Relativitätstheorie

Es ist in meinem Fall eher ein halbblindes Herantasten als ein wirkliches Verstehen, wenn ich die großen Themen und Fragen der theoretischen Physik oberflächlich streife.
Doch heute muss man 'relativistische Effekte' ja schon kapiert haben, um einen anspruchsvolleren ScienceFiction-Roman nicht im Blindflug zu lesen.


Die beiden nachfolgenden Dokumentationen eignen recht gut sich als Einstieg - sie erläutern, wie Albert Einstein die Theorie ausgearbeitet und begründet hat.

Allgemeine Relativitätstheorie



Spezielle Relativitätstheorie 

• Teil 2

Physik des Lebens - Hans-Peter Dürr

"Die Natur ist im Grunde nur Verbundenheit;
das Materielle stellt sich erst hinterher heraus."

Vortrag des Quantenphysikers und 'Enkel Heisenbergs' über die neue ganzheitliche Physik, den "Geist" in der Materie und die Grenzen des Denkens

Hans-P. Dürr (geb. 1929) war von 1958 bis 1976 Mitarbeiter von Werner Heisenberg, den er in seinem Projekt zur Entwicklung einer vereinheitlichten Feldtheorie der Elementarteilchen unterstützte.

Eine Einheitliche Feldtheorie soll alle Materie und Kraftfelder des Universums in einer Formel, dem „vereinheitlichten Feld“ oder „einheitlichen Feld“, zusammenfassen. Die manchmal verwendete Bezeichnung “Weltformel” weist auf das Ziel hin, alle Wechselwirkungen sowie die Eigenschaften (Spin, Masse, Ladung) aller Elementarteilchen zu erklären.

Der spätere Direktor des Max-Planck-Instituts für Physik und Astrophysik habilitierte an der Universität München als Forscher in den Schwerpunkten Kernphysik, Elementarteilchenphysik und Gravitation. Nach seiner Emeritierung widmete er sich zunehmend auch erkenntnistheoretischen und gesellschaftspolitischen Fragestellungen. Im Zuge seiner Erkenntnis unserer Verantwortung für einen ressourcenschonenden Umgang mit unserer Umwelt gründete er das Global Challenges Network (GCN e.V.) –diese Organisation knüpft ein Netz aus Projekten und Gruppen, die konstruktiv und gemeinsam „an der Bewältigung der Probleme arbeiten, die uns und damit unsere natürliche Umwelt bedrohen“.

Siehe auch:

• Am Anfang war der Quantengeist
• Die Welt als Ganzes

Zur Einstimmung einige Gedanken Dürrs aus dem o.a. Interview über den Quantengeist, die auch im nachfolgenden Vortragsvideo zur Sprache kommen:

• "Im Grunde gibt es Materie gar nicht. Jedenfalls nicht im geläufigen Sinne. Es gibt nur ein Beziehungsgefüge, ständigen Wandel, Lebendigkeit. Wir tun uns schwer, uns dies vorzustellen. Primär existiert nur Zusammenhang, das Verbindende ohne materielle Grundlage. Wir könnten es auch Geist nennen."
  

• "Wenn wir über die Quantenphysik sprechen, sollten wir eine Verb-Sprache verwenden. In der subatomaren Quantenwelt gibt es keine Gegenstände, keine Materie, keine Substantive, also Dinge, die wir anfassen und begreifen können. Es gibt nur Bewegungen, Prozesse, Verbindungen, Informationen. Auch diese genannten Substantive müssten wir übersetzen in: Es bewegt sich, es läuft ab, es hängt miteinander zusammen, es weiß voneinander."
  
• "Mein Gehirn soll mir im Wesentlichen helfen, den Apfel vom Baum zu pflücken, den ich für meine Ernährung brauche. Unsere Umgangssprache ist eine Apfelpflücksprache. Sie hat sich herausgebildet, weil sie enorm lebensdienlich ist. Bevor ich eine Handlung ausführe, spiele ich diese erst einmal in Gedanken durch, um zu erfahren, ob sie zum gewünschten Ziel führt – ja oder nein? ...Aber diese zweiwertige Logik (Ja-oder-Nein) ist eben nicht die Logik der Natur. Die Quantenphysik beschreibt die Natur viel besser, denn in der Quantenwelt herrscht die mehrwertige Logik, also nicht nur Ja und Nein, sondern auch Sowohl/Als-auch, ein Dazwischen. Eben das Nicht-Greifbare, das Unentschiedene. Daran müssen wir uns gewöhnen.
  
• "Solange Sie es sich vorstellen können, liegen Sie falsch. Nehmen wir ein Elektron. Also ein physisches Teilchen, von dem ich weiß, dass es das eigentlich gar nicht gibt...Es ist eine winzige Artikulation der Wirklichkeit, etwas, das wirkt, das passiert, das etwas auslöst."
  
• "Die alte Naturwissenschaft ist ... nicht falsch. Sie gilt jedoch nur in einem vergröberten Sinn. Was für unseren Alltag total ausreicht. Die Wirklichkeit in der neuen Physik ist Potenzialität, eine Welt der Kann-Möglichkeiten, sich auf verschiedene Art materiell-energetisch zu verkörpern."

