Reise in die vierte Dimension

Harald Lesch widmet sich dem Phänomen der Zeit

In der ersten Folge der zweiteiligen Dokumentation setzt sich Harald Lesch mit unserem Lebenselixier auseinander: der Zeit. Er berichtet von irdischen und kosmischen Zeitmessern, vom Zeitbegriff der Physik, der sich durch Einsteins revolutionäre Theorien von Grund auf wandelte, und vom Streben, die Rhythmen der Natur zu verstehen. Eine faszinierende Reise in die vierte Dimension.

Mit der Entstehung des Kosmos kam die Zeit in die Welt. Seitdem prägt sie unser Leben wie kein anderes Phänomen. Der verlässliche Wechsel von Tag und Nacht beherrscht die gesamte Erde. Bereits die Kulturen des frühen Altertums waren bemüht, das Fortschreiten der Zeit und ihren Rhythmus in Kalendern zu fassen.

Frühe Astronomen

Sternbild Löwe mit daruntergelegter Zeichnung
"Erfindung" der Sternbilder Quelle: ZED

Die alten Babylonier erstellten einen Sonnenkalender, der ihnen half, wichtige Zeiten für Aussaat und Ernte festzulegen. Wie die Sonne wurde auch der Nachthimmel von steinernen Observatorien aus studiert. Die babylonischen Sterngucker teilten den Himmel in genau zwölf Sektoren. Jeden Sektor stellten sie unter das Zeichen eines Sternbildes - die Geburtsstunde der zwölf Tierkreiszeichen. Somit wurde die Zwölf zur magischen Zahl, und wir verdanken den Babyloniern das Rechnen im "Dutzend" und dass 60 Sekunden - und nicht etwa 100 - eine Minute ausmachen und 60 Minuten eine Stunde.

Doch die Astronomen Babylons stießen schon bald auf ein Problem beim Strukturieren der Zeit: Das Sonnenjahr mit 365 Tagen und das Mondjahr mit seinen zwölf Zyklen laufen nicht völlig synchron - das Sonnenjahr dauert länger als das Mondjahr. Die babylonischen Astronomen lösten das Problem dadurch, dass sie jeweils nach einigen Jahren einen Monat "einschalteten", um so der Zeit funktionierende Kalender aufzuzwingen. Heute haben wir zu diesem Zweck unterschiedlich lange Monate und alle vier Jahre einen "Schalttag".

Erfindungen und Entdeckungen

Jupiter mit Monden (Trick)
Jupiter mit Monden Quelle: Getty Images

Einen gewaltigen Fortschritt erfuhr die Vermessung der Zeit durch die immer präziseren Himmelsbeobachtungen der anbrechenden Neuzeit. Galileo Galilei eröffnete durch die astronomische Nutzung des Fernrohrs die Möglichkeit, kosmische Uhren jenseits von Sonne und Mond zu erschließen. So schienen die Umläufe der Jupitermonde strengen zeitlichen Gesetzen zu folgen. Die strikte Regelmäßigkeit, mit der die Monde von ihrem Mutterplaneten verdeckt werden, nutzte der Däne Ole Roemer im 17. Jahrhundert, um den Wert der Lichtgeschwindigkeit mit erstaunlicher Genauigkeit zu bestimmen.

Uhrwerk
Exakte Chronometer - die Herausforderung Quelle: ZDF

An einer präzisen Zeitmessung waren in besonderem Maße die Weltreisenden zur See interessiert. Bis etwa 1750 war es für Seeleute schwierig, zu ermitteln, wie weit östlich oder westlich von einem Bezugspunkt sie sich auf offenem Meer befanden. Astronomische Methoden wie die Abstandsbestimmung des Mondes und die Beobachtung bestimmter Konstellationen am Nachthimmel waren mühsam und kompliziert und vor allem bei stürmischer See nicht durchführbar. Die Entwicklung eines modernen Chronometers würde die Navigation auf den Ozeanen revolutionieren und auf verblüffende Weise vereinfachen. Doch eine solche Uhr musste erst einmal gebaut werden.

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Kosmische und natürliche Uhren

Schnecke auf Autobahnbrücke
Anderes Lebenstempo, anderes Zeitgefühl Quelle: dpa

Im Grunde gleicht der ganze Kosmos einem Uhrwerk. Sonne, Mond und Sterne drehen sich um ihre Achsen, Planeten umrunden die Zentralgestirne, Kometen kommen und gehen. Aber es gibt im Universum noch bizarrere Erscheinungen: Neutronensterne oder Pulsare. Sie rotieren rasend schnell und senden Radiosignale von geradezu mathematischer Präzision aus. Ihre Entdeckung vor rund vierzig Jahren ist ein aufregendes Stück Wissenschaftsgeschichte.

Wie die Gestirne unterliegt die belebte Natur der Erde dem Kreislauf von Werden und Vergehen. Darüber hinaus scheint die Lebenszeit der Arten ihrerseits getaktet. Die Chronobiologie kennt völlig verschiedene Rhythmen, die in unserem Gehirn entstehen und unsere Laune und Leistungsfähigkeit beeinflussen. In der Natur zeigt sich aber auch, dass unser menschliches Zeitgefühl keineswegs universell ist. Manche Tiere leben nach unseren Maßstäben in Zeitlupe - oder im Zeitraffer.

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Einsteins Universum

Auch Albert Einstein hat vor hundert Jahren "an der Uhr gedreht". Die Zeit, wie die Physiker sie verstehen, ist seither nicht mehr dieselbe. Sie ist nicht mehr absolut und überall im Universum gleich, sondern "relativ", das heißt abhängig vom Bezugssystem. Denn sie muss sich der Lichtgeschwindkeit als dem unveränderlichen Maß aller Dinge beugen. Die Konsequenzen, die sich daraus ergeben, sind verblüffend und bewegen sich oft an der Grenze der menschlichen Vorstellungskraft.

Einsteins Relativitätstheorie verschob auch bei einem anderen Thema die Grenzen des Denkbaren: Zeitreisen. Sie inspirieren seit jeher die Fantasie von Science-Fiction-Autoren, aber sicher ist: Vergangene Zeit ist unwiederbringlich vorbei, der Zeitpfeil verläuft nur in eine Richtung. Doch der Mensch hat in der Geschichte bereits "Zeitmaschinen" entwickelt: automobile Fortbewegungsmittel, die uns immer schneller von einem Ort zum anderen bringen und damit Zeit sparen. Im Universum soll es noch viel gigantischere "Zeitspar-Maschinen" geben: schwarze Löcher, die sich zu einem sogenannten Wurmloch verbinden und eine intergalaktische Abkürzung schaffen. Eine verrückte Welt - jenseits all unserer Erfahrungen.

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