Kirche und Zeit und die Relativitätstheorie

Wenn wir heute auf die Uhr einer Kirche schauen, ist das eigentlich nichts besonderes, außer dass wir dann wissen wie spät es ist. Über Jahrhunderte war das aber ein Privileg der Kirche, die Zeit zu bestimmen. In einer Erzählung von Stefan Andres wird erzählt, wie ein fremder Mann in ein italienisches Fischerdorf kommt und sich gleich über die falsch laufende Turmuhr der Kirche aufregt. Den Einwohnern ist das einerlei, ob die Uhr nun zwei oder drei Minuten falsch geht, der Tagesablauf bleibt doch immer der Gleiche. Der Pfarrer wird es schon wissen, und was schert es Gott, der hat doch andere Probleme. In dieser Erzählung wird die Zeit von dem Fremden zu einem der wichtigsten Errungenschaften der Kultur hochstilisiert, potenziert in seinem hochmodernen Chronometer. Aber was bedeutet uns die Zeit?

Es ist schon etwas Merkwürdiges mit der Zeit. Sie scheint uns durch die Finger zu gleiten wie Spielgummi Marke Glibber. Sie entzieht sich jeder verständlichen Erklärung. Zunächst mal ist sie etwas Fließendes. Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft können wir in etwa definieren, aber den Fluss der Zeit zu steuern gelingt uns (heute) nicht. Verfolgen wir also einfach mal den Zeitbegriff im Laufe der Geschichte.

Heraklit benutzte die Formel „panta rhei“ (das ist griechisch und bedeutet „alles fließt“) und umschreibt die Tatsache, dass sich alles, egal wie kurz die Zeit auch ist, einem ständigen Wandel unterworfen ist. Platon zitiert diesen Satz so: „panta chorei kai ouden menei“ = „alles bewegt sich fort und nichts bleibt“. Die Philosophen hat diese Idee bis heute in den Bann gehalten.

Dieses Fließende gilt offensichtlich auch für die Zeit. Deshalb wurde schon immer versucht dieses in den Griff zu bekommen. Für die Menschen bedeutete die Zeit eine wichtige Größe, da sie den jahreszeitlichen Wechsel des Klimas bedeutete. Durch die Schieflage der Erde bezogen auf die Umlaufbahn um die Sonne gibt es die Jahreszeiten mit Frühling, Sommer, Herbst und Winter. Zu den bestimmten Jahreszeiten war es Zeit, die Früchte des Feldes in bestimmter Art und Weise zu bewirtschaften. Durch Beobachtung der Sonne wurde der Zeitpunkt für die Aussaat bestimmt. Die Umlaufbahn der Erde hat die Länge des Jahres definiert und die Eigenrotation die des Tages. Allerdings war das Weltbild eher als geozentrisch angesehen.

Unser wichtigstes Instrument für die Bestimmung der Zeit ist der Kalender und die Uhr. Der Kalender ist eine Liste von Tagen, die weltweit von der solarlunaren Astronomie festgelegt sind (gregorianischer Kalender). Die Uhr ist lediglich ein Instrument zur Unterteilung der Zeit in Stunden Minuten und Sekunden. Physikalisch ist die Sekunde international durch eine Spektrallinie mit einer bestimmten Frequenz festgelegt. Das war im Laufe der Geschichte nicht immer so, was an dem jeweilig geltenden Weltbild lag.

Im Altertum wurde die Erde als Scheibe betrachtet um die die Planeten kreisten. Diese Theorie hatten schon die Babylonier. Der erste bekannte Ansatz zur Erdform stammt von Thales von Milet (-625 bis  -547). Der ging allerdings auch von einer Scheibe in einem Meer aus. Naturphilosophisch postulierten Pythagoras (von -580 bis -495) und Platon (von -428 bis -348) die Erde als Kugel. Astronomisch bewiesen hat das Aristoteles  (von -384 bis -322) durch die Mondfinsternisse. Er erkannte, dass die Erde einen Schatten auf den Mond warf, und der war rund. Da alle Körper in Richtung der Erdmitte fielen, postulierte Aristoteles ein geozentrisches Weltbild. Damit waren auch die periodischen Vorgänge am Himmel in Grundsätzen klar. Allein das Sehen ist leider kein Beweis. Den lieferte erst 150 Jahre später der Gelehrte Eratosthenes, der eher durch sein Sieb (für die Ermittlung der Primzahlen) bekannt wurde. Der kannte einen Brunnen in Assuan, der an einem bestimmten Tag senkrecht von der Sonne beschienen wurde. An diesem Tag wurde gleichzeitig in Alexandria der Schattenwurf eines Turmes (die Aussagen gehen etwas auseinander)betrachtet. Der war eindeutig vorhanden, die Erde konnte keine Scheibe sein. Aus dem Winkel des Schattens zum Turm und der Entfernung zum Brunnen konnte man den Umfang der Erde mit 40000 Km erstaunlich genau bestimmen. Damit kannte man auch den Radius und weitere Parameter der Erde.