 

Abschied vom Reduktionismus der klassischen Physik

Reduktionismus ist zunächst eine philosophische Lehre, nach der ein System durch seine Einzelbestandteile (‚Elemente‘) vollständig bestimmt wird.
René Descartes hielt Tiere - im Gegensatz zu Menschen - für reduktiv erklärbare Automaten:

Im klassischen Welt- und Menschenbild verhaftete Naturwissenschaftler setzten alles daran, die materiellen Welt zu erforschen, indem sie deren ‘Gegenstände’ in immer kleinere Einheiten zerlegten. Damit glaubten sie, ihre angeblich unteilbaren Bausteine zu erkennen.
Als sie auf ihrer Suche nach der 'reinen Materie' bei den Atomen der chemischen Elemente angelangten, schien das Ziel erreicht: Atome wurden für nicht weiter spaltbare Kandidaten der reiner Materie gehalten.

Sehr bald wiesen Experimente auf die innere Struktur dieser angeblich unteilbaren Bausteine hin: ein winziger Atomkern ging aufgrund elektrisch verschiedener Ladung eine Verbindung mit einer diffusen Hülle aus Elektronen ein. Atome bestanden also aus noch kleineren Bestandteilen, den Elementarteilchen. Doch konnte dieses System aus Kern und Hülle nach den Regeln der klassischen Physik nicht stabil sein, es müsste spontan in sich zusammenstürzen.
Stabilität konnte nur existieren, wenn man eine ganz eigenartige Dynamik zu Grunde legte:

"Es konnte diese Teilchen gar nicht geben, sie wurden nur durch eine stationäre immaterielle Schwingung vorgetäuscht. Daraus folgte: Atome sind nicht mehr aus Materie aufgebaut. Die Materie verschwand, und nur eine Form blieb übrig."

Die alte Physik mit ihrem festen Vertrauen auf eine materielle, existenzgebende Struktur von Allem stürzte in sich zusammen. Denn es stellte sich heraus:Unterhalb einer sehr kleinen Skala ist Materie nicht aus Materie aufgebaut; das Fundament der Welt ist nicht materiell!

Auf dieser Skalierungsebene finden sich Informations- und Wahrscheinlichkeitsfelder, die mit Energie und Materie nichts zu tun haben. Resultierend musste die Grundanschauung der Physik an dieser Stelle verändert werden:
Die Natur ist im Grunde nur Verbundenheit, das Materielle stellt sich erst hinterher heraus.

Wenn "Verbundenheit sich mit Verbundenheit" verbindet, dann entsteht der Eindruck stofflich-fester Materie: Einem Tisch sehen wir nicht an, das er im wesentlichen aus (Atomkernen umgeben von einer Elektronenhülle, dazwischen ist) ‘Nichts’ besteht.

In einer präzisierten Sicht (die in unserer Alltagswirklichkeit kaum je vorkommt, aber durch die Quantenphysik klar beschrieben werden kann) ist Wirklichkeit ist nicht dingliche (=aus Materie geformte) Wirklichkeit, sondern Wirklichkeit ist reine Verbundenheit oder Potenzialität. Sie ist zugleich eine Dynamik, etwas Prozesshaftes.

In unserer metaphorischen Sprache ¹⁾ finden sich nur wenige Substantive, welche mit dieser  Verbundenheit sinnvoll assoziierbar sind. Dürr schlägt deshalb drei Substantive vor - Liebe, Geist, Leben - wenngleich Verben eher geeignet seien: leben, lieben, fühlen, wirken, sein.

Wirklichkeit impliziert zwar die Möglichkeit, sich unter gewissen Umständen als Materie und Energie zu manifestieren, aber sie ist nicht die Manifestation selbst, sondern weit mehr.

 

“Diese fundamentale Verbundenheit führt dazu, dass die Welt eine Einheit ist.”

Es gibt überhaupt keine Möglichkeit, die Welt in Teile aufzuteilen, weil alles mit allem zusammenhängt!

[Dies zeigt sich unter anderem im Phänomen der Verschränkung von Photonen, die in einer “spukhaften Fernwirkung” selbst über eine Entfernung von Lichtjahren verbunden bleiben. Siehe dazu die Erläuterung des Quantenphysikers Anton Zeilinger:

Intuitiv hat man dies wohl schon in der Antike erfasst, schließlich formulierte bereits Aristoteles:"Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile." Er erkannte auch, dass Kausalität (Ursachen, welche der Wirklichkeit zugrunde liegen) den Schlüssel bildet, um die Wirklichkeit zu erfassen.

Wo Alles mit Allem zusammenhängt, fällt jede Grundlage für ein reduktionistisches Realitätsverständnis weg: wir verstehen nicht, 'was die Welt im Innersten zusammenhält', wenn wir sie in ihre Bestandteile zerlegen und daraus schlussfolgern. Die entgegengesetzte Herangehensweise wird dadurch gestützt: Holismus (‘Ganzheitslehre’) lehrt, dass die Elemente eines Systems (einer „Ganzheit“) durch die Strukturbeziehungen vollständig bestimmt sind.

