Wird die Zeit immer langsamer?

Eine Uhr vor dem Kosmos

Unser Verständnis der Zeit könnte komplett falsch sein – die Zeit könnte sogar dazu führen, dass der Weltraum bald einfach stoppt und alles vorbei ist. 

Schön, dass Ihr euch die Zeit nehmt, diesen Beitrag zu lesen. Aber: Was ist eigentlich Zeit? Dass die Zeit vergeht, ist eine absolute Naturkonstante unseres Lebens und letztlich das normalste der Welt. Aber je mehr man über die Zeit nachdenkt, desto verwirrender wird das Ganze. 

Wird verarbeitet …
Erledigt! Sie sind auf der Liste.

Versucht mal, die Zeit in einem Satz zu definieren – ihr werdet feststellen, dass das gar nicht so einfach ist. Es gibt beispielsweise kein Elementarteilchen der Zeit, bei dem wir sagen könnten: Auf Quantenebene ist das die Zeit. Die Zeit ist einfach irgendwie da. Am ehesten wird es greifbar, wenn wir uns die Kosmologie, also die Entwicklung des Universums anschauen. 

Zeit: linearer Ablauf der Dinge

An einem gewissen Punkt in der Zeit geschah der Urknall, nach unseren Definitionen vor 13,8 Milliarden Jahren. Und dann sind andere Dinge geschehen wie die Entstehung der ersten Wasserstoffatome, dann die Bildung der ersten Sterne, die Geburt von Galaxien und jetzt sind wir hier, definitiv an einem anderen Punkt in der Zeit als der Urknall. 

Also ist die Zeit ein linearer Ablauf der Dinge, der, wie der berühmte Physiker John Wheeler gesagt hat, verhindert, dass alles gleichzeitig geschieht. Solche Kategorisierungen wie Vergangenheit und Zukunft sind vielleicht nur menschliche Einstufungen. Vielleicht hat einfach alles seinen eigenen Platz auf der Skala der Zeit. Das einzig Wichtige ist, dass keine zwei Ereignisse gemeinsam einen Punkt in der Zeit belegen können. Nichts ist wirklich jemals vorbei, es ist nur an einer anderen Stelle in der Zeit.

Symbolbild Zeit
Was bedeutet Zeit eigentlich?

Raumzeit: Zeit vergeht nicht gleich

Und dann gibt es noch einen anderen kuriosen Aspekt der Zeit. Sie vergeht nicht überall gleich. Wie Albert Einstein als erster entdeckte, sind Raum und Zeit untrennbar miteinander verbunden und bilden die Raumzeit. Diese Raumzeit lässt sich durch Masse verformen und je größer die Masse ist, desto stärker ist die Verformung der Raumzeit. 

Das ist der Grund, weshalb die Zeit in der Nähe Schwarzer Löcher anders vergeht als auf der Erde. Wer einige Minuten in der Nähe eines sehr massereichen Schwarzen Lochs verbringen würde, würde feststellen, dass auf der Erde mehrere Jahre vergangen sind. Man bezeichnet dies als die Relativität der Zeit. Das macht es nicht unbedingt einfacher zu begreifen, was die Zeit denn nun eigentlich ist. Und jetzt wird es noch verrückter. Man geht davon aus, dass, während die Zeit weiter in Richtung Zukunft vergeht, sich der Weltraum immer weiter ausdehnt. Seit dem Urknall kennt der Weltraum nur eine Richtung und zwar die des Wachstums. 

