Was ist Zeit?
Zeit ist für den Menschen eine nützliche Vorstellung, die ihm ermöglicht, Zeitpunkte, Zeiträume und Zeitdauer zu seinem Vorteil zu definieren.
„Zeit ist, was die Uhr anzeigt.“
(Albert Einstein)
Bild: Pixabay
Die Natur selbst benötigt die Zeit nicht. Sie ergibt sich als Folge aus dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik: „Es gibt keine Zustandsänderung, deren einziges Ergebnis die Übertragung von Wärme von einem Körper niederer auf einen Körper höherer Temperatur ist.“ (Rudolf Julius Emanuel Clausius, dt. Physiker 1822 – 1888). Daraus ergibt sich, dass von alleine ablaufende Vorgänge von einem höheren zu einem niedrigeren Energiezustand führen (Entropie). Da dieser Übergang, z. B. von heiß zu kalt, nicht schlagartig erfolgt, macht es Sinn während eines solchen Vorganges von einem „Verlauf der Zeit“ zu sprechen.
Daraus ergibt sich auch die Nichtumkehrbarkeit der Zeit. Der Filmausschnitt ist aus „Der Stoff, aus dem der Kosmos ist - DVD 1 - Die Illusion der Zeit“ (2011) von Brian Greene. Veröffentlicht bei daylimotion:
https://www.dailymotion.com/video/x1lzy1p
Wer sich ausführlich über die physikalischen Hintergründe der Zeit informieren möchte, kann sich den Film "Wie geht Zeitreisen?" anschauen. Er hat eine Länge von 29:58 Minuten.
Man müsste folglich bei einem Glas, das auf den Boden fallend zerbricht, jeder Scherbe einen zu ihrer Bewegung umgekehrt gerichteten Impuls zuführen, und zwar bis in den atomaren Bereich hinein, um das Glas wieder zusammen zu fügen. Theoretisch zwar denkbar, praktisch aber unmöglich.
Daraus ergibt sich aber die Methode 'Zeit' zu "messen":
Galileo Galilei (1564 – 1642) baute eine Vorrichtung um Pendelschwingungen zu zählen und entwarf auch einen Plan, wie man daraus eine Räderuhr bauen könnte, den Christiaan Huygens 1673 verwirklichte.
Ein Gewicht zieht an einem Zahnrad, dessen Drehbewegung durch eine Hemmung im Rhythmus eines Pendels freigegeben wird. Mehrere Zahnräder verlangsamen eine Welle so, dass deren Zeiger auf einer Skala (Zifferblatt) die Minuten richtig zählt. Dies ist die Beschreibung einer Räderuhr, die durch Gewichtskraft angetrieben wird.
Man misst Zeit, indem man einen periodischen Vorgang beobachtet und zählt.
Bild: CC-Lizenz Wikipedia
Neben der Schwingungsbewegung eignet sich im Prinzip auch die Kreisbewegung zur Zeitmessung. Hier ändern sich die Beträge der kinetischen und potentiellen Energie theoretisch nicht. Praktisch wird der Rotation aber durch Reibungsverluste fortlaufend Energie entzogen, die unmittelbar zum gleichen Betrag ergänzt werden müsste, was technisch nur sehr schwer, wenn nicht sogar unmöglich ist.
Dennoch war die Erddrehung (der Tag) und die Bewegung der Erde um die Sonne (das Jahr) wegen ihrer Bedeutung für das tägliche Leben eine der ersten Möglichkeiten der Zeitmessung. Für eine genaue Zeitmessung ergeben sich aber Schwierigkeiten:
Bild: CC-Lizenz
Bei einer Umdrehung der Erde bis die Sonne wieder im gleichen Horizontalwinkel steht, kann diese Beobachtung zwar zur Definiton der Länge eines Tages (wahrer Sonnentag) verwendet werden, dies entspricht aber nur annähernd 24 Stunden. Man ist gezwungen, mit Hilfe einer gleichförmig laufenden Uhr einen mittleren Sonnentag zu definieren, um auf die 24 Stunden eines Tages zu kommen. Diese Abweichungen gleichen sich nach Ablauf eines Jahres wieder aus.
Da die Rotationsgeschwindigkeit der Erde im Prinzip abnimmt - sie wird durch den Mond gebremst -, muss man gelegentlich dem Tag eine Sekunde hinzufügen, um auf lange Sicht die Helligkeit des Tages im Bereich zwischen 6 Uhr morgens und 18 Uhr abends zu halten. Zurzeit wird die Abschaffung der Schaltsekunden diskutiert, um Anpassungsprobleme, z. B. bei Computersytemen, zu vermeiden. Als Ausgleich würde man ca. im Jahr 2600 eine Schaltstunde benötigen.
Grafik: https://en.wikipedia.org/wiki/GNU_Free_Documentation_License
Damit sich die Jahreszeiten nicht im Kalender verschieben, definiert man ein "Tropisches Jahr". Es ist festgelegt als der Zeitraum, bei dem die Erdachse beim Umlauf der Erde um die Sonne wieder den gleichen Neigungswinkel einnimmt. Es hat eine Länge von 365,24219052 Tagen (365 Tage, 5 Stunden, 48 Minuten und 46 Sekunden). Dies hat zur Folge, dass man alle vier Jahre einen zusätzlichen Tag benötigt, der alle 100 Jahre ausfällt, aber alle 400 Jahre dennoch nötig ist - das Jahr 2000 war also ein Schaltjahr.
Dass sich die Jahreszeiten durch die Erderwärmung metereologisch verändern, hat mit der Jahresdefinition als Umlauf der Erde um die Sonne nichts zu tun.