Hartgesottene 'Materialisten', die jede holistische Weltsicht (‘Alles ist Eins / Alles ist mit Allem verbunden’) als esoterischen Mumpitz abtun, mögen sich daran erinnern, dass Dürr durchaus als kritischer Rationalist gelten kann - zumindest im Hinblick auf seine naturwissenschaftlich konsequente Methodik.

 

Wirklichkeit ist “kreativ, offen, grenzenlos”

Anstelle von statischen Materie-Teilchen, die zeitlich mit sich selbst gleich bleiben, existieren kreative Prozesse:  “Etwas entsteht aus dem Nichts und vergeht im Nichts.” Diese Prozesse folgen in dem sich abzeichnenden Weltbild nicht der ursprünglichen Vorstellung von Evolution, denn die Schöpfung entwickelt sich nicht in der Zeit. Vielmehr ereignet sich die Welt in jedem Augenblick neu − aber mit der 'Erinnerung', wie sie vorher war. Sie wird nicht völlig anders, sondern sie ähnelt der Welt, wie sie vorher war.

Dürr spricht von einigen 'Langweilern', denen im Prozess der ständigen Neuschöpfung nichts anderes einfällt, als sich selbst wieder zu reproduzieren, also eine Kopie von sich zu machen.

“Diese letztlich uninteressanten Phänomene sind das, was wir als Materie oder Energie bezeichnen. Also alles, was sozusagen phantasielos ist, erscheint als Energie oder Materie (geballte Energie). Aber das ist es, woran wir uns orientieren!”

Hmm...zwar erahne ich ungefähr, was hiermit gemeint sein mag – wie lässt sich diese wichtige Erkenntnis auf die Normalität des menschlichen Daseins (= wie wir die Welt um uns herum wahrnehmen) übertragen und für ein besseres Verstehen unserer Wirklichkeit anwendbar machen??
Die philosophische und ethische Konsequenz des ‘Alles ist Eins’ liegt theoretisch zwar auf der Hand – doch scheint uns die Wahrnehmung im Alltag das genaue Gegenteil aufzuzeigen (Individualität, Ich-Prinzip, Verlustängste, aber auch die ganz profanen, materiellen Zwänge des menschlichen Daseins).

Die zentrale Erkenntnis der neuen Physik mündet zudem in eine Richtung, die mit Normalität (unserem Alltagsverständnis mit seiner Unterscheidung zwischem Belebtem und Unbelebtem) kaum etwas gemein hat: Wirklichkeit – die Verbundenheit oder Potenzialität – scheint mehr Ähnlichkeit zu haben mit dem Lebendigen als mit dem Unbelebten. Denn sie hat keine Grenzen, sondern bildet ein offenes, dynamisches "unauftrennbares Ganzes", von dem Dürr sagt:

“Ich könnte diese Wirklichkeit als Geist charakterisieren. Dies hieße: Die Grundlage der Welt ist nicht materiell, sondern geistig. Und die Materie ist gewissermaßen die Schlacke des Geistes, sie bildet sich hinterher durch eine Art Gerinnungsprozess.”

Das alte, materielle Weltbild warf die Frage auf, wie es in einem Gefüge aus getrennter Materie und Wechselwirkungen möglich war, immer komplexere Formen zu bilden …bis schließlich Lebewesen und dann auch auch der Mensch entstand. Dagegen bleibt im 'neuen Weltbild' zwar das Eine oder Unteilbare das ‘Nicht-Zweihafte’, doch es beginnt sich zu differenzieren , ohne je die Gemeinsamkeit aufzugeben.

“Es wird die Differenzierung organisiert, nicht das Zusammenkommen von Getrenntem wie im alten Bild.”

Damit gewinnen wir ein gänzlich anderes Wirklichkeitsbild, das nicht länger von getrennten Einzel- bzw. Bestandteilen ausgeht.

Die Welt ähnelt gewissermaßen mehr einer befruchteten Eizelle, die anfängt sich zu teilen: Sie teilt sich aber gar nicht, es wird nur eine Membran eingeführt, so dass die linke Hälfte von der rechten etwas abgeschirmt wird, wie eine Hecke, aber keine Mauer. Es ist immer noch das eine System, aber man kann links unbekümmert etwas anderes machen als rechts.

Die Ähnlichkeit zu einem Hologramm drängt sich förmlich auf: Sämtliche Untersysteme des Ganzen werden sich immer auf das Ursprüngliche beziehen und auf diese Weise Bedeutung und Sinnhaftigkeit aus dem Verbleiben im Gesamtzusammenhang ableiten.-

Dürr bleibt nicht 'nur' in der mikrokosmischen Quantenwelt, sondern er versucht, dieses neue Weltbild in seiner Bedeutung für unsere täglich wahrgenommene Lebenswelt einzuordnen. Um dies zu ermöglichen, spreche er nicht länger von den Teilchen der klassischen Physik, sondern von komischen immateriellen Kleinstprozessen, die er als "Wirks" bezeichnet und so charakterisiert:

"Die sind so wimmelig wie die Ameisen in einem Ameisenhaufen.

Schüttelt man nun Menge ('Billionen mal Billionen') solcher Wirks gut durch, dann zeigt sich als durchschnittliches Verhalten tatsächlich wieder die klassische Physik - also der Anschein von Materie, strenger Naturgesetze etc.”