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Die Zeit verschwindet

Die Zeit vergeht also und die meisten Galaxien – mit einigen Ausnahmen – bewegen sich voneinander weg, so dass auch das Licht länger braucht, um von einer Galaxie zur anderen zu gelangen. Und diese Expansion wird sogar immer schneller, also mit jeder Sekunde die vergeht, legt der Weltraum noch einen Zahn zu. So stellen die meisten sich das vor. Nun haben aber einige Wissenschaftler eine Theorie entwickelt, die absolut unglaublich und unheimlicherweise sehr schlüssig klingt. Kurz gesagt lautet diese Theorie wie folgt: Der Weltraum dehnt sich gar nicht aus. Es gibt keine Expansion, sondern die Zeit vergeht einfach immer langsamer. Der Astronom Gary Gibbons von der Uni Cambridge sagt: “Wir glauben, dass die Zeit beim Urknall entstanden ist, und wenn die Zeit entstehen kann, kann sie auch wieder verschwinden – das ist genau der umgekehrte Effekt.”

Das klingt total verwirrend, aber denkt mal drüber nach und es wird euch einleuchten. Der Grund, weshalb das Licht scheinbar länger von einigen anderen Galaxien zu uns braucht, ist dieser Theorie nach nicht etwa, dass sich diese Galaxien im Zuge der Expansion entfernt hätten. Die Zeit vergeht einfach immer langsamer und langsamer und dementsprechend langsamer ist auch das Licht. 

Beschleunigung der Expansion des Kosmos
Die Zeit wird langsamer: Beschleunigt sich der Kosmos gar nicht? (Quelle: coldcreation -wikipedia)

Hilft die Dunkle Energie weiter?

Wenn wir diesen Gedankengang als Schablone auf die Realität des Kosmos legen, dann brauchen wir plötzlich keine beschleunigte Expansion mehr. Es lässt sich alles wunderbar mit einem “langsamer werden” der Zeit begründen. Das bedeutet nicht, dass die Forscher, die diese Theorie entwickelt haben, davon ausgehen, dass es nie eine Expansion gab. Demnach fand nach dem Urknall schon ein Größerwerden des Kosmos statt, logisch, denn ganz am Anfang war der Weltraum ja winzigst klein, wenn wir uns umsehen, dann können wir ja direkt feststellen, dass er seitdem gewachsen sein muss. 

Aber die sich nun beschleunigende Expansion des Universums, die braucht es nach dieser Zeitverlangsamungstheorie nicht mehr. Und das trifft sich sehr gut, denn kein Mensch weiß oder kann nachweisen, weshalb der Weltraum immer schneller wächst. Und es ist auch eher anti-intuitiv, denn man würde eigentlich meinen, dass die Beschleunigung der Expansion sich verlangsamen müsste, je länger der Urknall zurück liegt. Um dieses Rätsel aufzulösen, haben Kosmologen das Konzept der Dunklen Energie entwickelt.

Verlangsamung der Zeit schlägt Dunkle Materie?

Das hat nichts mit der dunklen Seite der Macht zu tun, sondern es handelt sich um eine mysteriöse Kraft, die den Kosmos eben immer weiter zum Wachsen bringt. Aber ohne handfesten Beweis ist das nicht so überzeugend, also warum nicht mit den Naturkonstanten arbeiten, die wir zweifelsfrei kennen, wie die Zeit. Mit der Zeitverlangsamungstheorie kämen wir elegant um die bisher nicht nachweisbare Dunkle Energie herum. Die beiden spanischen Forscher, die die Theorie entwickelt haben, sagen: “Wir sagen nicht, dass die Expansion des Universums selbst eine Illusion ist. Was wir als Illusion bezeichnen, ist die Beschleunigung dieser Ausdehnung.”

Das klingt alles sehr schlüssig, aber es hat auch eine etwas erschreckende Komponente. Denn wenn das, was wir gemeinhin als die Expansion des Universums wahrnehmen, in Wahrheit nur eine Verlangsamung der Zeit ist, worauf läuft das dann am Ende hinaus? Richtig, darauf, dass die Zeit irgendwann stehen bleibt. Sie wird immer langsamer und langsamer bis wir irgendwann den zeitlichen Nullpunkt erreichen. Wenn die Zeit nicht mehr dafür sorgt, dass die Dinge ablaufen, dann friert einfach alles ein. Ohne Zeit gibt es keine kausalen Abläufe mehr, ohne Zeit ist das Universum tot. Dann wird alles erstarren, wie ein Schnappschuss eines Augenblicks, für immer. Also denkt dran, in diesem Moment in einigen Milliarden Jahren, wenn die Zeit dann einfriert, noch mal richtig nett zu lächeln, denn das wird euer Gesichtsausdruck für die Ewigkeit danach sein.