Urzeitlichen Menschen war die geometrisch bedingte Periodizität nicht bekannt, aber sie fanden Mittel und Wege, die Jahreszeiten mittels primitiver Sonnenuhren zu bestimmen. Zur Zeit der Sommer- sowie Wintersonnenwende, wenn die Sonne am höchsten (niedrigsten) steht, wurde durch eine Lochblende einmal im Jahr ein bestimmter Punkt beleuchtet (dramaturgisch in manchem Abenteuerfilm gern benutzt). Bei Höxter in Nordrhein-Westfalen stehen die Externsteine, dort ist eine solche Sonnenuhr realisiert. Stonehenge in Großbritannien ist auch solch eine „Sonnenuhr“ und hatte seit neuester Erkenntnis eine zentrale Bedeutung für die Kelten.

Damit konnte auch die Anzahl der Tage zwischen diesen Ereignissen gezählt werden. Von den Majas im guatemaltekischem Urwald ist bekannt, das sie die Länge des Jahres mit mehreren Stellen hinter dem Komma genau bestimmen konnten (und das 20 Jahrhunderte vor Christus! Sie hatten den wahrscheinlich genauesten Kalender aller bekannten Kulturen, wahrscheinlich wegen der langen Perioden von einigen 1000 Jahren) Die Tage ergeben sich ja durch die Eigenrotation der Erde um sich selbst und diese erfolgt nicht mit einer ganzen Zahl von Tagen pro Jahr sondern mit 365,2422 Tagen (tropisches Jahr).

Unsere Zeiteinteilung ist mit Sicherheit in den Anfängen des Homo Sapiens schon entwickelt worden, wenn auch nicht so genau. Die Assyrer (sie lebten vor ca. 4000 Jahren auf dem Gebiet des heutigen Irak) pflegten in ihrer Mathematik ein Sexagesimalsystem, ein Zahlensystem mit 60 unterschiedlichen Zahlen pro Stelle, (statt 10 wie bei uns). Deren Vorfahren, die Sumerer, hatten wahrscheinlich dieses System entwickelt (Noah, der Kapitän der Arche, war ein „König“ der Sumerer, wie wir heute aus archäologischen Quellen definitiv wissen) Ein Sumerer musste somit ein Einmaleins mit 60 Zeilen in 60 Päckchen lernen. Was haben wir es schön mit unserem Dezimalsystem.

Dieses System taucht auch heute noch in vielen Begriffen auf, z.B.: das Schock, eine Menge von 60 Stücken. Wir finden es auch in unserer Winkeleinteilung, ein Kreis ist gleich 360 Grad = 6 *60 Grad. Die Assyrer arbeiteten schon damit. Es sind Keilschrifttafeln mit dem Pythagorassätzen gefunden worden (in der Universal-Bibliothek des Assurbanipal in Ninive), die den Assyrern schon geläufig waren, bevor Pythagoras überhaupt den ersten Schrei in dieser Welt getan hatte. Die teilweise gehassten Sätze müssten also einen ganz andern Namen haben.

Unsere Einteilung des Tages in zweimal 12 Stunden stammt auch aus dieser Zeit. 360 (ein voller Kreisumfang in Grad) lässt sich leicht durch 12 teilen (Man rechnete gerne mit ganzen Zahlen). Warum diese Einteilung gewählt wurde wissen wir nicht, es ist wohl im mathematisch Mystischen zu suchen und zu finden, da gewisse Zahlen schon immer mit mystischen Bedeutungen belegt waren. Die Zahl sieben steht für eine ganze Menge solche Beziehungen: sieben fette und magere Jahre, sieben Zwerge, die sieben Schwaben und eben sieben Tage der Woche. Die Arbeitszeit Gottes an unserer Welt ist dabei lediglich symbolisch zu werten nicht aber die Tatsache der Arbeit. Die Tageseinteilung ist eher astrologisch entwickelt worden, also im astronomisch mystischen Bereich.

Ein Erklärungsversuch: Die Babylonier(=Assyrer) kannten durchaus die Planeten des Sonnensystems bis zum Saturn, wenn auch in einem geozentrischen Weltbild, also mit der Erde als Zentrum, und sie kannten nicht alle, zählten (ersatzweise) Sonne und Mond dazu. Aber sie kannten schon die Umlaufzeiten der Planeten um die Erde (abgerundet):

Saturn mit 30 Jahren
Jupiter mit 12 Jahren
Mars mit 2 Jahren
Sonne mit 1 Jahr
Venus mit 8 Monaten
Merkur mit 3 Monaten
Mond mit 1 Monat

Diese Reihenfolge finden wir heute noch in astrologischen Werken, wo sie bedeutungsvoll noch in ernsthafter Benutzung sind. Die Anzahl der Planeten in diesem System ist sieben und die Planeten wurden exakt mit den Wochentagen verbunden, wenn auch in anderen Sprachen:

Saturn Samstag (Saturday)
Jupiter Donnerstag (Jeudi)
Mars Dienstag (Mardi)
Sonne Sonntag
Venus Freitag (Vendrei)
Merkur Mittwoch (Mercredi)
Mond Montag

Wenn man die Umlaufzeitentabelle mehrmals hintereinander schreibt und mit dem Saturn beginnend jeden dritten Planeten aufschreibt, erhält man genau die Abfolge der Wochentage. Sieben Planeten gleich sieben Wochentage plus einem Schuss Mystischem, schon hat man eine Woche zusammen.

