Ein Team um Anton Zeilinger, Professor für Experimentalphysik der Universität Wien und Direktor des Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der ÖAW, hat einen Versuch mit Photonen durchgeführt, bei dem nun ein wichtiges “Schlupfloch” geschlossen werden konnte.
Wenn wir einen Gegenstand beobachten, dann gehen wir davon aus, dass einerseits seine Eigenschaften schon vor der Beobachtung eindeutig feststehen und dass andererseits diese Eigenschaften unabhängig sind vom Zustand anderer, weit entfernter Objekte. Für Gegenstände unseres Alltags ist dem auch so. Für Quantenobjekte hingegen treffen diese scheinbar selbstverständlichen Annahmen nicht ohne weiteres zu. In den vergangenen 30 Jahren haben zahlreiche Experimente gezeigt, dass das Verhalten von Quantenteilchen – wie Atome, Elektronen oder Photonen – in klarem Widerspruch mit obiger Wahrnehmung stehen kann. Jedoch haben diese Experimente nie über alle Zweifel erhabene Antworten geliefert. Stets war es im Prinzip möglich, dass die beobachteten Teilchen eine Schwäche des Experiments “ausgenützt” hatten. Ein Team um Physiker Anton Zeilinger hat nun einen Versuch mit Photonen durchgeführt und dabei ein wichtiges “Schlupfloch” geschlossen. Die ForscherInnen haben damit den bisher vollständigsten experimentellen Nachweis erbracht, dass und wie die Quantenwelt unserer Alltagserfahrung widerspricht.
Die Quantenphysik liefert ein extrem präzises und fundamentales Werkzeug, um die Welt um uns bis in kleinste Details zu verstehen. Sie ist aber auch Grundlage für die moderne Hochtechnologie: Halbleiter (und damit Computer), Laser, Magnetresonanztomographen und andere Geräte basieren auf quantenphysikalischen Effekten. Dies kann jedoch nicht darüber hinwegtäuschen, dass nach mehr als einem Jahrhundert intensiver Forschung fundamentale Aspekte der Quantentheorie noch nicht vollkommen verstanden sind. Auch heute noch werden aus Laboratorien weltweit – jeder Intuition widersprechende Ergebnisse – gemeldet, die jedoch im Rahmen der Quantentheorie erklärt werden können.
Dem Rätsel der Quantenverschränkung auf der Spur
Die Wiener PhysikerInnen berichten nun aber nicht von einem neuen Effekt, sondern sind einem der grundlegendsten Phänomene der Quantenphysik, der sogenannten “Verschränkung”, tiefer auf den Grund gegangen. Die Konsequenzen der Quantenverschränkung sind verblüffend: Wenn man ein Quantenobjekt misst, das mit einem anderen verschränkt ist, dann, so sagt die Quantentheorie, ist der Zustand eines Teilchens von der Messung, die an dem anderen durchgeführt wird, abhängig. Dies ist auch der Fall, wenn die beiden Teilchen so weit voneinander entfernt sind, dass sie selbst im Prinzip nicht miteinander kommunizieren können (die Kommunikationsgeschwindigkeit ist grundlegend durch die Lichtgeschwindigkeit beschränkt). Eine große Aufgabe ist es, die Vorhersage der gegenseitigen Beeinflussung verschränkter Quantenteilchen in realen Experimenten zu testen.
Auf dem Weg zu einer abschließenden Antwort
Anton Zeilinger und den jungen WissenschafterInnen Marissa Giustina, Alexandra Mech, Rupert Ursin, Sven Ramelow und Bernhard Wittmann ist in einer internationalen Kooperation mit dem National Institute of Standards and Technology (USA), der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (Deutschland) und dem Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Deutschland) ein wichtiger Schritt gelungen, um einen endgültigen experimentellen Beweis zu erbringen, dass Quantenteilchen in der Tat mehr können als die klassische Physik ihnen erlaubt. Technologische Verbesserungen gemeinsam mit einem geeigneten Aufnahmeprotokoll ermöglichten den Forschenden, verschränkte Photonen mit einer bisher nicht dagewesenen Effizienz zu detektieren. “Die erzeugten Photonen können sich nicht mehr davor drücken, gemessen zu werden”, bringt es Zeilinger auf den Punkt.
