Warum vergeht die Zeit schneller wenn man sich bewegt?

Wenn die Uhr an Bord langsamer geht …

Unglaublich, aber wahr: An Bord von schnell fliegenden Raumschiffen vergeht die Zeit langsamer. Bild: NASA

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Es klingt unglaublich, ist aber eine Tatsache: An Bord von schnell fliegenden Raumfahrzeugen vergeht die Zeit langsamer als auf der Erde. Das bedeutet: Eine Uhr, die man an Bord eines Raumschiffs mit ins All nimmt, zeigt nach der Landung eine andere Zeit an als eine baugleiche Uhr, die man zur Kontrolle am Boden gelassen hat. Das macht bei einem Flug von einigen Tagen oder Wochen zwar nur Bruchteile von Bruchteilen einer Sekunde aus, aber die Differenz ist messbar. Genau das haben deutsche Wissenschaftler vor vielen Jahren bei einer Mission mit einem Space Shuttle überprüft und mit Hilfe von besonders genauen Atomuhren bewiesen. Die Mission hieß D-1 und fand im Jahre 1985 statt und das Uhren-Experiment trug den Namen „Navex“.

Nur um keine Missverständnisse aufkommen zu lassen: Wir reden hier nicht davon, dass lediglich die Uhren langsamer gehen, wenn sich ein Raumschiff sehr schnell fortbewegt. Sie sind auch nicht kaputt oder so etwas. Vielmehr geht wirklich die Zeit selbst langsamer. Wie es zu diesem verrückten Effekt kommt? Wir haben das an anderer Stelle mal ganz ausführlich zu erklären versucht.

Wie auch immer: Herausgefunden hatte das schon vor rund 100 Jahren der berühmte Physiker Albert Einstein – lange bevor es Raumschiffe gab und man das beweisen konnte. Seine Relativitätstheorie besagt unter anderem, dass die Zeit keine konstante – also immer gleiche – Größe ist, sondern dass sie schneller oder langsamer vergeht: und zwar unter anderem abhängig von der Geschwindigkeit. Je schneller sich also ein Flugobjekt bewegt, desto langsamer vergeht die Zeit an Bord. Die Insassen des Raumschiffs merken davon nichts – für sie ist eine Stunde immer noch eine Stunde und ein Tag ein Tag. Doch wenn sie mit einem utopischen Raumschiff, das viel schneller als alle heutigen Raketen fliegen könnte, beispielsweise ein Jahr unterwegs wären, so würden sie nach der Landung feststellen, dass auf der Erde inzwischen mehrere Jahre vergangen wären …

Tatsächlich ist dieses kleine Beispiel eines utopischen Raumschiffs ziemlich übertrieben. In Wirklichkeit ist der Effekt minimal. Dass ein Astronaut nach dem Flug ins All jünger als sein eigener Sohn wäre, wird also wohl nur in Science-Fiction-Filmen vorkommen. Bei den heutigen Geschwindigkeiten – die Internationale Raumstation ISS ist knapp 28.000 Kilometer pro Stunde schnell – beträgt die Zeitdifferenz weniger als einen Wimpernschlag. Doch man kann sagen: Astronauten sind nach dem Flug ins All einen Sekundenbruchteil jünger, als wenn sie nicht geflogen wären.

Bei den noch weiter von der Erde entfernten Satelliten kommt übrigens noch ein umgekehrter – aber ebenso verrückt klingender – Effekt zum Tragen: Je weiter man von der Erde entfernt ist, desto schneller vergeht die Zeit. Denn große Massen – wie eben unser Planet – verlangsamen wiederum den Fluss der Zeit, so dass die Uhren mit zunehmendem Abstand von der Erde schneller ticken. Auf einem Berg vergeht die Zeit schneller als im Tal – wenn auch wieder nur ganz minimal. Man muss also streng genommen beide Effekte gegeneinander verrechnen, je nach Geschwindigkeit und Entfernung zur Erde. Zwei Beispiele: Die ISS fliegt mit einer Bahnhöhe von rund 400 Kilometer noch recht niedrig: Da wird die Zeit gedehnt und verlangsamt. Manche Satelliten fliegen dagegen mehr als 20.000 Kilometer hoch über der Erde: Da überwiegt der andere Effekt und die Zeit wird an Bord beschleunigt.

So absurd sich das alles auch anhört: Für Raumfahrt-Experten ist es längst nichts Besonderes mehr. Würde man diese Effekte nicht beachten, würde kein Navigationssatellit die richtige Position angeben und das „Navi“ im Auto würde den Fahrer weit am Ziel vorbeiführen. Denn die kleinen Navigationsgeräte in unseren Autos funktionieren nur, weil man die Zeitabweichung der Satelliten-Uhren ganz genau berechnet.

Könnte man, wenn man noch schneller wird, in die Vergangenheit reisen?

Das ist eines dieser Missverständnisse, die leicht aufkommen, wenn man sich mit der Relativitätstheorie beschäftigt. Weil sie ja in der Tat sagt: Wie schnell die Zeit vergeht, hängt von der Geschwindigkeit ab.