Der Monat ist einfacher zu erklären. Der Mond durchläuft mit seine Phasen 27,3 Tage (Synodischer Monat) also ca. 28 Tage. Wunderbar, ist durch 7 teilbar, passt, wackelt und hat Luft, jedenfalls als Monat und wenn man nicht alles so ernst nimmt. Nebenbei bemerkt, obwohl wir ja heute eher ein heliozentrisches Weltbild haben, sind viele Kalenderereignisse immer noch durch den Mond geprägt, z.B.: die beweglichen Feiertage, oder der orthodoxe Kalender (der nicht unserem Kalender folgt, sondern dem alten römischen julianischen), oder der islamische Kalender. Deswegen werden diese Kalender solarlunar bezeichnet.

Schwieriger wird es mit dem Jahr. 364 ist durch sieben teilbar, dann erst 371. Nun mythologisch hat man wohl mit 364 Tagen pro Jahr einer – zugegeben schlechten – Näherung angefangen. Innerhalb von 30 Jahren rückt damit der tatsächliche Frühlingsanfang um einen Monat später. Das ist innerhalb einer Generation schmerzlich spürbar. Der Not gehorchend wurden so etwas wie Schalttage eingeführt. Deshalb war die jährliche Bestimmung der Sonnenwende so wichtig, dass sie garantiert religiöse oder weltanschauliche Bedeutung erlangte (bis in die Zeit des duzendjährigen Reiches).

Unser Kalender wurde ursprünglich durch Gajus Julius Caesar in Jahre 46 v. Chr. (weltweit im Rahmen des römischen Reiches) historisch erstmals renoviert. Im Verlaufe der römischen Geschichte (beginnend etwas 750 v. Chr.) war der römische Kalender total durcheinander geraten, wahrscheinlich wegen der Inkommensurabilität der Wochentage und Monate.

Einschub:

Pythagoras (*570 v.Chr.) lehrte: „Alles ist Zahl“ und meinte damit, dass alles durch ganze Zahlen darstellbar wäre. Brüche wurden nicht ausgerechnet sondern als solche dargestellt, somit mit ganzen Zahlen. Außerdem forderte der „Meister“, das alles ein Ganzes oder ein Teil des Ganzen sei, und die Anzahl der Teile ganzzahlig im Ganzen enthalten sei (es sollte also immer ein kleinstes gemeinsames Vielfaches geben). In der Konsequenz führt dies auf harmonische Verhältnisse, die nur mit ganzen Zahlen arbeiten. Dezimalstellen hinter dem Komma waren den Pythagoräern somit nicht bekannt, und wenn sie diese gekannt hätten, wie wir sehen werden, waren sie wohl verpönt. Die Pythagoräer lebten also mit den rationalen Zahlen. Dies Aufgehen von Teilen im Ganzen ohne Rest nennt man Kommensurabilität („vollkommene Abmessbarkeit“, das Gegenteil der Inkommensurabilität).

Hippasos von Metapontion (450 v. chr.), auch ein Pythagoräer, entdeckte ausgerechnet im Geheimzeichen des Pythagoräerbundes dem Pentagramm (Fünfeck), dass die Seite zur Diagonale kein gemeinsames Maß hatte und konnte das beweisen. Er tat dies, welch Sakrileg, in aller Öffentlichkeit (heute hätte er die Bild-Zeitung benutzt), weil ihm seine Bundesbrüder nicht glauben wollten. Die Entdeckung der Inkommensurabilität brachte ihm die Exkommunikation des Bundes ein und die Fama sagt: er soll auf einer Schifffahrt untergegangen sein, will heißen: Poseidon persönlich hat ihn in seiner unendlichen Güte schrecklich ersaufen lassen. Heute nennen wir die daraus entstehenden Zahlen irrational =“ nicht durch Brüche darstellbar“. Die rationale und Irrationalen Zahlen zusammen bilden die reellen Zahlen. Der relle Zahlenstrahl wird damit voll gefüllt.

Die Pythagoräer teilten sich wegen der Vorgänge in die Akusmatiker („Er hat es gesagt“) und die Mathematiker(Jünger der Erkenntnis), die es auch heute noch geben soll.

Einschub Ende

Die großen Lehrer der Römer waren die Etrusker und deren Zeitrechnung war wohl gängig und orthodox (364 Tage im Jahr plus Schalttage). Folglich wurden die wissenschaftlichen Erkenntnisse der damaligen Zeit zur Kalenderreform genutzt (Römer frönten im wesentlichen dem Kriegshandwerk und haben geschichtlich wenig zur Wissenschaft beigetragen, selbst römische Abhandlungen zur Wissenschaft sind weitestgehend Plagiate und vor Fehlern strotzende Werke, die trotzdem bis in die Neuzeit als der Weisheit letzter Schluss galten). Da die römischen Gelehrten von den Griechen beeinflusst waren oder gleich schon griechische Wissenschaftler(-Sklaven) waren, wurden deren Erkenntnisse genutzt.