Diese engmaschige Überwachung der Photonen ist wichtig, weil damit ein wesentliches “Schlupfloch” geschlossen wird. Bei bisherigen Experimenten dieser Art blieb stets die Möglichkeit offen, dass die gemessenen Lichtteilchen zwar die Gesetze der klassischen Physik verletzt hatten, dies aber nicht der Fall gewesen wäre, wenn alle im Experiment involvierten Teilchen hätten gemessen werden können. Diese Möglichkeit wird in dem neuen Experiment ausgeschlossen. “Viele Wissenschaftler haben sich bis jetzt gescheut, Experimente mit Photonen durchzuführen, weil diese zu einfach verloren gehen – genau dieses Problem haben wir jetzt im Griff”, erklärt Marissa Giustina, Erstautorin der aktuellen Publikation.
Noch ein Schritt zum krönenden Abschluss
Mit dem neuen Experiment von Marissa Guistina und ihren KollegInnen sind Photonen die ersten Quantenteilchen, für die – zwar nicht in einem einzigen, aber – in mehreren separaten Experimenten jede mögliche Hintertür geschlossen wurde. Die Krönung wäre jedoch noch ein einziges Experiment, in welchem den Photonen durch Mittel der klassischen Physik sämtliche mögliche Wege versperrt werden würde. Ein solches Experiment wäre auch für eine wichtige praktische Anwendung von grundlegender Bedeutung: Die sogenannte Quantenkryptographie beruht auf quantenmechanischen Prinzipien und gilt als absolut abhörsicher. Ein Lauschangriff ist aber im Prinzip möglich, solange “Schlupflöcher” bestehen. Nur wenn diese geschlossen sind, ist ein vollkommen sicherer Austausch von Nachrichten möglich.
“Ein Experiment ohne jedes Schlupfloch”, sagt Zeilinger, “ist eine große Herausforderung. Daran arbeiten einige Gruppen weltweit.” Diese Experimente werden nicht nur mit Photonen versucht, sondern auch mit Atomen, Elektronen und anderen Systemen, die quantenmechanisches Verhalten an den Tag legen. Das Experiment der Wiener PhysikerInnen zeigt aber deutlich das Potenzial, das in Photonen steckt, auf. Dank diesen Fortschritten gehen dem Photon die “Schlupfwinkel” aus und die PhysikerInnen sind näher denn je an einem Experiment, das belegt, dass die Quantenphysik wirklich so sehr gegen unsere Intuition und Alltagserfahrung verstößt, wie dies die Forschungsarbeiten der vergangenen Jahrzehnte nahelegen. (Quelle: idw).
Publikation
Bell violation using entangled photons without the fair-sampling assumption: Marissa Giustina, Alexandra Mech, Sven Ramelow, Bernhard Wittmann, Johannes Kofler, Jörn Beyer, Adriana Lita, Brice Calkins, Thomas Gerrits, Sae Woo Nam, Rupert Ursin, Anton Zeilinger. In: Nature (Advance Online Publication/AOP). April 14, 2013. DOI: 10.1038/nature12012
Bienen können unterschiedliche elektrische Ladungen auf der Körperoberfläche ihrer Artgenossen wahrnehmen, unterscheiden und ihre Bedeutung erlernen. Das haben jetzt Wissenschaftler der Freien Universität Berlin um Professor Randolf Menzel und Uwe Greggers herausgefunden. Die Forscher vermuten, dass die Tiere diese „Sinnesfähigkeit“ nutzen, um sich zu orientieren und untereinander zu kommunizieren, etwa beim bekannten Schwänzeltanz, mit dem sich die Bienen Richtung und Entfernung einer guten Futterquelle mitteilen.
