Relative Zeit

Der relativistische Dopplereffekt zeigt, dass die Schwingungen einer bewegten Lichtquelle langsamer gemessen werden als die einer identischen ruhenden Lichtquelle. Dieser Effekt ist universell. Egal auf welche Weise eine regelmässige Folge von Signalen erzeugt wird, die Frequenz der erzeugten Signale unterliegt dem selben Dopplereffekt. In einem bewegten System laufen alle physikalischen Prozesse langsamer ab. Diese Konsequenz der speziellen Relativitätstheorie wird als Zeitdilatation bezeichnet, denn wenn alle Prozesse gleichmässig langsamer ablaufen, dann kann das als eine Verlangsammung der Zeit aufgefasst werden.

Nun würde es dem Relativitätsprinzip der Bewegung widersprechen, wenn man über die Zeitdilatation ein ruhendes System vor bewegten Systemen auszeicnen könnte. Das ist tatsächlich nicht möglich. Der relativistische Dopplereffekt ist ja gerade symmetrisch und unterscheidet nicht zwischen ruhender Quelle und ruhendem Empfänger. Die Zeitdilatation ist also auch symmetrisch: Wenn sich ein schnelles Raumschiff von der Erde entfernt, dann stellt ein Beobachter auf der Erde fest, dass sich die Uhren im Raumschiff langsamer drehen, die Raumschiffbesatzung stellt dagegen fest, dass sich die Erde in 24 Bordstunden weniger als einmal um ihre Achse dreht.

Eine gegenseitige Verlangsamung der Zeit scheint zunächst eine widersprüchliche Annahme zu sein. Das hat man schon früh versucht mit einem Gedankenexperiment zu veranschaulichen: Wenn ein Zwilling in einem Raumschiff die Erde verlässt und nach sehr schneller Reise wiederkommt, dann muss eindeutig sein, welcher der Zwillinge nun jünger ist. Dieses Zwillingsparadoxon ist längst gelöst: Der Reisende Zwilling ist jünger. Dennoch ist die Zeitdilatation sowohl bei der Hinreise als auch bei der Rückreise symmetrisch. Jeder Zwilling sieht den anderen langsamer altern. Beim Umkehrprozess geschieht aber etwas dramatisches: Der umkehrende Zwilling ändert seine Sicht auf die Welt, so dass er seinen Bruder nun deutlich älter wahrnimmt als vorher. Wieviel älter hängt dabei nicht von der Beschleunigung ab, sondern von der Entfernung der Zwillinge und den Reisegeschwindigkeiten.

Ich habe bereits erklärt, dass absolute Gleichzeitigkeit bei Existenz einer Grenzgeschwindidigkeit nicht so große Bedeutung hat, wie in der nichtrelativistischen Physik. In der Relativistik ersetzt die Raumartigkeit die Gleichzeitigkeit. Hierin liegt die Lösung des Zwillingsparadoxons. Die Wahrnehmung von Gleichzeitigkeit hängt vom Bewegungszustand ab, Raumartigkeit ist dagegen bewegungsunabhängig. Auf der nächsten Seite möchte ich nun erläutern, wie Uhren synchronisiert werden können und damit relative Gleichzeitigkeit definiert wird.

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