Was ist Zeit, und was ist ihr Ursprung?
Die Menschheit – von Aristoteles bis Stephen Hawking – hat sich intensiv mit der Definition von Zeit beschäftigt. Daraus gingen einige der tiefgründigsten Fragen der Wissenschaft hervor. Was wäre, wenn Zeit aus Veränderung entsteht, anstatt ein fundamentales physikalisches Gesetz zu sein? Könnte Zeit eine Illusion sein? Ein Physiker an der Universität Birmingham im Vereinigten Königreich stellte eine überraschende neue Methode vor, um diese Fragen zu ergründen. Professor Giovanni Barontini erschuf in seinem Labor ein „Mini-Universum“, um zu zeigen, wie Zeit ohne Uhr entstehen kann. Damit wirft er tiefgreifende Fragen über das Wesen der Realität an sich auf. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Physical Review Research“(öffnet in neuem Fenster) veröffentlicht. Barontini zeigte, dass es möglich ist, den Verlauf der Zeit zu verfolgen, ohne sich auf eine Uhr zu stützen. Er erschuf ein isoliertes Quantensystem, das sich kontinuierlich ausdehnt und zusammenzieht, indem er eine Wolke aus 24.000 Atomen auf nur wenige Milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt (etwa –273 °C) abkühlte. Bei dieser extremen Temperatur verlieren die Atome fast ihre gesamte Wärmeenergie und kommen nahezu zum Stillstand, so dass sie als unverfälschtes Labormodell eines winzigen Universums genutzt werden können.
Zeitmessung ohne Uhr!
Diese Atome wurden mit einem Laser in zwei Bereiche getrennt. Die Barriere ermöglichte es Barontini, einen Abschnitt zu beobachten, während der andere außer Sicht blieb. Er beobachtete Veränderungen an den Atomen, um festzustellen, ob das System ein eigenes Zeitgefühl entwickelte, und überprüfte dadurch eine seit langem bestehende Theorie der Quantengravitation. Da das gesamte System vollständig abgeschottet war, erübrigte sich der Bedarf einer externen Uhr, stattdessen wurden die eigenen Aktivitäten der Atome als Zeitmesser genutzt. Als die Atome die Laserbarriere schnell passierten, schien die Zeit innerhalb des Modells schneller zu vergehen, und als sie langsamer wurden, verlangsamte sich die Zeit simultan dazu. Sobald die Atome zum Stillstand kamen und sich stabilisierten, setzte die interne Uhr aus, um zu beweisen, dass Zeit ausschließlich anhand von Veränderungen innerhalb des Systems gemessen werden kann. Mit anderen Worten: Das Experiment zeigte, dass die Existenz der Zeit keine externe Uhr voraussetzt, sondern auf natürliche Weise aus Veränderungen innerhalb des Systems selbst hervorgeht.
Ein Werkzeug, um die Funktionsweise von Zeit in der Quantenwelt zu ergründen
Diese Studie liefert keine Antwort darauf, wie Zeit im gesamten Universum funktioniert. Doch durch die Nutzung dieser ultrakalten Atome verfügt die Wissenschaftsgemeinde nun über ein weitaus realistischeres Werkzeug, um fundamentale Theorien zur Zeit, das frühe Universum und die Zeit an sich in ihren eigenen Labors zu erforschen. „In manchen Theorien zum Universum, insbesondere in der Quantengravitation, erscheint Zeit nicht als inhärentes Merkmal“, erklärte Barontini in einer Pressemitteilung(öffnet in neuem Fenster). „Im Alltag fließt die Zeit jedoch von der Vergangenheit in die Zukunft – wie kann das sein, wo doch die meisten fundamentalen Gesetze der Physik vorwärts und rückwärts auf die gleiche Weise funktionieren?“ Sein Fazit lautet: „Diese Studie liefert eindeutige experimentelle Beweise dafür, dass ‚Zeit‘ anstelle unserer Vorstellung von Zeit als externe ‚tickende Uhr‘ durch Veränderungen innerhalb eines Systems definiert werden kann. Sie bietet neue Erkenntnisse über das Wesen der Zeit in der Quantengravitation, die gleichermaßen effektiv zur Beschreibung von herkömmlicher Zeit genutzt werden können.“