Wenn Bienen durch die Luft fliegen, ihre Körper im Stock aneinander reiben oder Teile ihres Körpers gegeneinander bewegen, lädt sich ihr Körper mit elektrischer Ladung auf. Die Wachsoberfläche ihres Körpers verhindert, dass die Ladung abfließt, wenn sie landen und in den Stock zurückkehren. Die Forscher zeigen in ihrer Untersuchung, dass Bienen auf unterschiedlich geladene elektrische Felder mit spezifischen Bewegungen ihrer Antennenfühler reagieren. Mithilfe der Sinneszellen, die auf diesen Antennen liegen, nehmen sie die Ladungen wahr und unterscheiden sie. „Die Bewegung der Antennen haben wir in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Professor Martin Göpfert von der Universität in Göttingen mit einer speziellen Kamera aufgezeichnet und deren Bilder ausgewertet“ sagt Uwe Greggers, einer der Autoren der Studie. Außerdem haben die Forscher gezeigt, dass Bienen lernen können, unterschiedliche elektrische Felder und ihre zeitlichen Muster zu unterscheiden.
Die Gruppe um Menzel zieht aus ihren Experimenten außerdem den Schluss, dass die elektrischen Felder eine wichtige Rolle bei der sozialen Kommunikation im Stock spielen, z.B. beim Schwänzeltanz. Die nachlaufenden Bienen registrieren die von der Tänzerin ausgehenden zeitlichen Muster der elektrischen Felder und erkennen daraus die Entfernung der Futterquelle. Auf diese Weise ist zum ersten Mal nachgewiesen worden, dass bei einem landlebenden Tier elektrische Ladungen der Körperoberfläche zu elektrischen Feldern führen, und damit eine neue Wahrnehmungswelt eröffnen. Bisher war das nur von im Wasser lebenden Tieren bekannt, wie etwa dem Zitteraal. (Quelle: idw)
Was nach den Regeln der Quantentheorie scheinbar nicht erlaubt ist, haben Physiker der Universität Innsbruck nun im Labor realisiert. Im Prototypen eines Quantencomputers konnte ein Team um Philipp Schindler, Thomas Monz und Rainer Blatt eine Quantenmessung vollständig rückgängig machen. Der Trick gelang ihnen mit Hilfe eines Rechenschemas für die Fehlerkorrektur in Quantencomputern.
Schon Generationen von Physikern beschäftigten sich mit Messungen in quantenmechanischen Systemen. Grund dafür sind deren nur schwer begreifliche Eigenschaften. „So ist eine Messung in der Quantenwelt nicht deterministisch“, sagt Philipp Schindler vom Institut für Experimentalphysik der Universität Innsbruck. „Auch wenn man den Zustand eines Quantenobjekts sehr genau kennt, lässt sich das Ergebnis einer Messung nicht vorhersagen.“ Wird ein Quantensystem aber gemessen, so ändert sich dadurch auch der Zustand des Systems. So liefert eine wiederholte Messung mit Sicherheit immer das gleiche Ergebnis. „Eine Messung verändert also das System unwiderruflich“, ergänzt Thomas Monz. In einem Prototypen eines Quantencomputers haben Physiker der Universität Innsbruck um Rainer Blatt nun mit Hilfe eines Fehlerkorrektur-Algorithmus eine Messung wieder rückgängig gemacht.
Auf den ersten Blick widerspricht dies den Grundlagen der Quantenmechanik, die genau das explizit verbietet. Bei genauerer Betrachtung löst sich der Widerspruch aber auf: Quanteninformation kann zum Beispiel in einem Teilchen als Überlagerung von zwei Zuständen („null“ und „eins“) gespeichert werden. Durch eine Messung wird dieses Quantenbit entweder auf „null“ oder „eins“ gesetzt und die Information aus der Überlagerung geht verloren. Durch quantenmechanische Verschränkung mehrerer Teilchen, lässt sich aber die Quanteninformation eines Teilchens auch auf mehrere Teilchen verteilen. Genau dies machen die Physiker im Labor der Universität Innsbruck. „Wir verteilen mit dem Fehlerkorrektur-Algorithmus die Quanteninformation eines einzelnen Teilchens auf drei Teilchen in einem Quantenregister. Die Messung erfolgt nur auf einem der drei Teilchen“, sagen Schindler und Monz. „Der Korrektur-Algorithmus ist dann in der Lage, die Information des gemessenen Teilchen mithilfe der zwei verbleibenden Teilchen zu rekonstruieren.“ Damit machen die Tiroler Physiker ihre Messung an dem einen Teilchen wieder rückgängig und umgehen so ein ehernes Gesetz der Quantenphysik.
Quelle: idw Publikation: Undoing a quantum measurement. Philipp Schindler, Thomas Monz, Daniel Nigg, Julio T. Barreiro, Esteban A. Martinez, Matthias F. Brandl, Michael Chwalla, Markus Hennrich, Rainer Blatt. Physical Review Letters 110, 070403 (2013). DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.070403
Heidelberg. Viele wissenschaftliche Erkenntnisse haben sich fest im Fundus der Allgemeinbildung verankert. So beispielsweise, dass Licht sich stets geradlinig ausbreitet oder sich ein Objekt höchstens mit Lichtgeschwindigkeit bewegen kann. Doch in unserem Universum trifft das nicht immer zu – und das wusste schon Einstein und war damit völlig einverstanden.
Seine Umwelt verstehen zu wollen, liegt in der Natur des Menschen. Um diesem Wunsch nachzukommen, bedienen wir uns unseres gesunden Menschenverstandes. Dies tun wir auch dann, wenn dieses Streben uns hinaus in die Weiten des Kosmos führt. Doch wenn wir versuchen, zur Erklärung kosmologischer Phänomene die uns aus dem Alltag vertrauten Vorstellungen über Raum und Zeit zu nutzen, stoßen wir rasch an unsere Grenzen. Denn eine ganze Reihe kosmischer Phänomene lässt sich mit dem Konzept eines unveränderlichen dreidimensionalen Raums nicht erklären. Das geht nur anhand einer formbaren vierdimensionalen Raumzeit. Dass sich auch dieses Konzept anschaulich verstehen lässt und wie es all die merkwürdigen Vorgänge im Kosmos erklärt, ist in der Titelgeschichte ‘Kosmologische Kuriositäten’ (Teil 1) der Februarausgabe von “Sterne und Weltraum” zu lesen.
Die Kosmologie ist die Wissenschaft, die unser Universum als Ganzes beschreibt. Ihr zu Grunde gelegt ist die Einsteinsche allgemeine Relativitätstheorie, in der der Physiker die Gravitation erklärt – jene Kraft, die als einzige über die riesigen Distanzen im Kosmos hinweg wirken kann. In seiner Theorie stellte Albert Einstein die Verbindung zwischen der Schwerkraft und der Raumzeit her. Seitdem ist die vierdimensionale Raumzeit als ein formbares dynamisches Gebilde zu verstehen.
Zu den Kuriositäten dieser Theorie gehört beispielsweise, dass sich Licht von Massen auf krumme Bahnen zwingen lässt. Im Weltraum breitet es sich also nicht unbedingt entlang gerader Linien aus! Ebenfalls kurios ist die Expansion unseres Universums. Doch was dehnt sich dabei eigentlich aus? Das Weltall mit all seinen Inhalten? Es ist der Raum, der mit der Zeit expandiert, nicht jedoch darin enthaltene Körper, die durch die Schwerkraft zusammengehalten werden. Unsere Erde etwa oder auch die Galaxien behalten ihre Größe bei.
Auch, dass sich manche Galaxien mit Überlichtgeschwindigkeit von uns entfernen, lässt die Kosmologie zu – und das widerspricht nirgends der Tatsache, dass die Lichtgeschwindigkeit eine konstante Größe ist, die auch durch größte Beschleunigung nicht überschritten werden kann.
