Auricher Wissenschaftstage –
Forum einer dritten Kultur
Schon bei der Entwicklung der Speziellen Relativitätstheorie im Jahre 1905, die im Wesentlichen auf der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit in unterschiedlichen Bezugssystemen beruht, machte Albert Einstein die Entdeckung, dass das von Uhren gemessene Verstreichen von Zeit langsamer abläuft, wenn sich diese Uhr relativ zu einem Beobachter bewegt. Dieser Effekt wird als Zeitdilatation bezeichnet und seine für unsere Alltagserfahrungen verblüffenden Konsequenzen werden anhand des sogenannten Zwillingsparadoxons gut veranschaulicht. In diesem Beispiel sind zwei Zwillinge, die sich auf unterschiedlichen Bahnen durch die Raumzeit bewegt haben, bei ihrem erneuten Zusammentreffen unterschiedlich stark gealtert.
Grafik: Alexander Friedrich/Universität Ulm (CC-BY-4.0-Lizenz)
Zeitdilatation ist aber nicht nur auf die Spezielle Relativitätstheorie beschränkt, sondern tritt auch innerhalb der Allgemeinen Relativitätstheorie durch die Wirkung der Schwerkraft auf. Diese Erkenntnis, die Einstein einen entscheidenden Anstoß zur Entwicklung seiner Theorie der Gravitation gab, basiert auf dem Äquivalenzprinzip, das besagt, dass Schwerelosigkeit und der freie Fall durch Schwerkraft nicht zu unterscheiden sind. Sowohl die speziell-relativistische als auch die gravitative Zeitdilatation sind in der Zwischenzeit vielfach durch Experimente verifiziert worden, die maßgeblich zum Erfolg von Einsteins Theorien und unserem heutigen Weltbild beitrugen.
Moderne Atomuhren messen ihre Zeit mit Hilfe quantenmechanischer Effekte und sind daher nicht nur hochpräzise Zeitmesser, sondern auch intrinsisch quantenmechanische Objekte. Für ein solches Objekt gilt das quantenmechanische Überlagerungsprinzip, sodass es „zugleich“ an zwei unterschiedlichen Orten sein kann oder sich „zugleich“ auf zwei unterschiedlichen Bahnen bewegen kann. In meinem Vortrag werde ich nicht nur über die Entdeckung und Verifizierung der Zeitdilatation berichten, sondern auch über die Auswirkungen auf solche quantenmechanisch delokalen Atomuhren, und ein quantenmechanisches Zwillingsparadoxon besprechen.