Die alte Physik mit der uns vertraute Mittelung (= dem Versuch, Beobachtungen auf einen Durchschnitt hin zu normieren) bedeutet stets eine vergröberte Betrachtung. Wie grob sie ist, hängt von der Zahl der Wirks ab. Was zeichnet nun aber Leben und Bewusstsein aus, wie wir es kennen?

Könnte es so sein, dass nur die tote Materie gut durchgeschüttelt und ausgemittelt ist, aber dass für lebendige Organismen diese Durchmischung auf irgendeine Weise behindert wird, so dass etwas von der Lebendigkeit am Grunde in unsere Welt nach oben schwappt?

Das Lebendige gleiche nicht einer fest verschraubten Maschine, die starren (determinierten) Abläufen folge, sondern rühre von chaotischen Bewegungen her, die auf statischen Instabilitäten beruhen, die allerdings innerhalb eines potentiellen Erwartungsfeldes liegen.

Aha...alles klar... Um zu verdeutlichen, was hierunter zu verstehen sei, verwendet Dürr folgende Analogie:

"Stehe ich auf einem Bein, dann bin ich instabil. Ich habe die 'Freiheit', in jedem Augenblick in jede Richtung fallen zu können. Nun habe ich aber ein zweites Bein, mit dem ich genauso auf der Kippe bin. Wenn ich anfange zu gehen, wechsle ich geschickt von einer Instabilität in die andere über. Die Kooperation von zwei Instabilitäten kann so zu einer Bewegung führen, die dynamisch stabil ist. Lebendigkeit ist dynamisch stabilisierte Instabilität.

Bei diesem Bild ist zu berücksichtigen, dass ein Bein beim Gehen immer den Fall abstützt. Gehen ist 'eigentlich ein ewiges Fallen', aber dazwischen muss müssen beide Beine abwechselnd gestreckt werden, was Energie erfordert. Lebendigkeit ist also nur möglich, wenn dem System ständig Energie zugeführt wird.

Unbelebte Erscheinungsformen entstehen durch Ausmittelung der Verbundenheit (Zulassen der Entropiewirkung?), die lebendigen Erscheinungsformen jedoch aus einer energetisch unterstützten dynamischen Stabilisierung statischer Instabilitäten.”

Das muss man (ich zumindest) einige Male lesen, um es ganz zu erfassen - am besten im → Originaltext. Einleuchtend ist zumindest, dass biologisches Leben ein Phänomen darstellt, welches energiereich, sensibel und instabil ist. Tod ist gleichbedeutend mit (vorübergehendem?) Energieverlust, mit Desorganisation in weniger komplexe Subsysteme, welche folglich weitaus stabiler sind.

 

Das Lebendige ist unwahrscheinlich

Der Lebensprozess läuft somit in entgegengesetzter Richtung zu den Prozessen der unbelebten Natur ab. Die unbelebte Natur geht in Richtung der größeren Unordnung (Entropie):
Ein differenziertes System, dass sich selbst überlassen wird (dem also nicht fortwährend Energie zur Aufrechterhaltung seiner spezifischen Ordnung zugeführt wird), tendiert zum weniger Differenzierten.

Das Paradigma des Unlebendigen lautet: In Zukunft passiert das Wahrscheinlichere wahrscheinlicher. Das Lebendige entwickelt sich jedoch in die umgekehrte Richtung, hier gilt: In Zukunft ist das Unwahrscheinliche nicht unwahrscheinlich. Die Evolution des Lebendigen beginnt mit einfachen Systemen und Organismen und 'endet' nach Milliarden Jahren mit wir einem hochkomplexen System namens Mensch - "das Unwahrscheinlichste, das man sich überhaupt vorstellen kann".

Die Evolution des Menschen ist die unwahrscheinlichste aller Entwicklungsgeschichten. Die energetische Grundvoraussetzung für die Entwicklung des Lebens auf der Erde wurde und wird durch die Sonne abgebildet, welche dauernd Energie zur Verfügung stellte. Sie ist die treibende Kraft, warum das Biosystem sich in Richtung höherer Differenzierung weiterentwickeln kann.
Aber Energie allein reicht nicht aus!

Beim Gehen muss ich das Bein jeweils im richtigen Augenblick strecken − ich brauche zumindest für die Konzeption des Gehens eine kooperative Intelligenz - eine Information im Hintergrund legt fest, in welchem Augenblick ich welches Bein wie bewegen muss. Das braucht Erfahrung, bevor eine Automatisierung (durch gespeicherte=erlernte Bewegungsabläufe) möglich wird. Das gilt für alle lebenden Prozesse (zumindest in ihrer 'Konzeptionsphase'). Lebendiges zeichne sich aus durch homöostatische Prozesse, die durch viele dieser Ausgleichsprozesse dynamisch im Gleichgewicht gehalten werden.

Eine ungeahnte Kooperation von Instabilität macht das ganze System zu dem, was wir die Biosphäre nennen. Eine phantastische Kooperation!