Der Julianische Kalender (Kraft seiner Pulpe natürlich nach Caesar benannt – Wassersuppe gab es nicht, aber den Getreidebrei diesen Namens) legte das Jahr zu 365,25 Tage fest (also etwas zu lang). Zur Berücksichtigung der Tatsache, dass dies kein ganze Zahl von Tagen ist, gab es nach drei Jahren mit 365 Tagen ein Schaltjahr mit 366 Tagen. Dies war nicht Julius Erkenntnis, sondern war die Erkenntnis der ägyptischen Gelehrten. Deren Werke muss er zwischen den Mußestunden mit Kleopatra in Alexandria kennen gelernt haben. Mit diesen Ãœberlegungen war die Mathematik erfüllt und damit war endlich Ruhe – bis 1582, wo die lasche, (un)bürokratische Handhabung der reinen Mathematik Caesars auffiel (dividieren musste er wohl gekonnt haben: „Gallia divisa in partes tres“ = „Gallien wird in drei Teile geteilt“ Anfang von „De bello Gallico“ – seine Tagebücher „Ãœber den gallischen Krieg“ – summieren auch, da er die römischen Teile Gallien „cisalpina“ = Po-Ebene und „transalpina“ = Gallien (Frankreich und Schweiz) und den Rest kurzerhand durch Eroberung vereinigte und somit viel Ruhm erntete). Ansonsten reichten grobe Zeitmuster über Sonnenuhren, wenn die Sonne denn schien, oder Sanduhren. Doch es wurde immer wichtiger auch die Stunden zu unterteilen. Dies wurde seit Babylon in 60er Schritten erledigt mit den horas prima minuta („der Stunden erste Verkleinerung“), woraus die Minuten wurden, sowie die horas secunda minuta („der Stunden zweite Verkleinerung“), woraus, heiliger Semantikus, folgerichtig die Sekunden wurden.

Mit dem Aufkommen des Christentums nach dem Untergang Roms übernahm die Kirche die Macht über den Kalender. Deren Weltbild war das geozentrische, teilweise durch falsche Bibelzitate begründet und das vehement.

Ein wichtiges Ereignis in der Entwickelung des Kalenders war das Konzil von Nicäa (heute Iznik in der Türkei) 325 n. Chr. Es war eigentlich nicht unbedingt ein kirchliches Ereignis, da sich Kaiser Konstantin politisch sehr einmischte. Neben einigen wichtigen Themen zu Glaubensfragen (Festlegung des Textes des Glaubensbekenntnisses) und einigen (heute wohl eher) unwichtigen Themen (Schon ziemlich sexuell: Darf ein Eunuch Priester werden? Antwort: Ja, wenn er die dazu notwendige Kastration nicht selbst durchführte!) wurde auf dem ersten Konzil von Nicäa – allerdings ganz nebenbei – bestimmt, dass Ostern einen für die ganze Kirche festgelegten beweglichen Termin bekam (erster Sonntag nach dem ersten Frühlingsvollmond). Das weicht von dem jüdischen Kalender und der Bestimmung des Paschafestes (was bis dahin benutzt wurde) merklich ab. Der Termin sollte vom Papst errechnet und allgemein verbindlich bestätigt werden. Der hatte natürlich seine Hofastromomen für diesen Job. In jedem Missale der Kirche gibt es Tabellen für die Ermittlung der beweglichen Feste (Computus). Erst um 1800 gelang es Carl Friedrich Gauß eine allgemein gültige Formel für das Osterdatum zu finden (sowohl für den julianischen wie auch christlichen Kalender), die aber seitens der Kirche abgelehnt wurde. Es konnte ja nicht angehen, dass ein deutscher Mathematiker den Papst überflügelte.

Somit konnten bis zum Mittelalter die ersten (Pendel)Uhren recht ganggenau die tägliche Zeit ankündigen. 1582 kam dann die nächste Kalenderreform. Nota bene: Man lasse sich den Zeitpunkt 1582 bitte auf der Zunge zergehen. Claudius Ptolemäus (85-165 n. Chr.) hat für 1400 Jahre die Erde ins Zentrum des Himmels gelegt (geozentrisches Weltsystem), was von der Kirchenlehre gerne übernommen wurde, auch wenn es wissenschaftlich schwer zu bewältigen war, Stichwort: Epizykloiden. Diese wurden durch eine Theorie im geozentrischen Weltbild notwendig und erklärbar. Im heliozentrischen Weltbild nach Kepler unter Berücksichtigung der elliptischen Planetenbahnen wurde diese Theorie obsolet, ein schönes Beispiel für die Wissenschaftstheorie: Keep it simple!