Menschen vor einer großen Uhr
Wenn die Zeit stehen bleibt: Was ist dann?

Zeitverlangsamung nicht wahrnehmbar

Jetzt könnte man natürlich einwenden, dass wir ja dann auch hier auf der Erde merken müssten, dass die Zeit langsamer vergeht. Jeder der schon mal um 8 Uhr Morgens Uni-Vorlesung hatte, weiß ja, dass die Zeit auf der Erde bisweilen sehr langsam vergehen kann. Aber Spaß beiseite, der Grund, weshalb wir das auf der Erde nicht merken würden, ist, dass wir hier über gigantische Zeiträume sprechen. In der kurzen Zeit, in der wir Menschen überhaupt erst Weltraumforschung betreiben, könnte man eine solche Veränderung nicht aktiv wahrnehmen. 

Insgesamt ist die Idee der Zeitverlangsamung aber natürlich trotzdem nur eine Theorie und keinesfalls bewiesen. Aber genau so ist auch die Dunkle Energie nur eine Theorie und keinesfalls bewiesen. Es ist jedenfalls eine spannende Überlegung, die dafür sorgt, dass wir uns Gedanken darüber machen, was Zeit eigentlich genau ist.

Wollt ihr noch mehr über dieses Thema erfahren, dann schaut euch unbedingt mal dieses Video an:

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Dunkle Energie: Durchbruch bei der Suche!

Dunkle Energie gilt als eines der größten Mysterien unseres Kosmos – nun könnte der historische Nachweis eines Dunkle-Energie-Partikels gelungen sein.

Um den Unterschied zwischen Dunkler Energie und Dunkler Materie klären, muss man ganz am Anfang beginnen. Vor 13,8 Milliarden Jahren entstand das Universum aus dem Nichts in einer sogenannten Singularität und begann dann zu expandieren. Erst war es ganz klein, dann immer größer und größer und größer. Bis heute. Das ist die Urknall-Theorie. Nun würde man vermuten, dass die Expansion des Weltraums irgendwann nachlassen würde. Denn je länger der Urknall her ist, desto mehr schwächt sich seine Energie ab und desto langsamer müsste der Weltraum wachsen und irgendwann dann sogar wieder schrumpfen. Wie ein Luftballon, in den einmal heftig reingepustet wird und irgendwann ist im wahrsten Sinne des Wortes die Luft raus. Beobachtungen zeigen aber eine ganz andere Realität: Der Weltraum wird immer schneller immer größer. Die Expansion verlangsamt sich nicht, sie beschleunigt sich. Also muss es noch irgendeine weitere Kraft neben der ursprünglichen Energie des Urknalls geben, die den Kosmos zum wachsen bringt. Und da niemand eine konkrete Idee hat, was das für eine Kraft sein könnte, nennt man sie Dunkle Energie. In einem Satz könnte man also sagen: Die Dunkle Energie ist eine noch nicht näher bestimmbare Kraft, die die Expansion des Kosmos vorantreibt. 