(Für mich ist faszinierend und phantastisch, dass ein Physiker im Zusammenhang mit dem Leben von kooperativer Intellgenz sprecht;-) Dürr spricht zwar in diesem Kontext nicht ausdrücklich von Gott, aber immerhin von Geist und Intelligenz als Voraussetzung für Leben)

 

Biosystem Erde - instabil, weil lebendig

Das Biosystem besitzt nicht den hierarchischen Charakter einer stabilen Pyramide, bei der ganz unten die einfachen Arten vegetieren, gefolgt von immer höheren Arten und an der Spitze der Mensch als komplexestes System und vermeintliche Krone der Schöpfung.

“Wir turnen nicht auf etwas herum, das absolut stabil und unzerstörbar ist.”

Eher gleicht das Biosystem mehr einem Kartenhaus: Jede Karte eine Instabilität, die sich alle wechselseitig bedingen und stützen. Das Biosystem ist freilich stabiler als ein Kartenhaus, weil es dynamisch stabilisiert wird. Kräftegleichgewichte und Balancen werden immer wieder neu justiert, damit das Ganze nicht einstürzt, falls sich das Gewicht oben verlagert. Die Natur ist auf Grund dieses eingespielten Stabilisierungsprozesses, ziemlich robust.

Nur deshalb ist das Bio-Kartenhaus trotz des großen Unfugs, den wir Menschen im Augenblick betreiben, bisher noch nicht zusammengestürzt.

Aber es lässt sich in etwa abschätzen, was noch an Belastungen fehlt, bevor das ganze Kartenhaus zusammenbricht, also die Biosphäre in ihrer Artenvielfalt und Kooperationsfähigkeit ernstlich beschädigt wird und damit der Mensch sich in tödliche Gefahr begibt. Mit anderen Worten: Das System Biosphäre ist instabil - und derzeit akut bedroht: Die beschleunigte Zerstörung der bioökologischen Diversität ganzer Lebenskomplexen ist in der Erdgeschichte wohl von einmaligen Ausmaß (vielleicht abgesehen von den wenigen Ereignissen, die ein Massensterben zur Folge hatten, wie etwa vor 65 Millionen Jahren).-  

 

Dürr auf die Frage nach dem Jenseits, einer Existenz nach dem Tode

"...Was wir Diesseits nennen, ist ja eigentlich die Schlacke, die Materie, also das, was greifbar ist. Das Jenseits ist alles Übrige, die umfassende Wirklichkeit, das viel Größere. Das, worin das Diesseits eingebettet ist. Insofern ist auch unser gegenwärtiges Leben bereits vom Jenseits umfangen.

Wenn ich mir also vorstelle, dass ich während meines diesseitigen Lebens nicht nur meine eigene kleine Festplatte beschrieben habe, sondern immer auch etwas in diesen geistigen Quantenfeldern abgespeichert habe, gewissermaßen im großen Internet der Wirklichkeit, dann geht dies ja mit meinem körperlichen Tod nicht verloren. In jedem Gespräch, das ich mit Menschen führe, werde ich zugleich Teil eines größeren geistigen Ganzen. In dem Maße, wie ich immer auch ein Du war, bin ich, wie alles andere auch, unsterblich."

Vortrag: Ganzheitliche Physik

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Zusammenhänge von Entropie, Unordnung sowie aktiver/reaktiver Ordnung werden hier umfassend erläutert und in den Kontext einer zyklischen, evolutionären Entwicklung des Lebens, des Bewusstseins bzw. des gesamten Universums gestellt.

1) “Die metaphorische Sprache ist eine Art einer natürlichen Sprache, die man sich aus den willkürlichen, aber bestimmten Wörtern baut. Deswegen gefällt sie so sehr”. Christoph Georg Lichtenberg

Stichwort: Raumzeit

Einführung

Dem Verständnis der besonderen Eigenschaften schwarzer Löcher kann man sich offenbar nur annähern, wenn man mit den Begriffen der 'Krümmung von Raum und Zeit' und der Gravitation (Schwerkraft) wenigstens im Ansatz vertraut ist. Schade eigentlich, dass ich Physik als erstes Schulfach abgewählt habe, nur weil ein paar Limes- und Integralsymbole an der Plastiktafel mir spontan zu einer Panikattacke und Pickeln verhalfen :-| 

Formulierungen wie 'Masse krümmt den Raum' vermitteln mir kein anschauliches Bild  - denn Raum war für mich immer das unausgefüllte Innere eines Objektes beliebiger Größe...und dieses Innere stellte gewissermaßen das Potenzial dar, andere (kleinere) massehaltige Objekte aufzunehmen. Raum hatte in meiner beschränkten Vorstellung stets den Charakter eines Gefäßes. Und dieses Gefäß soll gekrümmt werden können ...hä?

Facheute beschreiben Raum weniger verworren, nämlich so:

Raum ermöglicht allen materiellen Objekten eine Ausdehnung, er selbst existiert als grundlegendes Ordnungsmodell, dies aber nur in Relation zu diesen Objekten. Ebenso spielen sich alle physikalischen Vorgänge im Raum ab, er ist somit eine Art „Behälter“ für Materie und Felder.