Mit dem Tode des polnischen Wissenschaftlers Nikolaus Kopernikus (1473-1543) erschien sein Werk „De revolutionibus orbium coelestium“ = „Ãœber die Umdrehungen der Himmelskörper“, welches er auf dem Totenbett unterzeichnet hatte; nach dem Stand des damaligen Kirchenrechtes drohte einer solchen Veröffentlichung des Autors der Tod desselben auf dem Scheiterhaufen. Galileo Galilei (1546 – 1641) arbeitete mit einem Fernrohr. Damit konnte er genauere Daten über die Planeten gewinnen, die ihn überzeugten, dass die Sonne der Mittelpunkt unseres Planetensystems war. Das heliozentrisches Weltsystem wurde von der Kirche abgelehnt und Galilei unter Hausarrest gestellt und seine Bücher landeten auf dem Index. Johannes Kepler (1571-1630), der die Gedanken Kopernikus durch Messungen bewies, erlebte mit 11 Jahren die Kalenderreform, wodurch er um 10 Tage wie alle seine Zeitgenossen „betrogen“ wurde. Kepler formulierte  letztlich seine drei Gesetze, die bis heute ihre Gültigkeit behielten und bewies damit das heliozentrische Planetensystem. Aus der Kreisbewegung der Planeten wurde eine ellipsenförmige Bewegung. In einem der Ellipsenmittelpunkte stand die Sonne. Dies war die einfachste Theorie, die alle Schwierigkeiten des ptolemäischen Weltbildes zu einem Nichts auflöste. Andererseits musste Kepler sich jahrelang darum bemühen, dass seine Mutter nicht als Hexe auf dem Scheiterhaufen endete. Bei dem Prozess übernahm er die Verteidigung und konnte wegen seiner Schulung in der Logik wegen der Widersprüchlichkeit der Argumente alle Anschuldigungen in der Luft zerreißen. Auch hier gilt: „panta rhei“ oder in lateinischen (etwas hingebogenen) Hexametern: „tempora mutantur et nos mutamur in illis“ (Die Zeiten ändern sich, und wir ändern uns mit ihnen). 1687 veröffentlichte Sir Isaak Newton seine Erkenntnisse zur Gravitation. Sie bestätigten Kepler in einer mathematisch exakten Form. Das heliozentrische Weltbild war damit vollständig bewiesen. 1757 gab die katholische Kirche ihren Widerstand auf und stütze damit die realen Erkenntnisse. Galilei wurde erst 1992 von der Kirche rehabilitiert.

Fakt war, dass 1582 die Zeitmessung in der Hand der Kirche war. Durch Glockengeläut wurde das Tagesgeschehen der Menschen geprägt, wie auch das Jahresgeschehen durch die Tagesheiligen vorgeschrieben war (die Spargelernte schließt auch heute noch zum 24. Juni Johannes der Täufer, andere Beispiele sind zuhauf). Eine Kalenderreform war somit Sache der Kirche und somit des damals Papstes Gregor XIII. Er ließ sich natürlich (wie Caesar) von den wichtigen Astronomen beraten und legte den gregorianischen Kalender (Kraft seiner Wassersuppe und Gott sei Dank biblisch unbegründet) fest: Wegen des zu langen julianischen Kalenderjahres war der Frühlingsanfang zeitlich zu früh. also folgte auf den 4.10.1582 direkt der 15.10.1582, es entfielen also 10 Tage (siehe oben!). Alle vier Jahre ist ein Schaltjahr. Und jetzt kommt der Unterschied: alle Jahre, die durch 100 aber nicht durch 400 teilbar sind, sind keine Schaltjahre (das nächste davon ist 2100). Der Unterschied dieser Zeitrechnung zum tropischen Jahr wird erst in 3300 Jahren einen Tag betragen. Bis dahin konnte noch viel passieren….. Das geschah dann aber Anfang des 20. Jhd.

1905 kam dann das Erdbeben für die Zeit hervorgerufen durch Albert Einstein. In der Physik galt die Meinung der alten Griechen nach der sich in der Physik – platt ausgedrückt – alles aufaddieren lasse (Superpositionsprinzip). So zum Beispiel auch die Geschwindigkeiten. Mittlerweile hatte sich aber durchgesetzt, dass die Lichtgeschwindigkeit die höchste erreichbare Geschwindigkeit sei, weil es sonst innerhalb der Elektrodynamik zu unauflöslichen Widersprüchen kam. Maxwell war der Entdecker der elektromagnetischen Wellen und fand heraus, dass zwei physikalische Konstanten, die elektrische und magnetische Feldkontante (in Vakuum), zusammen die Lichtgeschwindigkeit definieren. Im Nichtvakuum wird die Lichtgeschwindigkeit kleiner. Die Mathematik hinter der Elektrodynamik ist die klassische Feldtheorie. Diese änderte die klassische Einteilung der Physik in die Einteilung nach wirkenden Kräften: Gravitation, Elektrodynamik, Starke und Schwache Kraft. Die letzten beiden sind für die inneratomaren Vorgänge wichtig.