Zum Hintergrund: Albert Einstein entwickelte die allgemeine Relativitätstheorie völlig eigenständig in jahrelanger mühsamer Arbeit. Sie beschreibt die Wirkung der Schwerkraft durch das Konzept einer gekrümmten Raumzeit. Unser Universum dehnt sich aus, und das sogar immer schneller. Physiker bezeichnen dies als beschleunigte Expansion und verstehen darunter, dass die Abstände in unserem Universum mit der Zeit immer schneller anwachsen. Für den Nachweis dieses Expansionsverhaltens wurde 2011 der Nobelpreis für Physik verliehen.
Bestimmt wird diese Expansion des Universums von seinem Materie- und Energieinhalt. Dass Licht von Massen abgelenkt wird, kann sogar bei Sonnenfinsternissen durch astronomische Beobachtungen gemessen werden. Auch Gravitationslinsen im Universum zeigen die Wechselwirkung von Licht mit Massen auf: Bei diesen Objekten handelt es sich um kosmische Ansammlungen von Materie, die Licht von dahinter liegenden Quellen verzerren. (Quelle: Sterne und Weltraum, Februar 2013 )
Führende deutsche Journalisten halten Ideologiekritik an den christlichen Kirchen mehrheitlich für überholt. „Die meisten Meinungsmacher sehen eine kulturelle Renaissance der christlichen Religion – in Abgrenzung zum Islam“.
Die befragten Chefredakteure und Kommentatoren betrachten das Christentum, laut einer neuen Studie, unabhängig von ihrer eigenen Religiosität, als legitime Kraft zur Sicherung der öffentlichen Moral und der gesellschaftlichen Integration.
Bis Ende der 1990er Jahre sei unter Journalisten und Intellektuellen eine ideologische Abwertung des Christentums „als Hemmschuh der Moderne oder als Aberglauben“ verbreitet gewesen, schreiben die Autoren der Studie, die Soziologin Dr. habil. Christel Gärtner und die Theologen und Sozialethiker Prof. Dr. Karl Gabriel und Prof. Dr. Hans-Richard Reuter. „Die Kirchen wurden als gesellschaftliche Randerscheinung betrachtet. Diese Haltung ist unter Meinungsmachern nicht mehr zu finden. Sie sehen die Kirchen als wesentliche zivilgesellschaftliche Kraft in einer Situation des Umbruchs.“
Durch die Globalisierung, die wachsende Vielfalt der Religionen und einen radikalisierten Islam sei viel Verunsicherung entstanden, so die Wissenschaftler: „Aus Sicht der Journalisten können die Kirchen Orientierung geben, indem sie helfen, die eigene religiös-kulturelle Identität zu stärken“.
Religion und Gewalt
Die Autoren haben für die qualitative Studie anonymisierte Interviews mit 18 Chefredakteuren und Ressortleitern von überregionalen Printmedien sowie TV und Radio geführt. Sie befragten sie detailliert über den Nachrichtenwert von Religion, über Gründe für die Zunahme der Berichterstattung sowie über die eigenen religiösen und normativen Orientierungsmuster. Die Daten wurden 2007 erhoben, als die medial breit vermittelte Papstwahl noch stark im Bewusstsein war, und vor Beginn des Missbrauchsskandals in der Kirche. „An den gesellschaftlichen und religionspolitischen Umständen hat sich aber wenig geändert.“
Die befragten Journalisten sehen das Thema Religion auch im Zusammenhang mit religiös motivierter Gewalt und politischen Konflikten, wie die Befragung ergab. Daraus leiten sie einen hohen Nachrichtenwert für die Berichterstattung ab. Als Zäsur betrachten die Medienmacher die Attentate des 11. Septembers 2001. „Wenn Religion unter führenden Journalisten negativ bewertet wird, betrifft das also vornehmlich den Islam“, schreiben die Autoren.