In diesem Raum, darstellbar durch ein Koordinatensystem, lässt sich jeder beliebige Punkt eindeutig durch die Angabe bezeichnen, wie weit er nach rechts, nach vorn und nach oben von einem gewählten Bezugspunkt entfernt ist. Kennt man noch aus der Schule...diese Angaben sind die Koordinaten des Punktes, man braucht drei Koordinaten (x,y,z), um jeden Punkt eindeutig zu bezeichnen.

Es sind also drei Richtungen (Dimensionen) vonnöten, daher ist der Raum dreidimensional. Die Koordinaten eines Punktes hängen vom Ort des Beobachters ab, d.h. welchen Bezugspunkt dieser Beobachter eingenommen hat. Und dann muss man sich noch einigen, welche Richtungen als rechts, vorn oder oben gewählt werden.

3-dimensionales Koordinatensystem 

Wollte man sich an so einem 'Punkt' verabreden, benötigt man neben dessen Ort noch eine weitere Dimension - die Zeit, zu der man zusammentreffen möchte. So lassen sich alle Ereignisse anhand dieser vier Dimensionen bezeichnen. Diese Menge aller (im Universum ablaufenden) Ereignisse wird als Raumzeit zusammengefasst.

Stellt man sich ein beliebiges Ereignis als festgehalten auf einem Bild (mit Zeitangabe) vor, so kann man sich die gesamte Raumzeit als einen (ziemlich großen:) Stapel solcher Bilder vorstellen (so ähnlich wie ein Daumenkino):

Damit hat vereinfacht die vierdimensionale Raumzeit erfasst, indem man Dreidimensionalität in eine Abfolge zweidimensionaler Teilansichten aufgeteilt hat. Die Zeit als vierte Dimension zeigt sich in der Geschwindigkeit des Durchblätterns.

Im Hinterkopf behalten sollten man, dass die Raumzeit ein Ganzes ist - erst ein Beobachter zerlegt es in Schichten gleicher Zeit. Mit anderen Worten: Nicht allein die Ortsbestimmung (x,y,z-Koordinaten) eines Ereignisses, sondern auch auch dessen Zeit hängen vom Beobachter ab (sind relativ). Es gibt keine universale Zeit, die sich unabhängig vom Beobachter jedem Ereignis zuordnen lässt.

Krümmung

Soweit ich dies verstanden habe, wendet man Ergebnisse geometrischer Berechnungen auf Raum und Zeit an (d.h. anschauliche Vorstellungen von der Raumkrümmung existieren überhaupt nicht!):

Zweidimensionale Betrachtung: In einer (nicht gekrümmten) Ebene beträgt Umfang eines Kreises gleich 2 mal Π (Pi=3,142...) mal dem Kreisradius. Auf einer 'unebenen' Fläche kann der Umfang größer oder kleiner sein. Die Abweichung ist ein Indikator für eine Krümmung (die sich somit auch berechnen lässt).

Dreidimensionale Betrachtung: Betrachtet man einen Globus mit seinen Längengraden, erkennt man deren Krümmung (zumindest optisch). Es wird uns niemals gelingen, in kleines Rechteck aus der Oberfläche (einer beliebigen Kugel) herausschneiden und 'flach hinzulegen'. Vereinfacht könnte man sagen: Die Oberfläche einer Kugel ist eine 2-dimensionale Fläche, die gekrümmt im 3-dimensionalen Raum liegt.

Entsprechende Vorstellungen verbergen sich hinter der Raumkrümmung. Allerdings sind unsere Sinne auf die Wahrnehmung maximal dreidimensionaler geometrischer Strukturen beschränkt. Man kann daher eine Raumkrümmung nicht sehen, man kann sie sich auch nicht vorstellen.

Man unterscheidet bei der Krümmung zwischen der inneren und der äußeren Krümmung:

Die innere Krümmung lässt sich anhand der Geometrie im gekrümmten Raum selbst darstellen. Die innere Krümmung kann positiv sein ("nach außen gewölbt" / konvex, wie eine Kugel) oder negativ ("nach innen gewölbt"/ konkav).

Die äußere Krümmung kann nur festgestellt werden, indem die Lage des Raums im umgebenden, höherdimensionalen Raum, die so genannte Einbettung, betrachtet wird. Flächen mit äußerer Krümmung erhält man, indem man eine Blatt Papier (= eine Ebene) aufrollt, ohne es zu zerreisen oder verknittern. Auf solchen Flächen ändern sich die Gesetze der Geometrie nicht (Beispiel: Die Innenwinkelsumme eines aufs Papier gemalten Dreieck ändert sich nicht, wenn man das Papier aufrollt).

Bezogen auf die Raumkrümmung stellt man sich den Raum als eine solche zweidimensionale Ebene vor:

Diese zweidimensionale Beschreibung, also die Beschreibung ohne einen 3-dimensionalen Orientierungsrahmen zeigt danach die Charakteristik des Raumes.