Die Relativitätstheorie forderte eine Nichtkonstanz von Raum und Zeit in unterschiedlichen Systemen. Es musste die Lorenztransformation eingesetzt werden, damit die Mathematik wieder stimmte. Wenn man nach den alten Griechen somit ein Gefährt mit Lichtgeschwindigkeit auf einer Straße fahren lässt, die sich selbst in gleicher Richtung mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegt, so bewegt sich das Gefährt insgesamt mit doppelter Lichtgeschwindigkeit. Wenn nun die Lichtgeschwindigkeit die größte erreichbare ist, dann gibt es einen Widerspruch – ein Paradoxon! Denn wenn ich auf einem Schiff, welches mit 30 Km/h sich fortbewegt in gleicher Richtung mit 2Km/h bewege, macht das doch 32 Km/h oder nicht. Nein sagt Albert Einstein, es ist etwas weniger als 32 Km/h, was an der Relativität der betrachteten sich gegenseitig bewegenden Systeme liegt. Die Relativitätstheorie war geboren, das genau war das Erdbeben.

Einsteins gute Tat damals war in Wirklichkeit eine Heidenarbeit. Inwieweit dadurch seine eigentliche Arbeit am schweizerischen Patentamt (als Spezialist 3. Ordnung!) gelitten hat, wissen wir nicht. Die mentale Unterforderung ließ ihm aber wohl viel Muße für seine physikalischen Überlegungen. Er musste alle physikalischen Gesetzmäßigkeiten auf ihre Richtigkeit unter dem Aspekt der Lichtgeschwindigkeit prüfen und gegebenenfalls korrigieren. Für die Geschwindigkeiten galt die Addition, aber mit einem Korrekturfaktor also:

Der Nenner des unteren Bruchs ist bei kleinen Geschwindigkeiten fast 1, da c zum Quadrat sehr groß ist, und fällt somit kaum ins Gewicht (und konnte auch nicht gemessen werden oder fiel unter die Rubrik Mess-Ungenauigkeit oder einfach: war die Anschauung der alten Griechen). Wenn die beiden Geschwindigkeiten Lichtgeschwindigkeit erreichen, bleibt als (korrigierte) Summe nur die Lichtgeschwindigkeit, da der Nenner dann zu 2 wird.

Weitere Überlegungen ergaben dann etwas noch Merkwürdigeres. Eine bewegte Masse (mit der Ruhemasse m0) vergrößert sich ins beliebig Große bei Lichtgeschwindigkeit nahe c (der Nenner wird nahezu 0, Achtung durch 0 darf natürlich nicht dividiert werden! ):

Da für Massen, die beschleunigt werden sollen gilt:

K = m * b

die aufzuwendende Kraft K bei einer Beschleunigung b einer Masse M ist dem Produkt der letzteren proportional. Da die bewegte Masse bei Lichtgeschwindigkeit beliebig groß wird, muss auch die aufzubringende Kraft beliebig groß werden. Das verhindert somit überhaupt die Lichtgeschwindigkeit durch von außen wirkende Kräfte zu überschreiten, eine Bestätigung der Theorie. Der Faktor zur Veränderung der Masse ist der Lorenzfaktor:

Dieser hat allgemeinere Funktionen bei den Veränderungen in der Nähe der Lichtgeschwindigkeit. Für die Zeit gilt:

Die Zeitdifferenz in einem bewegten System ist länger als in einem unbewegten (Zeitdilatation). Letzteres hat man mittlerweile bestätigt. Bei einer Mondmission wurden auf der Erde zum Beginn zwei Atomuhren synchronisiert, eine flog das Unternehmen mit. Nach dem Raumfahrtunternehmen wurden die Atomuhren verglichen. Wegen der hohen Genauigkeit der Uhren wurde die vorausberechnete Differenz der Uhren erreicht. Es ist somit durchaus vorstellbar, dass eine Weltraummission von einem Jahr bei 0,05 Promille der Lichtgeschwindigkeit folgenden Effekt hätte: Nach einem Jahr kommen die Raumfahrer für sich um ein Jahr gealtert zur Erde zurück, finden dort aber sich 100 Jahre nach Start der Mission wieder und können dort nur ihre Enkel oder Urenkel im gestandenen Erwachsenenalter begrüßen, eine Vorstellung, die uns zunächst mal nicht glaubhaft erscheint, aber so ist es. Kann man die Zeit also doch steuern?

Die Längen erfahren bei Lichtgeschwindigkeit eine Verkürzung um den Lorenzfaktor:

Die Massenveränderung führt uns auf eine sehr bekannte Gleichung. Dazu wird die Formel für Gamma zunächst linearisiert, d.h. Gamma wird in eine Taylorreihe entwickelt, deren Einzeltherme bis auf die ersten zwei fallen gelassen werden. Die Taylorentwickelung ist:

Mit Substitution x=v²/c²:

Daraus ergibt sich:

Für die Massenveränderung auf Grund der Bewegung

Vor dem Gleichheitszeichen steht eine Energie, ebenso nach demselben, wobei der letzte Term einen Energiebeitrag durch einen Impuls darstellt, also durch eine Bewegung. Der vorletzte Term ist lediglich von der Ruhemasse abhängig, was direkt zu Einsteins bekanntester Formel führt:

Das stellt den Energiegehalt der Ruhemasse dar, welches durch das Quadrat der Lichtgeschwindigkeit eine immense Größe ist. Wenn man eine genaue Formel für die Gesamtenergie haben will, geht man von dieser Formel aus wobei man die Massenzunahme durch Gamma berücksichtigt:

 

Durch diesen mathematischen Winkelzug hat sich an der Gleichung nichts geändert, man kann aber trickreich zusammenfassen. mit m*v=p (Impuls) ergibt sich:

Das ist die eigentliche Gesamtenergie eines sich bewegenden Teilchens, auch für Lichtgeschwindigkeit. Es gibt in der Quantentheorie Elementarteilchen mit der Masse Null, aber hohen Geschwindigkeiten, die weit mehr Energie durch Ihre Impulse liefern.

