Weißt Du, was Raumzeit ist?

Wenn es Dir so geht wie mir, hast Du diesen Begriff schon das ein oder andere Mal gehört, bist aber nicht so recht in der Lage zu erklären, was es mit der Raumzeit auf sich hat. Wenn ich den Versuch starte die Raumzeit zu erklären, kann ich lediglich in den Ring werfen, dass diese etwas mit Einstein und seiner Relativitätstheorie zu tun hat. Dies macht mich nicht glücklich, weil dies keine verständliche Erklärung, sondern nur das Erwähnen zusätzlicher Informationen ist.

Zum Glück gibt es Menschen auf dieser Welt, die die Sache mit der Raumzeit verstehen und es auf sich nehmen Menschen wie mir, die ihr gesamtes Physikwissen aus dem Schulunterricht beziehen, dieses Konzept zu erklären. Einer dieser Menschen ist der Autor von

Luciano Rezzolla: Die unwiderstehliche Anziehung der Schwerkraft. Eine Entdeckungsreise zu den Schwarzen Löchern. 

Lucianos Erklärung der Raumzeit

Einstein erklärte, das Raum und Zeit gleichbedeutend sind. Um dies deutlich zu machen, erschuf er den Begriff Raumzeit. Die Raumzeit umfasst jegliche Ereignisse, die

• jemals geschehen sind
• gerade geschehen
• in Zukunft geschehen werden

Dass ich gerade diesen Beitrag schreibe, ist ein Ereignis in der Raumzeit. Dass Du den Beitrag gerade liest ist ein anderes Ereignis in der Raumzeit. Jedes dieser Ereignisse lässt sich durch 4 Stücke Informationen bestimmen

• eine zeitliche Dimension
• drei räumliche Dimensionen

Weil alles, was wir tun, immer an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Zeit stattfindet, verkündet Einstein in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie, dass unsere Vorstellung von Raum und Zeit als gesonderte Einheiten falsch ist. Daher hat er in seine Gleichungen eine Bewegung im Raum einer Bewegung in der Zeit gleichgesetzt.

Obwohl die Erklärung unseres Autors in sehr einfachen Worten verfasst wurde, habe ich noch immer nicht das Gefühl die Sache mit der Raumzeit verstanden zu haben. Vielleicht verstehe ich das Konzept der Raumzeit, wenn ich Antworten auf die folgenden Fragen finde, die mir gerade im Kopf herumschwirren:

• Was sind die drei räumlichen Dimensionen?
• Was kann ich mit der Raumzeit anstellen?
• Wie lauten die Gleichungen?

Was sind die drei räumlichen Dimensionen?

Ich weiß, dass ich 3D Filme schauen kann und dass das 3D für 3-dimensional steht. Ich weiß auch, dass normale Filme nur zwei Dimensionen haben. Womit ich mich immer schwer tue, ist zu verstehen, was genau diese 3 Dimensionen sind. Ich weiß, dass ich beim Zeichnen eine dritte Dimension erzeuge, wenn ich nicht nur die Vorderseite eines Würfels zeichne, sondern einige seiner Seiten. Was ich nicht begreife, ist die Sache mit den ersten beiden Dimensionen. Ich frage mich wie genau ein 1-dimensionaler Würfel aussehen würde. Lass uns daher mal schauen, ob uns unser Internet diese banale Frage beantworten kann.

Dieses YouTube Video beantwortet meine banale Frage und verrät uns, dass

• 1 Dimension ein Punkt oder Strich ist
• 2 Dimensionen eine Fläche sind
• 3 Dimensionen eine Fläche mit einer Tiefe sind
• 4 Dimensionen kann der YouTuber nicht erklären. Dank unserem Autor wissen wir, das diese nicht zeichenbar ist, weil die vierte Dimension die Zeit ist.

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Da eine Dimension nur ein Punkt oder Strich ist, gibt es keinen eindimensionalen Würfel, daher kann ich auch keinen zeichnen.

Was kann ich mit der Raumzeit anstellen?

Indem wir die Raumzeit messen können wir große und schwere Dinge wie schwarze Löcher sehen, die so weit entfernt sind, dass wir sie nicht sehen.  Wie genau das funktioniert, verstehe ich allerdings nicht. Es hat in jedem Fall was mit der Gravitation (die uns schon einmal in diesem Beitrag über Gravitationsastronomie begegnet ist) zu tun. Die Gravitation sorgt dafür, dass Dinge angezogen werden. Dank der Erdgravitation fallen wir immer nach unten und nie nach oben. Die Gravitation hat also erheblichen Einfluss auf den Ort, an dem wir uns befinden und da Ort und Zeit dank der Raumzeit miteinander verknüpft sind, beeinflusst die Gravitation auch die Zeit. Mir ist halt nur völlig schleierhaft, wie genau das geht.

Wie lauten Einsteins Gleichungen?

In diesem YouTube Video werden einige Gleichungen Einsteins erklärt. Wir erfahren, dass Licht sich immer in Lichtgeschwindigkeit bewegt. Die Geschwindigkeit des Lichtes ist absolut, sie ist nie schneller und nie langsamer. Doch was passiert, wenn wir Licht beschleunigen, also zum Beispiel ein in einer Licht Uhr gefangenes Lichtteilchen in ein Raumschiff packen und dieses durch das All fliegen lassen? Von außen betrachtet hat das Lichtteilchen nun eine größere Strecke zurückgelegt. Doch wie kann das sein. Wie kann ein Lichtteilchen, dass sich bereits mit maximaler Geschwindigkeit bewegt eine größere Strecke zurücklegen?

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Die Antwort auf die Frage gibt die Gleichung Geschwindigkeit ist gleich Strecke durch Zeit. Was so kompliziert klingt, ist etwas ganz Einfaches. Wir kennen diese Gleichung von unserem Tacho im Auto. Denn mit diesem fahren wir km/h also Kilometer (Strecke) in der Stunde (Zeit). Da die Geschwindigkeit eines Lichtteilchens absolut ist, bedeutet das, dass sich eine andere Variable in der Gleichung ändert. In diesem Fall also die Zeit. Für das Lichtteilchen im Raumschiff ist weniger Zeit vergangen als für uns, die das Raumschiff betrachten.

Fazit

So richtig verstanden habe ich die Sache mit der Raumzeit auch nach unserer heutigen Recherche nicht. Die erste Erkenntnis, die uns unser Autor vermittelt hat, ist für mich völlig nachvollziehbar. Ich versteh, dass alles, was geschieht zu einer bestimmten Zeit an einem bestimmten Ort geschieht. Was mich noch immer verwirrt ist die Sache mit der unterschiedlich schnell verlaufenden Zeit. Trotz des Raumschiff-Beispiels bleibt es mir unbegreiflich warum für Dinge, die schneller als ich unterwegs sind die Zeit langsamer vergeht als für mich. Zudem bereitet mir die Sache mit der Gravitation und der Raumzeit noch immer Schwierigkeiten. Doch wer weiß, vielleicht kommt eines Tages der Tag, an dem sich auch meine letzten Wissenslücken in diesem Bereich füllen werden und ich die Sache mit der Raumzeit und Einsteins Theorien verstehen werde.