Raum und Masse(n)

Der Zusammenhang zwischen Raum und Masse wird vielfach so beschrieben - wiederum am Beispiel eines zweidimensionalen Raumes:

Als zweidimensionalen Fläche wird man ein großes Tuch straff gespannt. In dessen Mitte wird eine Masse, z. B. eine Kugel gelegt: Das Tuch (=der zweidimensionale Raum) beult sich nach unten. Je größer diese Masse ist, desto stärker ist diese Beule! Lässt man wir nun eine kleine Kugel auf diese Beule zurollen, dann können wir sehen, wie sie langsam in diese Loch hinein rollt. Jedes Objekt, das sich dieser Ausbeulung im Bereich der Masse nähert, 'fällt' dort hinein, sofern seine Geschwindigkeit nicht zu groß ist und seine eigene Masse nicht größer ist, als die der ersten Kugel.

Einstein berechnete, das es in unserem dreidimensionalen Weltraum genauso ist: Im Bereich von großen Massen ist der dreidimensionale Raum gekrümmt und zwar in eine weitere (räumliche) Dimension, die für uns nicht mehr spürbar geschweige denn vorstellbar ist. Wir können nicht mit dem Finger auf sie zeigen oder sie sonst irgendwie wahrnehmen. Diese Raumkrümmung im Bereich großer Massen ist daher gleichbedeutend mit der Schwerkraft! Schwerkraft bezeichnet somit eine Verzerrung des Raumes im Bereich großer Massen!

Einstein sagte außerdem voraus, dass auch Licht durch schwere Massen gekrümmt wird: Tatsächlich wird Licht im Bereich großer Massen durch die Raumkrümmung etwas abgelenkt; dieser Effekt wurde auch im Bereich der Sonne nachgewiesen. Dazu hat man während einer totalen Sonnenfinsternis die Positionen der Sterne genau vermessen und sie mit ihren vorher bekannten Positionen verglichen. Dabei ergab sich die von Einstein vorhergesagte, geringe Abweichung, !

Höchste Zeit, das Feld den Profis zu überlassen:


Das Geheimnis von Raum und Zeit
(Eine Dokumentation über Einstein's Relativitätstheorie)




Siehe auch:

• Relativitätstheorie

Anm.: Ich bin jedem Physiker für eine zutreffende(re) Erläuterung dieser Zusammenhänge dankbar, soweit sie denn auch anschaulich und verständlich ist. Im Web habe ich wenig vorgefunden...

Der Mönch von Heisterbach

Eine Legende über die Relativität von Raum und Zeit

Bereits um die Gründung von Kloster Heisterbach rankt sich eine Sage: Zisterzienser-Mönche, welche seit dem 12. Jhdt. auf dem Petersberg (der früher auch Stromberg genannt wurde) siedelten, erhielten vom  Kölner Erzbischof, um die Erlaubnis, sich ein anderes Zuhause zu suchen. Nach einigen Diskussionen machte sich Ratlosigkeit breit: wohin sollten sie gehen? Letztlich entschieden die Mönche, sich auf den Instinkt von 'Bruder Matthes' zu verlassen, das war ihr Esel ...weiterlesen.-

Tatsächlich waren am 22. März 1189 auf Ersuchen des Kölner Erzbischofs Philipp von Heinsberg waren zwölf Mönche des Zisterzienserklosters Himmerod unter ihrem Abt Hermann auf den Petersberg gezogen. Vier Jahre später zogen sie ins Heisterbacher Tal, wo in den Jahren von 1203 bis 1237 die Abteikirche errichtet wurde. Informiert man sich auf der liebenswürdigen und interessanten Webseite "Rheindrache" eingehender, so erfährt man: die Abtei zählte zu den bedeutende Bauten der Spätromanik in Deutschland. 

Eine weitaus bekanntere Legende (die Abtei von Heisterbach gab es immerhin wirklich) spiegelt möglicherweise eine Vorahnung der von Einstein beschriebenen die Relativität von Zeit (und Raum) wieder: Sie berichtet von einem in jenem Kloster Heisterbach lebenden Mönch, der sowohl seine Heilige Schrift sehr gut kannte als auch andere Wissenschaften betrieb, um Gottes Schöpfung zu erforschen. Hierbei sei er "in Zweifel und dadurch wiederum in große Unruhe" geraten. Seinem Abt blieb diese Veränderung nicht verborgen; eines Tages redete er dem Mönch ins Gewissen: Wissen mache noch längst nicht weise - und: 

"Was nützte es dir denn, wenn du die ganze Welt begriffest und dabei Schaden littest an deiner Seele?" 

Der verstörte Mönch betete um seinen Glauben, doch dieses "unwissende Vertrauen auf Gott, wollte sich nicht mehr einstellen. Etliche Bibelworte ließen ihn grübeln, insbesondere die Worte in einem Psalm: 

 „Tausend Jahre sind vor Gott wie ein Tag.”  

