach zugeben, dass man es nicht wissen kann, weil wir nur "unsere" Zeit wahrnehmen?
Oder wo ist dein Beitrag?

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SlowPhil 27.07.2017, 12:41
@atoemlein

Oder wo ist Dein Beitrag?

Der kommt noch. Ich brauche Zeit, um etwas nachzudenken und eine so ausführliche Antwort zu geben, wie ich das gern tue.

Müsste man einfach zugeben, dass man es nicht wissen kann, weil wir nur "unsere" Zeit wahrnehmen?

Das ist ungefähr das, was Einstein mit dem Bonmot meinte, Zeit sei das, was man auf einer Uhr ablesen kann. Das verstehe ich dahingehend, es sei unphysikalisch, über eine „wahre“, „absolute“ Zeit zu spekulieren.

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Das ist noch nicht abschließend geklärt.

Was meiner Meinung nach der Grund dafür ist, warum es mit der "Großen Vereinheitlichen Theorie" seit fast einem Jahrhundert nicht so richtig vorwärts geht.

Zeit ist die erste Dimension des vierdimensionalen Zeit-Raum-Kontinuums.

Zeit ist, was die Uhren messen (Albert Einstein).

SlowPhil 27.07.2017, 12:53

Zeit ist die erste Dimension…

Nun, man sagt gewöhnlich „die nullte“, d.h. man bezeichnet in der Komponentenschreibweise c·t als x₀ bzw. x⁰. Das interpretiere ich dahingenend, dass ja die 0 eine Sonderrolle unter den Zahlen spielt, und für die Zeit gilt ähnliches.

Deshalb wird die Raumzeit auch meist nicht 4-dimensional, sondern (1+3)-dimensional genannt. Die Zeit ist doch etwas anderes.

Zeit ist, was die Uhren messen (Albert Einstein).

Dieses Statement ist natürlich keine Definition im eigentlichen Sinne, sondern eine Absage an den Versuch, Newtons Dogma (was anderes ist es nämlich nicht) von der „absoluten, mathematischen Zeit“ in die Physik des beginnenden 20.Jahrhunderts hinüberzuretten, indem man zwischen wirklicher Zeit und „Ortszeit“ unterschied, wie es Poincaré und Lorentz taten.

Lorentz' Äthertheorie ist übrigens von ihren Vorhersagen her identisch mit der Speziellen Relativitätstheorie, nur dass sie von der Existenz eines „absolut“ ruhenden Bezugssystems ausgeht, das wir rein physikalisch jedoch nicht identifizieren können.

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Die Zeit ist eine physikalische Größenart. Das Formelzeichen der Zeit ist t, ihre SI-Einheit ist die Sekunde s.

Veränderung

Wenn sich nichts verändert vergeht keine Zeit

claushilbig 24.07.2017, 20:06

Wenn sich nichts verändert vergeht keine Zeit

Das kann man so pauschal nicht sagen - in den letzten 2 Wochen hat sich in meinem Geschirrschrank nichts verändert, Zeit ist trotzdem (auch im Schrank) vergangen ...

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Ursusmaritimus 25.07.2017, 06:01
@claushilbig

Ach?.....und die Staubschicht hast du nicht bemerkt, oder die Bewegung der Moleküle, das verblassen der Glasur?

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SlowPhil 27.07.2017, 13:10

Wenn sich nichts verändert, vergeht keine Zeit

Das stimmt so auch wieder nicht. Ein System kann sich durchaus in einem stationären, also zeitunabhängigen Zustand des Gleichgewichts befinden. Allerdings gibt es Energien und damit Frequenzen, und mit Frequenzen beschreibt man automatisch auch Zeit.

Zeit als etwas, das „abläuft“, hat in einem solchen System natürlich keinen Sinn. Damit meine ich, dass man keine sinnvolle Aussage über einen Zeitablauf machen kann. Die Aussage „es läuft keine Zeit ab“ wäre aber schon eine solche Aussage.

Im freien Weltraum, weil weg von Himmelskörpern, kann ich auch nicht einen Ort oder Bewegungszustand dingfest machen.

Allerdings kann ich ein Koordinatensystem einführen, relativ zu dem ich mich in Ruhe befinde, ebensogut aber auch eines, relativ zu dem ich mich bewege.

Ich kann also nicht behaupten, dass ich mich eindeutig mit der Geschwindigkeit |v› bewege, da ich keinen Anhaltspunkt dafür habe. Allerdings gilt das auch für die Geschwindigkeit |v›=0.

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grtgrt 23.07.2017, 21:59

Bitte lies https://www.gutefrage.net/frage/ist-zeit-eine----illusion#answer-251419817 .

Zeit ist ganz sicher weder eine Kraft noch irgendwas Materielles.

Zeit ist ein durch den Verstand der Menschen geschaffenes Konzept, das Teil unserer Realität ist (d.h. Teil unseres Modells einer Wirklichkeit, die wir nicht kennen können), siehe

http://greiterweb.de/zfo/Realismus.htm#msgnr0-35 und

http://greiterweb.de/spw/Relativitaetstheorie.htm (dort insbesondere den letzten Abschnitt der Seite).

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SlowPhil 24.07.2017, 11:53

Als Illusion würde ich sie dennoch nicht bezeichnen. Es soll laut einem Artikel einem Physiker gelungen sein, eine Physik ohne das Konzept der Zeit zu formulieren, aber wirklich vorgestellt worden ist es dort nicht.

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