Die Chefredakteure messen der Religion im Mediengeschehen keine Sonderstellung bei, wie aus den Interviews hervorgeht. Vielmehr folge die Berichterstattung üblichen journalistischen Auswahlkriterien wie Neuigkeit, Nähe, Konflikt und Tragweite. Letzteres Kriterium führt der Studie zufolge dazu, dass Medien vor allem über Religion als Massenphänomen in kirchlichen Kontexten berichten, „weil Millionen von Menschen den Kirchen angehören und kirchliche Feste ihren Jahreskreis strukturieren“. Der in den 1980er Jahren üblichen Berichterstattung über eine frei flottierende, nicht-institutionalisierte Religiosität, etwa über Esoterik, messen die befragten Journalisten kaum Bedeutung zu.
Die persönliche Religiosität der Befragten ähnelt den Mustern, die die Journalisten für die Berichterstattung formulieren: Die neue religiöse Vielfalt mit einem großen muslimischen Bevölkerungsanteil motiviert sie, die Wurzeln der eigenen Kultur im Christentum zu suchen und sich der eigenen kulturellen Identität zu vergewissern. „Diese sehen die Meinungsmacher in einer geglückten Verbindung aus Christentum, Humanismus und Aufklärung“, schreiben die Autoren. „Für eine solche Verbindung machen sie im Islam im Unterschied zum Christentum prinzipielle Hindernisse aus.“ (vvm) (Quelle: idw)
Heidelberg. Ist es normal, auf dem Toast das Gesicht einer Heiligen zu sehen oder Angst vor schwarzen Katzen zu haben? Unerklärlich ist es jedenfalls nicht, weiß Psychologe Richard Wiseman von der University of Hertfordshire (GB). Denn das menschliche Gehirn ist quasi darauf programmiert, in vielen Dingen mehr zu erkennen als nur die nüchterne Realität. Dieser Mechanismus war für das Überleben unserer Vorfahren einst wichtig, erklärt der ehemalige Zauberkünstler in der neuen Ausgabe des Magazins “Gehirn und Geist” (12/2012).
Jeder Vierte fürchtet sich vor der Zahl 13, an die Kraft eines vierblättrigen Kleeblatts glauben 42 Prozent aller Deutschen. Obwohl sich Wetterfühligkeit bei Arthritis, zukunftsweisende Träumen oder Telepathie bisher nicht wissenschaftlich nachweisen ließen, kommt der Glaube an das Paranormale nicht aus der Mode. Für uns ist es oft entscheidend, Zusammenhänge sofort zu erkennen: Wer nicht merkt, dass das seltsam schmeckende Essen die spätere Übelkeit verursachte, handelt sich beim nächsten Mal erneut eine Magenverstimmung ein. Unser Kausalitätssinn sucht aber auch dann einen Urheber, wenn wir es einfach mit Zufällen zu tun haben – und schon sind wir beim Übersinnlichen.
Auch das Erkennen von Gesichtern und Emotionen ist für ein erfolgreiches Sozialleben unverzichtbar. Wie weit das Denken deshalb Dinge vermenschlicht, zeigt der klassische Versuch des Psychologen Fritz Heider, der einen Film mit geometrischen Figuren schuf, denen seine Probanden Gefühle und Absichten zusprachen. Kein Wunder also, dass uns häufig selbst Rauchschwaden oder Schatten als Geisterwesen erscheinen.
Der Neuropsychologe Peter Brugger von der Universität Zürich war von der Echtheit übersinnlicher Phänomene lange Zeit selbst überzeugt. Als seine Probanden die Augenzahl eines Würfels per Telepathie erkennen sollen, beobachtete er per bildgebender Verfahren, was sich beim Aberglaube im Kopf abspielt: Vor allem die rechte Hirnhälfte lässt die Fantasie mancher Zeitgenossen übersprudeln, erklärt Brugger im Interview mit “Gehirn und Geist”. Dieser Kreativitätsüberschuss kann dabei durchaus auch von Vorteil sein. (Quelle: Gehirn und Geist, Dezember 2012)
“Wie spät ist es?” Für uns ist es selbstverständlich geworden, die Zeit im Alltag genau zu kennen. Aber kennen wir damit das Wesen der Zeit?
