relative Gleichzeitigkeit

Die Existenz einer maximalen Geschwindigkeit hat direkten Einfluss auf den Begriff der Gleichzeitigkeit. Wir sind es gewohnt Ereignisse nach dem Prinzip von Ursache und Wirkung zeitlich einzuteilen. Ereignisse, die zeitlich vor einem bestimmten Moment eintreten, können diesen Moment beeinflussen, sie liegen in der Vergangenheit. Ereignisse, die nach einem Moment eintreten, können von diesem Moment beeinflusst werden, sie liegen in der Zukunft. Ereignisse, die zur gleichen Zeit an verschiedenen Orten stattfinden, können einander dagegen nicht beeinflussen, das eine Ereignis kann weder Ursache noch Wirkung des anderen sein. Solche Ereignisse sind gleichzeitig.

Für zwei Ereignisse A und B stimmt in der klassischen Physik genau eine der drei folgenden Aussagen:

1. Ereignis A geschieht zeitlich vor Ereignis B und kann damit Ursache von B sein.
2. Ereignis A geschieht zeitlich nach Ereignis B und kann damit Wirkung von B sein.
3. Ereignis A geschieht gleichzeitig mit Ereignis B und kann weder Ursache noch Wirkung von B sein.

In Einsteins spezieller Relativitätstheorie ist der Begriff der Gleichzeitigkeit komplizierter. Der Grund dafür liegt in der Maximalgeschwindigkeit mit der Wirkungen eintreten können. Zwei Ereignisse können einander selbst dann nicht beeinflussen, wenn sie zwar nicht zur gleichen Zeit geschehen, aber räumlich so weit voneinander entfernt liegen, dass Licht, das am früheren Ereignis entsteht, das spätere Ereignis nicht mehr erreichen kann. Bei solchen räumlich getrennten Ereignissen spricht man von einem raumartigen Abstand. Ereignisse, die einander beeinflussen können, haben dagegen einen zeitartigen Abstand. Ereignisse mit raumartigem Abstand haben eine wichtige Eigenschaft, die in der klassischen Physik nur gleichzeitige Ereignisse haben: Sie können voneinander weder Ursache noch Wirkung sein.

Für zwei Ereignisse A und B stimmt in der Relativitätstheorie genau eine der drei folgenden Aussagen:

1. Ereignis A liegt zeitartig vor Ereignis B und kann damit Ursache von B sein.
2. Ereignis A liegt zeitartig nach Ereignis B und kann damit Wirkung von B sein.
3. Ereignis A ist raumartig von Ereignis B getrennt und kann weder Ursache noch Wirkung von B sein.

Offensichtlich ist die Relativitätstheorie also logisch ganz ähnlich aufgebaut wie die klassische Physik, nur dass die Raumartigkeit die Bedeutung der klassischen, absoluten Gleichzeitigkeit einnimmt.

Die Begriffe raumartig und zeitartig sind in der Relativitätstheorie absolut. Die klassische Gleichzeitigkeit ändert sich dagegen für zueinander bewegte Beobachter, denn die Lorentztransformation betrifft auch die Zeitkoordinaten. Bevor ich auf die Rolle der relativen Zeit zu sprechen komme, möchte ich zunächst eine messbare Konsequenz der Relativitätstheorie, den relativistischen Dopplereffekt erläutern.

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