Die Expansion des Universums beschleunigt sich

Und Dunkle Materie? Innerhalb von kleineren Bereichen des Kosmos, zum Beispiel unserem Sonnensystem oder auch unserer Galaxis, spielt die Expansion des Kosmos keine Rolle. Zum Glück! Man stelle sich vor, wir würden von der Erde weg expandieren – oder unser Sonnensystem würde aus der Milchstraße raus expandieren.Der Grund dafür, dass innerhalb kleinerer Bereiche nichts expandiert, ist, dass hier die Schwerkraft, die Gravitation stärker ist als die Expansion. In unserer Milchstraße beispielsweise überwiegt die Schwerkraft der Sternsysteme, Schwarzen Löcher und anderer Himmelskörper untereinander die Expansion des Universums und deswegen hält die Milchstraße zusammen. Aber jetzt kommt ein kleines Problem: Wissenschaftliche Berechnungen haben ergeben, dass die Schwerkraft der Objekte in unserer Galaxis eigentlich gar nicht ausreicht, um das ganze Gebilde zusammenzuhalten. Wenn man nur die sichtbaren Himmelskörper unserer Galaxis miteinberechnet, müsste die Gravitation eigentlich so schwach sein, dass die Milchstraße von der Expansion und der Dunklen Energie zerrissen würde. Wird sie aber offensichtlich nicht. Also gibt es scheinbare eine ominöse Kraft, die ähnlich wie die Schwerkraft Objekte zusammenhält. Da man auch hier keine konkrete Idee hat, was diese Kraft genau ist, nennt man sie Dunkle Materie. Zusammengefasst: Dunkle Materie ist eine ominöse Kraft, die Dinge zusammenhält, Dunkle Energie ist eine ominöse Kraft, die Dinge auseinander treibt. 

Dunkle Energie und Dunkle Materie sind noch weitestgehend rätselhaft

Wie lässt sich mehr über Dunkle Materie und Dunkle Energie herausfinden? in Italien wurde zu diesem Zwecke das XENON Dark Matter Project gestartet. Xenon1T ist ein Instrument, das Dunkle Materie nachweisen soll und steht im Laboratori Nazionali del Gran Sasso, ein unterirdisches High-Tech-Labor. Die Laborräume liegen 1.400 Meter unterirdisch unter dem Gran Sasso Gebirge, da sie dort von kosmischer Strahlung abgeschirmt ist, die man an der Erdoberfläche nicht verhindern kann. Für die Suche nach Dunkler Materie ist es aber essentiell, dass man diese störende kosmische Strahlung ausblenden kann. Die dort forschende Wissenschaftlerin Dr. Sunny Vagnozzi beschreibt das Projekt so:

“Obwohl beide Komponenten unsichtbar sind, wissen wir viel mehr über die dunkle Materie, da ihre Existenz bereits in den 1920er Jahren vermutet wurde, während die dunkle Energie erst 1998 entdeckt wurde. Groß angelegte Experimente wie XENON1T wurden entwickelt, um dunkle Materie direkt aufzuspüren, indem nach Anzeichen dafür gesucht wird, dass dunkle Materie auf gewöhnliche Materie trifft.”

– Dr. Sunny Vagnozzi

Das Instrument besitzt zwei Kammern, die mit flüssigem und gasförmigen Xenon, einem speziellen chemischen Element, gefüllt sind. Xenon eignet sich mutmaßlich besonders gut zur Detektion von Dunkle-Materie-Teilchen, da es eine sehr hohe Dichte besitzt. Wenn ein Dunkle-Materie-Teilchen, auch genannt WIMP, das steht für weakly interacting massive particles, also schwach wechselwirkende massereiche Teilchen, dann mit dem Xenon kollidiert, erhofft man sich eine Reaktion, die man messen kann um so mehr über Dunkle Materie herauszufinden. Bei der Auswertung von Labordaten aus dem vergangenen Jahr stieß man auf etwas, das man absolut nicht erwartet hatte – nämlich nicht auf Dunkle Materie, sondern auf Dunkle Energie. 