Ein Atom besteht aus Elektronen, Protonen und Neutronen. Elektronen sind Elementarteilchen, Protonen und Neutronen nicht. Diese sind aus Elementarteilchen zusammengesetzt, die man Quarks nennt. Das Elektron ist somit auch ein Quark. Ein Proton besteht aus zwei Up-Quarks und einem Down-Quark, ein Neutron aus zwei Down- und einem Up-Quark. Durch Wechselwirkung der Quarks entstehen virtuelle Quarks, Gluonen mit der Masse 0 und einer hohen Geschwindigkeit. Die Masse der Teilchen eines Protons oder Neutrons ist relativ klein, die Energie der dazu notwendigen Gluonen übertrifft sie am meisten durch ihren Impuls. Man verzeihe mir den Ausflug in die Quantentheorie aber beide Theorien sind bestens bestätigt und geben uns einen Einblick in die Realität des Universums, wenn diese auch etwas pervers erscheint.

Eigentlich haben wir ein echtes Zeitproblem. Es gibt kein Vorher bezogen auf den Urknall, welcher ja für unser Universum einen Beginn darstellt. Die Urknalltheorie stammt von dem belgischen Jesuiten und Astronom Abbé Georges Lemaître (1894 – 1966). Es gab also ein reales biblisches Nichts, keine Zeit, kein Raum, Nichts, bis auf eine Zusammenballung der Materie des gesamten Weltalls  oder der entsprechenden Energie in einem Punkt. Das nennt man ein Schwarzes Loch (Einstein hat die Existenz von schwarzen Löchern eingebracht), ein Himmelkörper mit einer so großen Masse, die selbst das Licht infolge der Gravitation nicht aus sich heraus lässt. Das Raum-Zeit-Kontinuum ist dort völlig ausgeschaltet. Lemaitres Theorie wurde von Papst Pius XII 1951 bestätigt und der Papst setzte fest, dass der Urknall einem göttlichen Schöpfungsakt darstellte. Ein Physiker würde dies niemals tun, da er keine Aussagen über einen nicht experimentell verifizierbaren Vorgang machen würde. Damit sind die ersten Kapitel der Genesis, das erste Buch der Bibel, stellenweise faktisch zum reinen Mythos geworden, oder müssen mit einer besseren Theorie verifiziert werden. Die Vorgängererzählung aus dem Palast von Assurbanipal, das Gilgameschepos, das die gleichen Geschichten darstellt, ist ebenfalls zum Mythos geworden. Die Geschichte der Sintflut hat einige Bestätigungen gefunden (im Süden des Iraks, der Heimat von Noah, hat man eine anders nicht erklärbare Sedimentschicht gefunden), die Flut selber kann nur ein regionales Ereignis gewesen sein. Noah ist archäologisch bestätigt, könnte aber mehr eine Dynastie gewesen sein. Der Mythos der Schaffung der Erde wollte wohl die Wocheneinteilung zu 7 Tagen erklären. Also ist Darwins Theorie von Evolution und Selektion sehr viel wahrscheinlicher geworden, aus vielen Gründen gilt sie wissenschaftlich als bestätigt. Mehr kann die Wissenschaft nicht tun, da sie Hypothesen nur durch Experimente bestätigen kann, deren Wiederholbarkeit erst ein Beweis ist.

Seit dem vatikanischen Konzil hat sich dementsprechend die Weihnachtdoxologie geändert. Sie beginnt nicht mehr mit dem Jahre 6000 v. Chr. wie es ein Mönch aus den Ahnenlisten der Bibel berechnet hat, sondern 44 Milliarden Jahre vor Chr., resp. 4,6 Milliarden Jahre bei der Erde, mit allen geologischen und kosmologischen Veränderungen, sowie der Möglichkeit des Entstehens von lebenden Wesen durch reinen Zufall, wobei der Zufall eher ein Determinismus mit langer Dauer (Selektion) ist.

