Zeit ist jedem bekannt, aber schwer zu definieren und zu verstehen. Wissenschaft, Philosophie, Religion und Kunst haben unterschiedliche Definitionen von Zeit, aber das Messsystem ist relativ konsistent.
Uhren basieren auf Sekunden, Minuten und Stunden. Während sich die Basis für diese Einheiten im Laufe der Geschichte geändert hat, gehen sie auf das alte Sumeria zurück. Die moderne internationale Zeiteinheit, die zweite, wird durch den elektronischen Übergang der Cäsiumatom. Aber was genau ist Zeit?
Physiker definieren Zeit als das Fortschreiten von Ereignissen von der Vergangenheit über die Gegenwart in die Zukunft. Wenn sich ein System nicht ändert, ist es grundsätzlich zeitlos. Zeit kann als die vierte Dimension der Realität betrachtet werden, die zur Beschreibung von Ereignissen im dreidimensionalen Raum verwendet wird. Es ist nicht etwas, das wir sehen, berühren oder schmecken können, aber wir können seinen Durchgang messen.
Physikgleichungen funktionieren gleich gut, unabhängig davon, ob sich die Zeit in die Zukunft bewegt (positive Zeit) oder rückwärts in die Vergangenheit (negative Zeit). Die Zeit in der natürlichen Welt hat jedoch eine Richtung, die genannt wird das
Pfeil der Zeit. Die Frage, warum Zeit irreversibel ist, ist eine der größten ungelösten Fragen in der Wissenschaft.Eine Erklärung ist, dass die natürliche Welt den Gesetzen der Thermodynamik folgt. Das zweiter Hauptsatz der Thermodynamik gibt an, dass innerhalb eines geschlossenen Systems die Entropie des Systems bleibt konstant oder steigt an. Wenn das Universum als geschlossenes System betrachtet wird, kann seine Entropie (Grad der Störung) niemals abnehmen. Mit anderen Worten, das Universum kann nicht genau in den Zustand zurückkehren, in dem es sich zu einem früheren Zeitpunkt befand. Die Zeit kann sich nicht rückwärts bewegen.
In der klassischen Mechanik ist die Zeit überall gleich. Synchronisierte Uhren bleiben in Übereinstimmung. Aus Einsteins spezieller und allgemeiner Relativitätstheorie wissen wir jedoch, dass Zeit relativ ist. Dies hängt vom Bezugsrahmen eines Beobachters ab. Dies kann dazu führen ZeitdilatationWenn die Zeit zwischen den Ereignissen länger (erweitert) wird, je näher man der Lichtgeschwindigkeit kommt. Bewegliche Uhren laufen langsamer als stationäre Uhren, wobei der Effekt stärker wird, wenn sich die sich bewegende Uhr nähert Lichtgeschwindigkeit. Uhren in Jets oder im Orbit zeichnen die Zeit langsamer auf als auf der Erde. Myonpartikel beim Fallen langsamer zerfallen, und die Michelson-Morley-Experiment bestätigte Längenkontraktion und Zeitdilatation.
Zeitreise bedeutet, sich vorwärts oder rückwärts zu verschiedenen Zeitpunkten zu bewegen, ähnlich wie Sie sich zwischen verschiedenen Punkten im Raum bewegen könnten. Ein zeitlicher Sprung nach vorne geschieht in der Natur. Astronauten auf der Internationalen Raumstation springen rechtzeitig vorwärts, wenn sie wegen ihrer langsameren Bewegung relativ zur Station zur Erde zurückkehren.
Die Idee von in die Vergangenheit reisenwirft jedoch Probleme auf. Ein Problem ist die Kausalität oder Ursache und Wirkung. Eine Zeitreise könnte ein zeitliches Paradoxon verursachen. Das "Großvater-Paradoxon" ist ein klassisches Beispiel. Laut Paradox könnten Sie Ihre eigene Geburt verhindern, wenn Sie in die Vergangenheit reisen und Ihren Großvater töten, bevor Ihre Mutter oder Ihr Vater geboren wurden. Viele Physiker glauben, dass Zeitreisen in die Vergangenheit unmöglich sind, aber es gibt Lösungen für ein zeitliches Paradoxon, wie das Reisen zwischen ihnen paralleluniversen oder Verzweigungspunkte.
Das menschliche Gehirn ist in der Lage, die Zeit zu verfolgen. Die suprachiasmatischen Kerne des Gehirns sind die Region, die für den täglichen oder zirkadianen Rhythmus verantwortlich ist. Aber Neurotransmitter und Medikamente beeinflussen die Zeitwahrnehmung. Chemikalien, die Neuronen anregen, so dass sie schneller als die normale Beschleunigungszeit feuern, während eine verringerte Neuronenfeuerung die Zeitwahrnehmung verlangsamt. Wenn die Zeit zu beschleunigen scheint, unterscheidet das Gehirn grundsätzlich mehr Ereignisse innerhalb eines Intervalls. In dieser Hinsicht scheint die Zeit wirklich zu vergehen, wenn man Spaß hat.
Bei Notfällen oder Gefahren scheint sich die Zeit zu verlangsamen. Wissenschaftler am Baylor College of Medicine in Houston sagen, dass das Gehirn nicht wirklich beschleunigt, aber die Amygdala aktiver wird. Die Amygdala ist die Region des Gehirns, die Erinnerungen weckt. Wenn sich mehr Erinnerungen bilden, scheint die Zeit lang zu sein.
Das gleiche Phänomen erklärt, warum ältere Menschen die Zeit als schneller empfinden als in jüngeren Jahren. Psychologen glauben, dass das Gehirn mehr Erinnerungen an neue Erfahrungen bildet als an vertraute. Da später im Leben weniger neue Erinnerungen entstehen, scheint die Zeit schneller zu vergehen.
Für das Universum hatte die Zeit einen Anfang. Der Ausgangspunkt war vor 13,799 Milliarden Jahren, als die Urknall aufgetreten. Wir können kosmische Hintergrundstrahlung als Mikrowellen vom Urknall messen, aber es gibt keine Strahlung mit früheren Ursprüngen. Ein Argument für den Ursprung der Zeit ist, dass der Nachthimmel mit Licht älterer Sterne gefüllt wäre, wenn er sich unendlich weit nach hinten erstrecken würde.
Wird die Zeit enden? Die Antwort auf diese Frage ist unbekannt. Wenn sich das Universum für immer ausdehnt, würde die Zeit weitergehen. Wenn ein neuer Urknall auftritt, endet unsere Zeitlinie und ein neuer beginnt. In Teilchenphysik-Experimenten entstehen zufällige Teilchen aus einem Vakuum, so dass es unwahrscheinlich ist, dass das Universum statisch oder zeitlos wird. Nur die Zeit kann es verraten.