Das Instrument XENON1T soll sogenannte WIMP-Teilchen detektieren

Wie kann man versehentlich auf die expansive Dunkle Energie stoßen, wenn man eigentlich nach der zusammenhaltenden Dunklen Materie sucht? Zunächst ist den Forschern ein ungewöhnlich starkes Signal aufgefallen das von Xenon1T gemessen wurde und das sich von allem unterschied, das man bei einer Reaktion mit einem WIMP-Teilchen erwarten würde. Dr. Luca Visinelli, der an der Entdeckung beteiligt war, sagt:

“Solche Exzesse sind oft Zufallstreffer, aber hin und wieder können sie auch zu grundlegenden Entdeckungen führen. Wir haben ein Modell untersucht, bei dem dieses Signal auf dunkle Energie zurückzuführen sein könnte und nicht auf die dunkle Materie, für deren Nachweis das Experiment ursprünglich konzipiert wurde. Es war wirklich überraschend, dass dieser Überschuss im Prinzip durch dunkle Energie und nicht durch dunkle Materie verursacht worden sein könnte. Wenn die Dinge so zusammenpassen, ist das wirklich etwas Besonderes.”

– Dr. Luca Visinelli

Die Forscher gingen zunächst davon aus, dass dieses Exzess-Signal durch ein sogenanntes Axion ausgelöst wurde. Ein Axion ist ein spezielles Elementarteilchen ohne elektrische Ladung und ohne Eigendrehimpuls, wie ihn andere Teilchen aufweisen. Das Axion ist allerdings auch noch höchst hypothetisch. Die Entdeckung eines Axions wäre daher auch revolutionär gewesen. Allerdings wäre eine derart große Masse an Axionen nötig gewesen, um das von Xenon1T observierte Signal zu erklären, dass dies im Prinzip alle unsere astrophysikalischen Erkenntnisse über die Teilchenentstehung in Sternen ad absurdum geführt hätte. Diese Erklärung erscheint also nicht sonderlich plausibel. Die Forscher entwickelten eine noch spektakulärerer These: Das entdeckte Signal könnte durch ein Dunkle-Energie-Teilchen verursacht worden sein! Obwohl die Dunkle Energie eigentlich nur in sehr großen Maßstäben da sein sollte, könnte sie sich in den lokaleren Bereich des Weltraums, der ja eigentlich von der Gravitation und der Dunklen Materie beherrscht wird, einschleichen und sich gut verstecken – wie ein kosmisches Chamäleon.

Wird verarbeitet …
Erledigt! Sie sind auf der Liste.

Deswegen hat das Forscherteam ein physikalisches Modell entwickelt, um diese Zeichen von Dunkler Energie genauer zu untersuchen – das Modell trägt passenderweise den Namen Chamäleon. Das Chamäleon-Screening soll nachweisen, ob die These der Forscher stimmt. Diese These ist ziemlich revolutionär und lautet, dass in einem bestimmten Bereich der Sonne, der sogenannten Tachocline-Region, Dunkle Energie produziert wird, was etwas damit zu tun haben könnte, dass dort das Magnetfeld besonders stark ist. Unsere Sonne selbst könnte also in kleinen Mengen die geheimnisvolle Kraft erzeugen, die das Universum zum Expandieren bringt.

Produziert unsere Sonne Dunkle Energie?

Ob das wirklich so ist, kann man erst sagen, wenn die Messung mit dem Xenon1T-Instrument wiederholt werden kann. Das Instrument soll in Zukunft noch einige Upgrades bekommen und gemeinsam mit anderen Projekten dieser Art wie beispielsweise den WIMP-Detektoren LUX-Zeplin in den USA und PandaX-xT in China will man dies dann verifizieren. Es scheint also so, als würden ironischerweise plötzlich alle Projekte zur Suche nach Dunkler Materie nun auf die Jagd nach Dunkler Energie umschwenken. Die nahe Zukunft wird dann zeigen, ob die Messung im italienischen Untergrundlabor ein Messfehler war oder ob wir hier wirklich Dunkle Energie gefunden haben.

Noch mehr Informationen zum Mysterium der Dunklen Energie gibt es in diesem Video:

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