Die uns im Alltag geläufigen Zeitbegriffe sind mit wiederkehrenden kosmischen Vorgängen verknüpft: Die Drehung unserer Erde definiert den Tag, der Mondzyklus den Monat und die Umlaufbewegung der Erde um die Sonne das Jahr. Von Menschenhand erschaffene Messinstrumente erlauben es uns, diese Zeiträume in beliebig kleine Einheiten zu zerlegen – in Stunden, Minuten und Sekunden. Und mit Atomuhren können wir die Zeit sogar auf Milliardstel genau messen. Aber verstehen wir damit auch ihr Wesen?
Sicherlich nicht, denn es gibt eine Merkwürdigkeit: Die Zeit kennt nur eine Richtung, und sie verstreicht einfach – ob wir es wollen oder nicht.
“Zeit ist weit mehr als ein praktisches Werkzeug, und es ist eine äußerst spannende Herausforderung, ihr Wesen zu hinterfragen”, so der Astrophysiker Andreas Müller. In der November-Ausgabe der Zeitschrift Sterne und Weltraum beschreibt er die Zeit als ein vielfältiges Phänomen, das – sollten die modernen, noch spekulativen Ansätze korrekt sein – sogar verschwinden kann.
“Unser Verständnis dieses Begriffs müssen wir davon abhängig machen, auf welcher räumlichen Skala wir uns bewegen”, erklärt der Forscher. Im Mikrokosmos, der Welt der kleinsten Teilchen, müssen wir die Möglichkeit von Zeitquanten in Betracht ziehen. Blicken wir dagegen in die Weiten unseres Universums, dann konfrontiert uns die Erforschung von fernen Galaxien mit Einsteins kontinuierlicher Raumzeit.
Die Forscher des 19. Jahrhunderts lernten, das Vorwärtsschreiten der Zeit mit Hilfe der Thermodynamik zu verstehen und entdeckten dabei ihre enge Verwandtschaft mit der “Entropie”. Diese auch als “Schwester der Zeit” bezeichnete Größe beschreibt die Unordnung von Systemen im Universum.
Ein fundamentales Gesetz besagt, dass die Entropie in einem abgeschlossenen System nur gleich bleiben oder zunehmen kann. So wird eine Porzellantasse, die von einem Tisch zu Boden fällt, in viele Scherben zerspringen. Umgekehrt werden wir jedoch niemals beobachten, dass sich ein Haufen Scherben zu einer Tasse vereinigt. Die Abfolge der beiden Zustände “Tasse auf dem Tisch” und “Scherbenhaufen” ist also unumkehrbar.
Dass die Zeit nur eine Richtung kennt, lässt sich jedoch nicht nur mikrophysikalisch mit den Gesetzen der Thermodynamik begründen, sondern auch makrophysikalisch an der Entwicklung des sich beständig ausdehnenden Universums ablesen. Da diese kosmische Expansion direkt der zeitlichen Entwicklung folgt, lässt sie sich als Indikator für eine “kosmische Zeit” betrachten.
Hier deutet sich bereits an, dass es mehr als nur einen Zeitbegriff gibt. Galilei und Newton betrachteten die Zeit als absolut, sie sollte überall im Universum gleichermaßen ablaufen. Einstein erkannte jedoch, dass die Zeit relativ ist und dass sie untrennbar mit dem Raum verknüpft ist. Und die Quantenphysik eröffnete den Physikern eine neue Sicht auf den Zeitbegriff, dessen Erforschung bis heute nicht abgeschlossen ist. (Quelle: Sterne und Weltraum, November 2012; Foto: KDSedlacek)
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