Den Grund des Urknalls kann man durch die Physik – im Gegensatz zur Theologie – noch nicht erklären, seine Auswirkungen aber sehr wohl. Nach dem Urknall gab es ein Raum-Zeit-Kontinuum mit der Möglichkeit der geographischen Bestimmung des Ortes und des Vorhers und Nachhers, da die physikalischen Gesetze gültig waren, wenn auch im Anfang die Anzahl der Elemente klein war (nur Wasserstoff und Helium). Die Urknalltheorie hat viele kosmologische Effekt erst erklärbar gemacht und gilt heute als bestätigt. Genauso wie die Relativitätstheorie im Makrokosmos Erklärungen ermöglicht, erklärt die Quantentheorie die Vorgänge im Mikrokosmos. Im Makrokosmos gilt die Lichtgeschwindigkeit (300000 Km/sec) als eine Grenze und hat deshalb die Relativitätstheorie vorangetrieben, im Mikrokosmos ist die Grenze das Plank’sche Wirkungsquantum (6,6 * 10 ** (-23) J*sec) und man hat die Quantentheorie entwickelt, die teilweise noch ungewöhnlichere Folgen zeitigt. Ort und Bewegung sind zeitlich und räumlich nicht feststellbar, sondern statistisch verteilt. Einstein hat die Quantenphysik anfänglich abgelehnt mit den Worten: „Die Quantenmechanik ist sehr achtunggebietend. Aber eine innere Stimme sagt mir, dass das noch nicht der wahre Jakob ist. Die Theorie liefert viel, aber dem Geheimnis des Alten bringt sie uns kaum näher. Jedenfalls bin ich überzeugt, dass der Alte nicht würfelt.““. Mit der Quantentheorie haben sich die Vorgänge im innersten der Atome, den Kernen, erkennen lassen, aber auch viele praktische Dinge entwickelt, die aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken sind (Laser, Transistor).

In unserem Sonnensystem hat der Mensch im Laufe der Evolution sich ein Zeitnormal mit der Astronomie geschaffen, indem er sich an der Bewegung der Himmelskörper orientierte, im Wesentlichen der Sonne und dem Mond. Was sagte ich zu Anfang? Die Zeit gleitet uns durch die Finger wie Glibber. Glibber scheint mir nach diesen Ausführungen doch etwas harmlos. Man kann sich deshalb auf keinen Fall auf die Zeiten verlassen, die durch bewegte Körper festgelegt werden. Planeten haben, wie man mittlerweile weiß, keineswegs eine konstante Geschwindigkeit. So dreht sich die Erde allein wegen des herbstlichen Laubfalls auf der nördlichen Halbkugel im Winter messbar schneller, da die Zahl der Laubbäume wegen der größeren Landmassen weit höher ist, als auf der südlichen Halbkugel (Pirouetteneffekt). Der Mond hat auch keinen gleichen Abstand von der Erde und bewegt sich deshalb nie mit einer konstanten Geschwindigkeit, das Gleiche gilt für alle Himmelskörper, die sich stets auf Ellipsen bewegen, was schon Kepler wusste.

Aus diesem Grunde haben sich die Physiker entschlossen, eine absolut konstante Zeiteinheit festzulegen. Die Sekunde ist das 9.192.631.770-fache der Periode einer Mikrowelle eines bestimmten Übergangs zwischen zwei Energieniveaus im Caesiumatom. Das entspricht somit einer Spektrallinie des Caesiums, die üblicherweise von einer Atomuhr generiert wird. Dies gilt weltweit und wird auch veröffentlicht. Zuständig in Europa ist das Physikalisch Technische Institut in Braunschweig (PTB). Dies hat mehrere Atomuhren in Betrieb (Ersatz wegen Ausfall!), die ihre Zeit über den Sender DCF77,5 (Trägerfrequenz ist die Längstwelle 77,5 kHz) in Mainflingen verbreiten. Diese kann mit entsprechenden Empfängern ausgelesen werden (Funkuhren). Innerhalb einer Minute wird in Sekundentakten das Datum und die Zeit für den nächsten Minutenwechsel binär codiert übertragen. In der 59. Sekunde bleibt der Sekundentakt aus, so kann der Minutenwechsel zeitgenau erkannt werden. Großuhren wurden schon immer durch Telefonleitungen zentral gesteuert. Jetzt ist die Zeit durch DCF77,5 jedermann zugänglich und der Papst kann sich um wichtigere Dinge kümmern.

In Castel Gandolfo gibt es die Sternwarte der Katholischen Kirche, die in Kreisen der Astronomen sehr angesehen ist. Sie leistet im Rahmen der modernen Wissenschaft Beachtliches. Im Jahre 1585 wurde sie durch Papst Gregor XIII. begründet, da durch die Kalenderreform die Kirche eine Notwendigkeit bekam, sich um die Wissenschaft der Astronomie zu kümmern. Die Sternwarte befand sich im Turm der Winde in den vatikanischen Gärten und wurde von den Jesuiten betrieben. Durch die Modernisierungen bedingt erfolgten mehrere Umzüge innerhalb Roms. Letztlich war aber die Luftverschmutzung in Rom so gravierend, das man 1930 die Sternwarte nach Castel Gandolfo verlegte. Heute sind auch dort die Instrumente in die Jahre gekommen, und die Forschungsabteilung des Vatikans wurde an die Universität von Arizona verlegt. Unter Anderem ist die Forschungsabteilung am Large Binokular Teleskope auf dem Mount Graham in Arizona beteiligt, dort gibt es kaum Luftverschmutzung durch Staub und Stadtbeleuchtung.

(Bearbeitet 03.08.2023)