Ein Zirkelschluss?

Das Registrieren des unabänderlichen Voranschreitens der Zeit durch eine Uhr ist für uns alltäglich. Dabei besteht aber ein Problem: Wir benutzen die zeitliche Gleichförmigkeit periodischer Prozesse, um die Zeiteinheit zu definieren – und können uns über die vorausgesetzte Gleichförmigkeit nur infolge von Zeitmessungen sicher sein.

Diese Verknüpfung, aber auch das Wesen der Zeit an sich, hat schon zu vielfältigen vertieften Betrachtungen Anlass gegeben. Besonders bekannt geworden ist die von Stephen Hawking diskutierte Verbindung zwischen dem Urknall und dem Beginn der Zeit. Albert Einstein hat deutlich gemacht, dass in zwei zueinander bewegten Bezugssystemen die Zeit nicht gleich abläuft. Carl Friedrich von Weizsäcker war eine Begründung des Phänomens selbst wichtig: „Die fundamentale Struktur der Zeit ist ihr objektives Fortschreiten.“

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Messgerät und Definition zugleich

Die Physik geht mit der Problematik, dass Uhren Grundlage der Definition der Zeiteinheit sind und zugleich als Messgeräte eingesetzt werden, pragmatisch um: Eine Vielzahl periodischer Vorgänge dient der gegenseitigen Referenz, und wie immer in der Physik ist ein in sich schlüssiges System der Begriffe, Definitionen und experimentellen Befunde das erklärte Ziel.

Galileo Galilei gilt als Begründer der experimentellen Methode, bekannt geworden sind unter

anderem seine Fallexperimente. Nach seinen Überlegungen ist die Fallbewegung nicht abhängig von der Masse, solange Reibungseinflüsse vermieden werden. Er konnte zeigen, dass die Geschwindigkeit einer fallenden Kugel proportional mit der Zeit zunimmt. Weiß man Ort und Geschwindigkeit einer Kugel zu einem bestimmten Zeitpunkt, so kann man die entsprechenden Größen für spätere Zeitpunkte vorausberechnen.

Die Jagd nach dem Moment

Auch in vielen weiteren Fällen wird in der Physik das Verhalten eines Systems in der Zeit berechnet; für Physikerinnen und Physiker ist die Zeit also besonders wichtig, sie sehen gewissermaßen in die Zukunft, allerdings nur unter abgestimmten Bedingungen und mit der Möglichkeit einer experimentellen Überprüfung.

Beim Messen von Veränderungen in der Zeit versucht man auch, den „Moment“ zu erfassen. Es ist vergleichsweise einfach, etwas über die Durchschnittsgeschwindigkeit eines Wagens während einer bestimmten Fahrtzeit auszusagen. Aber wie schnell ist ein Wagen in einem bestimmten Moment, wenn er beschleunigt, sich seine Geschwindigkeit also ständig ändert? Hierfür wurde der Begriff der Momentangeschwindigkeit eingeführt, was unter anderem auch wesentlich zur Entwicklung der modernen Mathematik beigetragen hat.

Roger Erb / Forschung Frankfurt
Stand: 14.07.2017