Angestrengt sann er über das "Wesen der Zeit nach und wie sich dieses zu Gottes eigenem Wesen verhält". Gott aber habe den Mönch zugleich "in die Zeit- wie in die Ratlosigkeit geführt", als jener eines Tages einen Waldspaziergang unternahm und wie so oft über Zeit und Ewigkeit nachgrübelte...
Einem seltsamen Vogel folgend verirrt er sich in dem Wald, setzt sich auf einen Baumstein und "schloss ruhig atmend die Augen, indes der Vogel jetzt über ihm in den Wipfeln verharrte und alle Freude der Welt auf ihn hernieder sang." 
Dann schläft er ein.  
  Als er erwacht, begibt sich der Mönch leicht verwirrt, aber ausgeschlafen zurück in sein Kloster; doch dort hat sich einiges verändert: Er glaubt beinahe, in einer fremden Umgebung zu sein. Sogar einige bauliche Veränderungen fallen ihm auf. Niemand erkennt ihn, er ist um Jahrzehnte gealtert und hat schneeweißes Haar ...nun spürt er auch "eine sonderbare Müdigkeit in den Gliedern". In der Kirche erkennt er keinen seiner früheren Mitbrüder - und niemand kennt ihn. Voller Entsetzen platzt er mitten in ein gemeinschaftliches Gebet und fragt aufgeregt, wo denn die anderen seien...:
  

"Dann erkundigte man sich, wie er heiße und woher er komme. Und man begriff ihn nicht, als er antwortete, dass er Ivo heiße und im gleichen Jahr hier zu Heisterbach ins Kloster eingetreten sei, als Engelbert von Berg Erzbischof von Köln wurde . „Das sind dreihundert Jahre her”, sagte ungläubig der Abt und machte dazu ein Gesicht, als meinte er, einem Verrückten gegenüberzustehen. Da aber trat ein weiterer Mönch hinzu und sprach: „Nanntest Du dich soeben nicht Ivo? In den Annalen unseres Klosters steht vermerkt, dass ein Mönch dieses Namens zu Engelberts Zeiten hier im Kloster lebte Er soll sehr gelehrt, doch ein Zweifler gewesen sein. Eines Tages verschwand er im Walde und kehrte nie mehr zurück.”

Wie vom Blitz getroffen, stand da Ivo. Plötzlich begriff er alles. „Denn tausend Jahre sind dir wie ein Tag, der gestern vergangen ist, und wie eine Nachtwache” erklang es in ihm Mit schimmernden Augen, aus denen Tränen rannen, blickte er die Brüder alle an. Dann begann er mit zitternder Stimme zu erzählen, wie er bei all seinem gelehrten Forschen zum Zweifler geworden war und wie Gott ihn in die Zeitlosigkeit geführt hatte, um ihn erst jetzt wieder daraus zurückkehren zu lassen. Pater Ivo brach vor dem Altar auf die Knie nieder und stammelte: „Ein Wunder hast Du, o Herr, an mir getan. Sei gepriesen in Ewigkeit!” Eine unsagbare Seligkeit erfüllte sein Herz. Und indem die anwesenden Mönche noch erstaunt auf ihn blickten und nicht wussten, was sie von alledem denken sollten, sank er plötzlich nach vorn auf sein Gesicht, streckte wie zum demütigen Gebet langsam die Arme aus - und verschied.-"

Chorruine Kloster Heisterbach (Quelle: Wikimedia)

 

Der Mönch von Heisterbach

von Wolfgang Müller von Königswinter

Ein junger Mönch des Klosters Heisterbach  

Lustwandelt an des Gartens fernstem Ort. 

Der Ewigkeit sinnt still und tief er nach  

Und forscht dabei in Gottes heil'gem Wort.

Er liest, was Petrus der Apostel sprach: 

Dem Herren ist ein Tag wie tausend Jahr  

Und tausend Jahre sind ihm wie ein Tag.  

Doch wie er sinnt, es wird ihm nimmer klar.

Und er verliert sich zweifelnd in den Wald.  

Was um ihn vorgeht, hört und sieht er nicht.  

Erst wie die fromme Vesperglocke schallt,  

Gemahnt es ihn der ernsten Klosterpflicht.

Im Lauf erreichet er den Garten schnell;  

Ein Unbekannter öffnet ihm das Tor.  

Er stutzt - doch sieh, schon ist die Kirche hell  

Und draus ertönt der Brüder lauter Chor.

Nach seinem Stuhle eilend tritt er ein.  

Doch wunderbar, ein andrer sitzet dort,  

Er überblickt der Mönche lange Reih'n:  

Nur Unbekannte findet er am Ort.

Der Staunende wird angestaunt ringsum,  

Man fragt nach Namen, fragt nach dem Begehr,  

Er sagt's, da murmelt man durchs Heiligtum: 

Dreihundert Jahre hieß so niemand mehr.

Der letzte dieses Namens, tönt es laut, 

Er war ein Zweifler und verschwand im Wald;  

Man hat den Namen keinem mehr vertraut, 

Er hört das Wort, es überläuft ihn kalt.

Er nennt den Abt und nennt das Jahr.  

Man nimmt das alte Klosterbuch zur Hand, 

Da wird ein großes Gotteswunder klar:  

Er ist's, der drei Jahrhunderte verschwand.

Der Schrecken lähmt ihn, plötzlich graut sein Haar.  

Er sinket hin, ihn tötet dieses Leid.  

Und sterbend mahnt er seiner Brüder Schar:

   

Gott ist erhaben über Ort und Zeit.  

Was er verhüllt, macht nur ein Wunder klar. 

Drum grübelt nicht, denkt meinem Schicksal nach.  

Ich weiß, ihm ist ein Tag wie tausend Jahr,  

Und tausend Jahre sind ihm wie ein Tag.