Diesen Satz darf man nicht falsch verstehen, denn eine der Kernaussagen der Relativitätstheorie ist: Ich selber merke überhaupt keinen Unterschied, ob ich nun an Ort und Stelle bleibe oder mich mit welcher Geschwindigkeit auch immer durch den Raum bewege. Wenn ich eine Uhr dabei habe, dann tickt für mich die Uhr immer gleich schnell. Aber diejenigen, die mich von außen beobachten, können im Prinzip einen Unterschied feststellen.

Deshalb Relativitätstheorie: Wenn ich mich mit, sagen wir, halber Lichtgeschwindigkeit durchs Weltall bewegen würde und du hättest ein so tolles Teleskop, dass du die ganze Zeit auf meine Uhr gucken könntest, die ich dabeihabe, dann tickt aus deiner Perspektive die Uhr viel langsamer.

Wie viel macht das aus – bei halber Lichtgeschwindigkeit?

Bei halber Lichtgeschwindigkeit noch nicht mal so viel, ungefähr 13 Prozent. Das heißt, wenn auf deiner Uhr eine Minute vergangen ist und du guckst dann auf meine Uhr, dann zeigt die erst 53 Sekunden an. Aber je mehr sich meine Geschwindigkeit der des Lichts annähern würde, desto extremer wird dieser Effekt. Das Kuriose ist jetzt aber, dass das Gleiche auch umgekehrt gilt, denn wenn ich mich relativ zu dir mit halber Lichtgeschwindigkeit bewege, dann bewegst du dich relativ zu mir ebenfalls mit halber Lichtgeschwindigkeit.

Die Relativitätstheorie sagt: Es gibt keinen absoluten Bezugspunkt. Es macht also keinen Sinn zu sagen, ich bewege mich und du bleibst an Ort und Stelle. Entscheidend ist immer nur, wie wir uns relativ zueinander bewegen. Wenn ich also von meinem Hochgeschwindigkeitsraumschiff auf deine Uhr sehen könnte, würde es für mich ebenfalls so aussehen, als ginge die langsamer.

Aber das ist ein Widerspruch: Wenn wir uns irgendwann wieder begegnen und unsere Uhren vergleichen, kann man feststellen, welche in Wirklichkeit schneller gelaufen ist.

Ja, aber nur, weil irgendeiner zwischendurch nochmal seine Richtung ändern muss, damit wir uns begegnen. Wenn ich mit halber Lichtgeschwindigkeit ins All fliege und wieder zurückkomme, muss ich logischerweise irgendwo umdrehen, und da gelten dann andere Gesetze.

Jede Richtungsänderung ist physikalisch eine Beschleunigung. Und ein Gesetz der Relativitätstheorie lautet eben auch: Für beschleunigte Körper geht die Zeit langsamer. Wenn ich im Vergleich zu dir mit halber Lichtgeschwindigkeit durchs All fliege und dann in einem großen Bogen zu dir zurückkomme, werde ich deshalb langsamer gealtert sein als du.

Das berühmte Gedankenspiel, das als Zwillingsparadoxon bekannt ist

Ein Zwilling fliegt mit annähernder Lichtgeschwindigkeit durchs All, der andere bleibt auf der Erde. Wenn der erste nach 60 Jahren wiederkommt, ist er kaum gealtert, sein Bruder dagegen ein alter Mann. Wenn man alle praktischen Schwierigkeiten wegdenkt – schon die Tatsache, dass ein Raumschiff nie so viel Treibstoff mitnehmen könnte, um sich auf knapp unter Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen – dann steht dieses sogenannte Zwillingsparadoxon völlig in Einklang mit der Relativitätstheorie.

Der Hörer wollte noch wissen, was bei Über-Lichtgeschwindigkeit passiert. Würde deine Uhr dann im Verhältnis zu meiner rückwärts laufen – könntest du dann auf die Erde zurückkehren und wärst in der Vergangenheit?

Und könnte dann meine eigene Geburt verhindern ...?

Über diese Vorstellung haben schon viele nachgedacht, denn das wäre im Prinzip die Konsequenz. Aber genau da sagt die Relativitätstheorie: Stopp! Schneller als Lichtgeschwindigkeit geht einfach nicht.

Nicht nur, weil dann solche Unsinnigkeiten herauskommen. Es geht auch mathematisch nicht, weil dann in den Formeln plötzlich die Wurzel aus einer negativen Zahl auftaucht. Und es geht physikalisch nicht, weil laut Einstein überhaupt nur masselose Teilchen Lichtgeschwindigkeit erreichen können, wie zum Beispiel Lichtteilchen. Würde man aber einen Körper auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen, bräuchte man unendlich viel Energie. Das geht nicht; und darüber hinaus geht es logischerweise erst recht nicht.

Warum vergeht die Zeit im All schneller?

Warum vergeht die Zeit langsamer wenn man schnell ist?

Bei welcher Geschwindigkeit bleibt die Zeit stehen?

Warum bleibt die Zeit stehen wenn man sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt?