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Größenordnung (Zeit)

Größenordnung (Zeit)

Dies ist eine Zusammenstellung von Zeiten verschiedener Größenordnungen zu Vergleichszwecken. Grundeinheit der Zeit im SI-Einheitensystem ist 1 Sekunde (1 s). Weitere im Folgenden verwendete Einheiten:
- 1 min = 60 s (Minute)
- 1 h = 3600 s (Stunde)
- 1 d = 86.400 s (Tag)
- 1 a = 365,25 d = 31.557.600 s (Jahr) Siehe außerdem Liste der Vorsilben für Maßeinheiten, Wissenschaftliche Notation

kürzere Zeiten als 10-6 s (1 µs)


- 5,4 · 10-44 s – Planck-Zeit. Bei Zeiten dieser Größenordnung endet der Gültigkeitsbereich der etablierten physikalischen Theorien. Manche diskutierten Erweiterungen gehen davon aus, dass die Zeit auf dieser Skala quantisiert ist.
- 7,618 · 10-22 s – Halbwertszeit des Elementes Helium-5
- 6,722 · 10-17 s – Halbwertszeit des Elementes Beryllium-8
- 2,5 · 10-16 s – kürzestes bislang erzeugtes Laser-Pulse (Stand 2002)
- 1,3 bis 2,5 fs (rund 2 · 10-15 s) – Periodendauer von sichtbarem Licht
- 200 fs (2 · 10-13 s) – schnellste chemische Reaktionen, beispielsweise Reaktion der Pigmente im Auge auf Licht
- 299 ns (2,99 · 10-7 s) – Halbwertszeit des Elementes Polonium-212

10-6s bis 10-3s (1 µs bis 1 ms)


- 1 µs – Blitzdauer eines handelsüblichen Hochgeschwindigkeits-Stroboskops
- 2 µs – Lebensdauer von Myon-Teilchen
- 22,7 µs – Abtastintervall bei digitalen Tonaufnahmen in CD-Qualität (Abtastrate 44,1 kHz)
- 33 µs – Periodendauer des höchsten hörbaren Tones (Frequenz 30 kHz)
- 164,3 µs – Halbwertszeit des Elementes Polonium-214

10-3 s (1 ms) bis 1 s


- 1 ms – typische Blitzdauer bei Foto-Blitzgeräten
- 1,25 ms – Abtastintervall für Tonaufnahmen in Telefon-Qualität (Abtastrate 8 kHz)
- 2 ms – Halbwertszeit des Elementes Hassium-265
- 2,27 ms – Periodendauer des Kammertons (a') in der Musik (440 Hz)
- 2,4 ms – Halbwertszeit des Elementes Ununbium
- 3 ms – Flügelschlag einer Stubenfliege
- 3,5 ms – Halbwertszeit des Elementes Meitnerium-266
- 5 ms – Flügelschlag einer Honigbiene
- 8 ms – Verschlusszeit einer Fotokamera bei Einstellung "125"
- 20 ms – Periodendauer der 50 Hz-Wechselspannung in europäischen Stromnetzen
- 33 ms – Periodendauer des tiefsten hörbaren Tones (Frequenz 30 Hz)
- ca. 100 ms – menschlicher Wimpernschlag; menschliche Reaktionszeit
- 102 ms – Halbwertszeit des Elementes Bohrium-262
- ca. 200-670 ms – ein Beat in zeitgenössischer Tanzmusik
- 838 ms – Halbwertszeit von Lithium-8

1 s bis 10 s


- 1,26 s – Laufzeit von Licht zwischen Erde und Mond
- 3,156 s (ungefähr "pi s") – ein "Nanojahrhundert" (beliebte Merkregel zur überschlagsmäßigen Umrechnung von Zeiten zwischen Sekunden und Jahren)
- ca. 5 s – Dauer eines typischen Atemzuges bei erwachsenen Menschen
- 9,77 s – Weltrekord im 100 m-Lauf der Herren (Stand 2005)

10 s bis 100 s


- 10,49 s – Weltrekord im 100 m-Lauf der Frauen (Stand 2005)
- 27 s – Halbwertszeit des Elementes Dubnium-261
- 30 s – Halbwertszeit des Elementes Seaborgium-266
- ca. 30 s – durchschnittliche Länge eines TV-Werbespots
- 60 s – eine Minute (1 min)
- 61 s – Halbwertszeit des Elementes Rutherfordium-261

100 s bis 103 (16,67 min)


- 102 s – Halbwertszeit des Elementes Nobelium-253
- 180 s = 3 min – Kochzeit für typische fertige Pastaprodukte
- ca. 500 s = 8 min 20 s – Laufzeit von Licht zwischen Sonne und Erde
- 886 s – Halbwertszeit eines freien Neutrons

103 s bis 104 s (16,67 min bis 2,778 h)


- 21,8 min – Halbwertszeit des Elementes Francium-223
- ca. 43,3 min – Laufzeit von Licht zwischen Sonne und Jupiter
- 58 min – Halbwertszeit des Elementes Nobelium-259
- 3600 s = 60 min – eine Stunde
- ca. 80 min – Laufzeit von Licht zwischen Sonne und Saturn
- ca. 160 min – Laufzeit von Licht zwischen Sonne und Uranus

104 s bis 105 s (2,778 h bis 27,78 h)


- ca. 4,17 h – Laufzeit von Licht zwischen Sonne und Neptun
- 5,52 h – Halbwertszeit des Elementes Mendelevium-257
- 8 h – typischer Arbeitstag in westlichen Ländern; typischer täglicher Schlafbedarf erwachsener Menschen
- 10,36 h – Halbwertszeit des Elementes Erbium-165
- 86.164 s = 23 h 56 min 4 s – Dauer einer Umdrehung der Erde um ihre eigene Achse
- 86.400 s = 24 h – ein Tag (1 d)
- 25,39 h – Halbwertszeit des Elementes Fermium-252

105 s bis 106 s (27,78 h bis 11,6 d)


- 3,824 d – Halbwertszeit des Elementes Radon-222
- 5 d – eine Arbeitswoche in westlichen Ländern
- 7 d – eine Woche
- 9,25 d – Halbwertszeit von Thulium-167
- 10 d – eine Neue Woche (décade) nach dem Kalender der französischen Revolution

106 s bis 107 s (11,6 d bis 116 d)


- 16,0 d – Halbwertszeit des Elementes Vanadium-48
- 27,3217 d – ein siderischer Monat
- 28 d oder 29 d – Länge des Monats Februar
- 29,53059 d – mittlerer synodischer Monat
- 30 d – Länge der Monate April, Juni, September, November
- 31 d – Länge der Monate Januar, März, Mai, Juli, August, Oktober, Dezember
- 51,5 d – Halbwertszeit des Elementes Mendelevium-258
- 83,79 d – Halbwertszeit des Elementes Scandium-46
- 87d 23,3 h – ein Umlauf des Planeten Merkur um die Sonne
- 93,1 d – Halbwertszeit des Elementes Thulium-168
- 100,5 d – Halbwertszeit des Elementes Fermium-257

107 s bis 108 s (116 d bis 3,17 a)


- 224,701 d – ein Umlauf des Planeten Venus um die Sonne
- 280 d – durchschnittliche Dauer einer menschlichen Schwangerschaft
- 354,37 d – ein Mondjahr
- 365 d – ein Jahr ohne Schalttag nach den meisten Sonnenkalendern
- 365,242199 d – mittleres Tropisches Jahr
- 365,2564 d – Siderisches Jahr
- 366 d – ein Schaltjahr nach den meisten Sonnenkalendern
- 373,59 d – Halbwertszeit des Elementes Ruthenium-106
- 396,1 d – Halbwertszeit des Elementes Neptunium-235
- 462,6 d – Halbwertszeit des Elementes Cadmium-109
- 640 d – mittlere Dauer einer Schwangerschaft eines afrikanischen Elefanten
- 1,88 a – ein Umlauf des Planeten Mars um die Sonne

108 s bis 109 s (3,17 a bis 31,7 a)


- 3,3 a – Halbwertszeit des Elementes Rhodium-101
- 4 a – Olympiade
- 11 a – Aktivitätszyklus der Sonnenflecken
- 11,87 a – ein Umlauf des Planeten Jupiter um die Sonne
- 12,126 a – Dauer des Tausendjährigen Reiches in Deutschland (23. März 1933 – 8. Mai 1945)
- 12,32 a – Halbwertszeit von Tritium (überschwerer Wasserstoff)
- 13,471 a – Dauer der Weimarer Republik (11. August 1919 – 30. Januar 1933)
- 16,071 a – Ära Kohl: Regierungszeit von Helmut Kohl als Bundeskanzler (1. Oktober 1982 – 26. Oktober 1998)
- 18,03 a – Sarosperiode
- 28 a – julianische Kalender-Periode
- 29,458 a – ein Umlauf des Planeten Saturn um die Sonne

109 s bis 1010 s (31,7 a bis 317 a)


- 40,988 a – Dauer der Deutschen Demokratischen Republik (7. Oktober 1949 – 3. Oktober 1990)
- 47,81 a – Dauer des Deutschen Kaiserreichs (18. Januar 1871 – 9. November 1918)
- 49 a – Halbwertszeit des Elementes Titan-44
- 68,9 a – Halbwertszeit des Elementes Uran-232
- 75 a – durchschnittliche menschliche Lebenserwartung in der westlichen Welt
- 84,0 a – ein Umlauf des Planeten Uranus um die Sonne
- 100 a = 3,16 · 109 s – ein Jahrhundert
- 122 a – höchste bekannte menschliche Lebensdauer
- 165 a – ein Umlauf des Planeten Neptun um die Sonne
- 248 a – ein Umlauf des Planeten Pluto um die Sonne
- 288 a – ein Umlauf des Planetoiden Quaoar um die Sonne

1010 s bis 1011 s (317 a bis 3.169 a)


- 400 a - gregorianische Kalender-Periode
- 418 a – Halbwertszeit des Elementes Silber-108
- 680 a – Halbwertszeit des Elementes Niob-91
- 1000 a = 3,16 · 1010 s – ein Jahrtausend (oder Millennium)
- 1602 a – Halbwertszeit des Elementes Radium-226
- 1964,70 a – 12.Sep 1965 14:13:20 – 62 Milliarden Sekunden seit Beginn unserer Zeitrechnung
- 1996,39 a – 20.Mai 1997 16:00:00 – 63 Milliarden Sekunden seit Beginn unserer Zeitrechnung
- 2028,08 a – 26.Jan 2029 17:46:40 – 64 Milliarden Sekunden seit Beginn unserer Zeitrechnung

1011 s bis 1012 s (3.169 a bis 31.689 a)


- 3800 a – ältester Mammutbaum
- 4585 a – Alter der Cheops-Pyramide
- 5730 a – Halbwertszeit des Elementes Kohlenstoff-14
- 11500 a – geschätzte Umlaufzeit des transneptunischen Objektes Sedna um die Sonne
- 24110 a – Halbwertszeit des Elementes Plutonium-239
- 25800 a – Präzessionsperiode der Erdachse (Platonisches Jahr)

längere Zeiten als 1012 s ≈ 31.689 a


- ca. 33.000 a - Alter der ältesten bekannten Höhlenzeichnungen (in der Chauvet-Höhle)
- 154.000 a – Halbwertszeit des Elementes Neptunium-236
- 154.000 a – Halbwertszeit des Elementes Uran-233
- 211.100 a – Halbwertszeit des Elementes Technetium-99
- ca. 300.000 a – Alter der Spezies Homo sapiens : 1013 s ≈ 316.888 a
- 1.000.000 a = 1 Ma – durchschnittliche Lebensdauer eines Blauen Riesen (eines Sterntyps)
- 1,53 Ma – Halbwertszeit des Elementes Zirkonium-93
- 2,6 Ma – Halbwertszeit des Elementes Technetium-97 : 1014 s ≈ 3.168.876 a ~ 3,17 Ma
- 4 Ma – geschätzte durchschnittliche Lebenszeit einer Spezies
- 4,2 Ma – Halbwertszeit des Elementes Technetium-98
- 23,42 Ma – Halbwertszeit des Elementes Uran-236 : 1015 s ≈ 3.168.876 a ~ 31,7 Ma
- 34,7 Ma – Halbwertszeit des Elementes Niob-92
- 226 Ma – Umlaufzeit des Sonnensystems um das Zentrum der Milchstraße : 1016 s ≈ 317 Ma
- 420 Ma – Alter der luftatmenden Lebewesen auf der Erde
- 703,8 Ma – Halbwertszeit des Elementes Uran-235 : 1017 s ≈ 3,17 Ga
- 3,5 Ga – Alter des Lebens auf der Erde
- ca. 3,8 Ga – Alter des Mare Imbrium
- 4,468 Ga – Halbwertszeit des Elementes Uran-238
- 4,6 Ga – Alter der Erde
- 10 Ga – geschätzte Zeit die ein G2-Zwergstern (wie etwa die Sonne) auf der Hauptreihe verbringt
- (13,7 ± 0,2) Ga – Alter des Universums nach dem derzeitigen Standardmodell der Kosmologie (siehe auch Urknall)
- 14,05 Ga – Halbwertszeit des Elementes Thorium-232 : 1018 s ≈ 31,7 Ga
- 47 Ga – Halbwertszeit des Elementes Rubidium-87
- 100 Ga – gesamte Lebensspanne des Universums, wenn es abgeschlossen sein sollte (nach dem derzeitigen Standardmodell der Kosmologie trifft das wahrscheinlich nicht zu) : 1020 s ≈ 3,1688 · 1012 a ≈ 3,17 Ta
- 1,4 · 1014 a = 140 Ta – Halbwertszeit des Elementes Tellur-123
- 7,7 · 1015 a = 7,7 Pa – Halbwertszeit des Elementes Cadmium-113
- 1,4 · 1017 a = 140 Pa – Halbwertszeit des Elementes Vanadium-50
- 1,9 · 1019 a = 19 Ea – Halbwertszeit des Elementes Bismut-209
- 2,0 · 1021 a = 2 Za – Halbwertszeit des Elementes Krypton-78
- 1036 a – vermutete Zeitskala des Protonzerfalls in einigen physikalischen Theorien Kategorie:Physik

Zeit

Unter der Zeit versteht man das, was dem Phänomen der Veränderung zugrundeliegt und als Übergang von der Vergangenheit über die Gegenwart in die Zukunft wahrgenommen wird. Die Vergangenheit ist dabei der Bereich der Tatsachen, die Zukunft der Bereich der Möglichkeiten. Das Vergehen der Zeit macht aus Möglichkeiten Tatsachen, aus Zukunft Vergangenheit. Die Frage nach dem Wesen der Zeit gehört zu den ältesten Fragen der Philosophie. Zeit ist aber auch zentrales Thema der Chronobiologie und Zeitsoziologie. Und in der Psychologie werden Zeitwahrnehmung und Zeitgefühl untersucht. Die sprachliche Dimension der Zeit wiederum spiegelt sich in den grammatischen Zeitformen wieder (lat. Tempus).

Einführung

Die wohl markanteste Eigenschaft der Zeit ist der Umstand, dass es stets eine in gewissem Sinne aktuelle und ausgezeichnete Stelle zu geben scheint, die wir die Gegenwart nennen, und die sich unaufhaltsam von der Vergangenheit in Richtung Zukunft zu bewegen scheint. Dieses Phänomen wird auch als das Fließen der Zeit bezeichnet. Dieses Fließen der Zeit entzieht sich jedoch einer naturwissenschaftlichen Betrachtung, wie im Folgenden dargelegt wird. Zukunft Die Zeit dient in der Physik in gleicher Weise zur Beschreibung des Geschehens wie der Raum. Die Physik besagt lediglich, dass unter allen denkbaren Strukturen im dreidimensionalen Raum in Kombination mit allen dazu denkbaren zeitlichen Abläufen nur solche möglich sind, die den physikalischen Gesetzen gehorchen. Dabei könnte es sich ebenso gut um unbewegliche Strukturen in einem vierdimensionalen Raum handeln, die durch die physikalischen Gesetze bestimmten geometrischen Bedingungen unterworfen sind. Etwas, das man als Fließen der Zeit interpretieren könnte, kommt in der Physik nicht vor. Bei genauer Betrachtung erweist es sich sogar als völlig unklar, wie ein Fließen der Zeit in der Sprache der Physik oder Mathematik oder irgend einer anderen präzise beschrieben werden könnte. So ist beispielsweise die Aussage, dass die Zeit fließe, nur dann sinnvoll, wenn eine davon unterscheidbare Alternative denkbar ist. Die naheliegende Alternative der Vorstellung einer stehenden Zeit beispielsweise führt jedoch zu einem Widerspruch, da sie nur aus der Sicht eines Beobachters denkbar ist, für den die Zeit weiterhin verstreicht, so dass der angenommene Stillstand als solcher überhaupt wahrnehmbar ist. (siehe auch Kritik der reinen Vernunft von Immanuel Kant). Könnte man die Zeit anhalten, für wie lange "stünde" dann die Zeit? Das scheinbare Fließen der Zeit wird daher von den meisten Physikern und Philosophen als ein rein subjektives Phänomen oder gar als Illusion angesehen. Man nimmt an, dass es sehr eng mit dem Phänomen des Bewusstseins verknüpft ist, das ebenso wie dieses sich einer physikalischen Beschreibung oder gar Erklärung entzieht und zu den größten Rätseln der Naturwissenschaft und Philosophie zählt. Damit wäre unsere Erfahrung von Zeit vergleichbar mit den Qualia in der Philosophie des Bewusstseins und hätte folglich mit der Realität ebenso wenig zu tun wie der phänomenale Bewusstseinsinhalt bei der Wahrnehmung der Farbe Blau mit der zugehörigen Wellenlänge des Lichtes. Unsere intuitive Vorstellung, es gäbe eine von der eigenen Person unabhängige Instanz nach Art einer kosmischen Uhr, die bestimmt, welchen Zeitpunkt wir alle im Moment gemeinsam erleben und damit die Gegenwart zu einem objektiven uns alle verbindenden Jetzt macht, wäre damit hinfällig.

Zeit als physikalische Größe

In der Physik ist Zeit (Formelzeichenn: t oder τ) die fundamentale Größe, über die sich die Dauer von Vorgängen und die Reihenfolge von Ereignissen bestimmen lassen. Im SI-Einheitensystem wird Zeit in Sekunden (Einheitenzeichen s) gemessen. Daraus leiten sich die Einheiten Minute, Stunde, Tag, Woche, Monat, Jahr, Jahrzehnt, Jahrhundert und Jahrtausend ab.

Zeitmessung

Hauptartikel: Zeitmessung Zeitmessung Die Zeitmessung ist eine der ältesten Aufgaben der Astronomie (siehe Uhr). Dort wird zwischen einem Sonnentag und einem Sterntag unterschieden (die sich im Jahr um einen Tag unterscheiden, je nach Referenz). Der Sonnentag hat keine ganze Anzahl von Sekunden nach SI; der Unterschied wird durch Schaltsekunden ausgeglichen. Diese Probleme führten zur Einführung verschiedener Zeitskalen:
- TCB (Barycentric Coordinate Time) ist die Eigenzeit des Schwerkraftzentrums des Sonnensystems.
- Geocentric Coordinate Time (TCG) gibt die Eigenzeit im Mittelpunkt der Erde an Astronomische Daten und Zeiten werden oft zweckmäßig als Julianisches Datum (JD) angegeben. (Siehe auch: Sternzeit, Zeitdimension, Uhr, GMT, MESZ (Mitteleuropäische Sommerzeit) Heute ist die Zeit in der Physik, wie anderen Messgrößen auch, operational, das heißt über ein Messverfahren, definiert. Zur Zeitmessung werden Systeme verwendet, die periodisch in denselben Zustand zurückkehren. Die Zeit wird dann durch das Zählen der Perioden bestimmt. Ein solches Gerät nennt man Uhr. Uhr Eine Uhr ist umso besser, je genauer der periodische Vorgang reproduzierbar ist und je weniger er sich von äußeren Bedingungen beeinflussen lässt, beispielsweise von mechanischen Störungen, Temperatur oder Luftdruck. Daher sind Quarzuhren deutlich präziser als mechanische Uhren. Die genauesten Uhren sind Atomuhren, die auf atomaren Schwingungsprozessen beruhen. Damit ist ein relativer Gangfehler von 10-15 erreichbar, was einer Sekunde Abweichung in 30 Millionen Jahren entspricht. Die Zeit und damit auch die Frequenz, ihr Kehrwert, sind die physikalischen Größen, die mit der höchsten Präzision überhaupt messbar sind, was dazu geführt hat, dass die Definition der Länge mittlerweile auf die der Zeit zurückgeführt wird, indem man den Meter als diejenige Strecke definiert, die Licht im Vakuum während 1/299.792.458 Sekunde zurücklegt.

Newtonsche Physik

Isaac Newton beschreibt das Phänomen der Zeit mit den folgenden Worten: :„Die absolute, wahre und mathematische Zeit verfließt an sich und vermöge ihrer Natur gleichförmig und ohne Beziehung auf irgendeinen äußeren Gegenstand.“ (Mathematische Prinzipien der Naturlehre, 1687) Dieser Begriff einer absoluten Zeit galt in der Physik bis zur Formulierung der speziellen Relativitätstheorie im Jahre 1905. Er liegt auch heute noch dem menschlichen Alltagsverständnis des Phänomens Zeit zugrunde.

Relativitätstheorie

Hauptartikel: Relativitätstheorie Durch die Entdeckungen in Zusammenhang mit der Relativitätstheorie musste der newtonsche, absolute Zeitbegriff aufgegeben werden. So beurteilen Beobachter, die sich relativ zueinander bewegen, zeitliche Abläufe unterschiedlich. Das betrifft sowohl die Gleichzeitigkeit von Ereignissen, die an verschiedenen Orten stattfinden, als auch die Geschwindigkeit des zeitlichen Ablaufs. Da kein absolut ruhendes Koordinatensystem definierbar ist, gibt die Frage, welcher Beobachter die Situation korrekt beurteilt, keinen Sinn. Man ordnet daher jedem Beobachter seine so genannte Eigenzeit zu. Ferner beeinflusst die Anwesenheit von Massen den Ablauf der Zeit, so dass diese an verschiedenen Orten im Gravitationsfeld unterschiedlich schnell verstreicht. Damit ist Newtons Annahme, die Zeit verfließe ohne Bezug auf äußere Gegenstände, nicht mehr haltbar. Zeit und Raum erscheinen in den Grundgleichungen der Relativitätstheorie fast völlig gleichwertig nebeneinander und lassen sich daher zu einer vierdimensionalen Raumzeit vereinigen. Im dreidimensionalen Raum ist die Wahl der drei Koordinatenachsen willkürlich, so dass Begriffe wie links und rechts, oben und unten, vorne und hinten relativ sind. In der speziellen Relativitätstheorie stellt sich nun heraus, dass auch die Zeitachse nicht absolut ist. So verändern sich mit dem Bewegungszustand eines Beobachters auch die Orientierung seiner Zeit- und Raumachsen in der Raumzeit. Es handelt sich dabei um eine Art Scherbewegung dieser Achsen, die mathematisch mit den Drehungen nahe verwandt ist. Damit lassen sich Raum und Zeit nicht mehr eindeutig trennen, sondern hängen in gewisser Weise voneinander ab. Die Folge sind Phänomene wie Relativität der Gleichzeitigkeit, Zeitdilatation und Längenkontraktion. Allerdings lässt sich durch eine Bewegung die Zeitachse nicht umdrehen, das heißt, Vergangenheit und Zukunft lassen sich nicht vertauschen. Zeit ist in der allgemeinen Relativitätstheorie nicht unbedingt unbegrenzt. So gehen viele Physiker davon aus, dass der Urknall nicht nur der Beginn der Existenz von Materie ist, sondern auch den Beginn von Raum und Zeit darstellt. Nach Stephen W. Hawking hat es einen Zeitpunkt eine Sekunde vor dem Urknall ebenso wenig gegeben wie einen Punkt auf der Erde, der 1 km nördlich des Nordpols liegt. Danach hätte es in gewissem Sinne den Kosmos und die Materie schon immer gegeben, nämlich zu allen Zeitpunkten, von denen überhaupt die Rede sein kann. Die Vorstellung eines Nichts vor dem Urknall wäre physikalisch sinnlos. Dieser Aspekt ist von erheblicher Relevanz für Philosophie und Religion hinsichtlich des Verständnisses des Begriffs Schöpfung, unter dem man sich ja gewöhnlich einen Übergang von einem Nichts zu einem Etwas vorstellt. Diese im Zusammenhang mit der Relativitätstheorie entdeckten Eigenschaften von Zeit und Raum entziehen sich weitgehend der menschlichen Anschauung. Sie sind jedoch mathematisch präzise beschreibbar und – soweit experimentell zugänglich – auch bestens bestätigt.

Zeitreisen

Hauptartikel: Zeitreise Die erwähnten relativistischen Effekte lassen sich im Prinzip als Zeitreisen interpretieren. Inwieweit über die Krümmung der Raumzeit und andere Phänomene auch Reisen in die Vergangenheit prinzipiell möglich sind, ist nicht abschließend geklärt. Mögliche Kandidaten sind so genannte Wurmlöcher, die Bereiche der Raumzeit mit unterschiedlicher Zeit verbinden könnten, ferner spezielle Flugbahnen in der Umgebung eines hinreichend schnell rotierenden Schwarzen Loches und schließlich die Umgebung zweier kosmischer Strings, die hinreichend schnell aneinander vorbei fliegen. Der erforderliche Aufwand für eine praktische Nutzung einer dieser potenziellen Möglichkeiten würde jedoch gegenwärtig die Mittel der Menschheit bei weitem übersteigen. Die bei Reisen in die Vergangenheit auftretenden Paradoxien ließen sich im Rahmen der everettschen Vielwelten-Theorie vermeiden. Danach wäre die Vergangenheit, in die man reist, in einer Parallelwelt angesiedelt. Der ursprüngliche Ablauf der Dinge und der durch die Zeitreise modifizierte würden sich beide parallel und unabhängig voneinander abspielen. Zeitreisen sind ein beliebtes Thema in Literatur und Film.

Zeit und Kausalität

Hauptartikel: Kausalität Der Zeitbegriff hängt eng mit dem Kausalitätsbegriff zusammen. So betrachten wir es als selbstverständlich, dass die Ursache vor ihrer Wirkung auftritt. Die Vergangenheit ist unveränderlich, sie kann nicht von gegenwärtigen Ereignissen beeinflusst werden. Die Zukunft hingegen hängt von der Gegenwart kausal ab, kann also durch Ereignisse oder Handlungen in der Gegenwart beeinflusst werden. In der Relativitätstheorie wird die zeitliche Reihenfolge mancher Ereignisse, die an verschiedenen Orten stattfinden, von relativ zueinander bewegten Beobachtern unterschiedlich beurteilt. Das ist genau dann der Fall, wenn die beiden Ereignisse nur durch ein Signal mit Überlichtgeschwindigkeit in Kontakt treten könnten. Könnte eine Wechselwirkung mit Überlichtgeschwindigkeit stattfinden, dann könnte man mit folgendem System eine Botschaft in die Vergangenheit schicken: # Das Signal wird mit Überlichtgeschwindigkeit an eine weit genug entfernte Relaisstation geschickt. # Diese beschleunigt konventionell vom ursprünglichen Sender weg (alternativ: sie überträgt es konventionell auf eine weitere, sich vom Empfänger weg bewegende Relaisstation, z.B. die andere Seite einer rotierenden Plattform). Dadurch wird das Absendeereignis aus der Vergangenheit in die Zukunft „verschoben“. # Schließlich wird das Signal wieder mit Überlichtgeschwindigkeit zurückgesendet. Sind die beteiligten Geschwindigkeiten hoch genug, so kommt das Signal vor dem Aussenden des Ursprungssignals an. Daher wäre das Kausalitätsprinzip verletzt. Mitte des 20. Jahrhunderts wurde vermutet, dass es überlichtschnelle Tachyonen geben könnte. Sollten sie mit gewöhnlicher Materie in Wechselwirkung treten können, so wäre die Kausalität verletzt. Die Hypothese der Existenz von Tachyonen hat daher kaum Anhänger.

Zur Symmetrie der beiden Richtungen der Zeit

Die Grundgesetze der Physik, die Phänomene unseres Alltags beschreiben, sind invariant bezüglich einer Inversion der Zeit. Das bedeutet, dass zu jedem Vorgang, der diesen Gesetzen gehorcht, auch der zeitumgekehrte im Prinzip möglich ist. Diese Aussage steht in krassem Widerspruch zu unserer Alltagserfahrung. Fällt eine Keramiktasse zu Boden, so zerbricht sie in Scherben. Dass sich umgekehrt diese Scherben von selbst wieder zu einer intakten Tasse zusammenfügen, ist dagegen noch nie beobachtet worden. Ein solcher Vorgang stünde jedoch nicht prinzipiell im Widerspruch zu den Naturgesetzen. Er ist lediglich extrem unwahrscheinlich. Der Hintergrund dieses Umstandes ist eine Wahrscheinlichkeitsüberlegung, die im zweiten Hauptsatz der Thermodynamik formuliert wird. Danach nimmt die Entropie, welche das Maß der Unordnung eines abgeschlossenen Systems angibt, stets zu und damit seine Ordnung ab. Eine vorübergehende Zunahme der Ordnung ist prinzipiell nicht ausgeschlossen, aber je nach Größe mehr oder weniger unwahrscheinlich. Um die spontane Wiedervereinigung von Scherben zu einer Tasse zu provozieren, müsste man eine mehr als astronomische Zahl von Scherbenhaufen anlegen und beobachten. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik verletzt damit die Symmetrie bezüglich der beiden Richtungen der Zeit. Er lässt sich daher auch nicht aus den Grundgesetzen der Physik herleiten, sondern hat die Rolle eines Postulats. Die beiden Richtungen der Zeit verlieren damit ihre Gleichwertigkeit, und man spricht vom thermodynamischen Zeitpfeil. Er wird als potenzielle Basis für das Fließen der Zeit von der Vergangenheit in die Zukunft angesehen, so wie wir es in unserer Alltagswelt erfahren. Oft ist in diesem Zusammenhang von einer Umkehrbarkeit oder Unumkehrbarkeit der Zeit die Rede. Dabei handelt es sich jedoch um eine sprachliche und logische Ungenauigkeit. Könnte jemand die Zeit umkehren, dann sähe er sämtliche Vorgänge rückwärts ablaufen. Dieser umgekehrte Lauf der Zeit wäre aber nur aus der Sicht eines Beobachter erkennbar, der einer Art persönlicher Zeit unterworfen ist, die weiterhin unverändert vorwärts läuft. Eine solche Spaltung der Zeit in eine, die einem Experiment oder Gedankenexperiment unterworfen wird, und eine weitere unveränderte, ergibt jedoch keinen Sinn. Die Gesetze der Physik, die Phänomene der schwachen und starken Wechselwirkung beschreiben, sind nicht invariant bezüglich einer Zeitumkehr. Zu einem Prozess im Bereich der Kern- und Elementarteilchenphysik ist der zeitumgekehrte daher nicht unbedingt mit den Gesetzen der Physik verträglich. Das CPT-Theorem besagt, dass der Prozess wieder in Einklang mit den Naturgesetzen steht, wenn er nicht nur zeitumgekehrt, sondern zusätzlich spiegelbildlich betrachtet und aus Antimaterie aufgebaut wird. Aus dem CPT-Theorems folgt, dass Prozesse, welche eine so genannte CP-Verletzung darstellen, wie es bei einigen Teilchenzerfällen der Fall ist, nicht invariant bezüglich einer Zeitumkehr sein können. Im Formalismus der Beschreibung von Antimaterie sind Antiteilchen gleichwertig zu gewöhnlichen Teilchen, die sich in gewissem Sinne rückwärts in der Zeit bewegen. In diesem Sinne hat die Paarvernichtung von einem Teilchen mit seinem Antiteilchen eine formale Ähnlichkeit mit einem einzigen Teilchen, das sich an dieser Stelle in die Vergangenheit zurückzubewegen beginnt, so dass es dort doppelt und in der Zukunft gar nicht existiert.

Grenzen des physikalischen Zeitbegriffs

Es gibt deutliche Hinweise darauf, dass das Phänomen Zeit im Bereich der Planck-Zeit von 10-43 s seine Eigenschaften als Kontinuum verliert. So führt die konsequente Anwendung der bekannten physikalischen Gesetze zu dem Ergebnis, dass jeder Vorgang, der kürzer ist als die Planck-Zeit, nur einem Objekt zugeordnet werden kann, das sofort zu einem Schwarzen Loch kollabieren muss (siehe Planck-Einheiten). Diese Überlegung zeigt, dass die bekannten physikalischen Gesetze jenseits der Planck-Zeit versagen. Eine Klärung der damit verbundenen Fragen erhofft man sich von einer noch zu entdeckenden Theorie der Quantengravitation, die die beiden fundamentalen Theorien der Physik, die Relativitätstheorie und die Quantenphysik, vereinigen würde. In einer solchen Theorie wäre die Zeit im Bereich der Planck-Zeit möglicherweise quantisiert. So geht man beispielsweise in der Loop-Quantengravitation, einem Kandidaten für die Theorie der Quantengravitation, davon aus, dass das Gefüge der Raumzeit ein vierdimensionales, schaumartiges Spin-Netzwerk darstellt mit „Blasen“ von der Größenordnung der Planck-Einheiten. Allerdings darf man sich diesen „Schaum“ nicht in Raum und Zeit eingebettet vorstellen, sondern der Schaum ist in dieser Theorie Raum und Zeit.

Philosophie

Hauptartikel: Zeit (Philosophie) Nach Immanuel Kant ist Zeit ebenso wie der Raum eine „reine Anschauungsform“, und zwar die des inneren Sinnes. Sie ist unser Zugang zur Welt, gehört also zu den subjektiv-menschlichen Bedingungen der Welterkenntnis. Wir können uns aus unserer Erfahrung die Zeit nicht wegdenken. Gleichwohl kommt sie nicht einer - wie auch immer gearteten - Welt an sich zu. Die neuere Philosophie geht inzwischen in ihrer Betrachtung von einer Reihe der A-Bestimmungen (vergangen, gegenwärtig, zukünftig) und einer der B-Relationen (früher als, gleichzeitig, später als) aus. Nachdem mit Hilfe der Philosophie der Sprache bewiesen wurde, dass Begriffe der einen Serie nicht in Begriffe der anderen übersetzt werden können, gibt es nunmehr drei mögliche Versionen für die Begründung der B-Reihe (tenseless theory): eine zeichenanalytische (token-reflexive), eine Version auf Basis der Zeitpunkte (date version) und eine neuere Version der Satztypen (sentence-type). Doch auch die Befürworter der A-Theorie konnten neue Beweise ins Feld führen oder zumindest berechtigte Zweifel an den Vorschlägen der B-Theoretiker sähen.

Psychologie

Hauptartikel: Zeitgefühl, Zeitwahrnehmung Zwischen der subjektiv wahrgenommen Zeit und der objektiv messbaren bestehen oft deutliche Differenzen. Die folgenden Abschnitte sollen diese kurz und übersichtlich darstellen.

Die Wahrnehmung der Zeitdauer

Die Wahrnehmung der Zeitdauer hängt davon ab, was in der Zeit passiert. Ein ereignisreicher Zeitraum erscheint kurz, „vergeht wie im Flug“. Hingegen dauern ereignisarme Zeiträume scheinbar quälend lange. Von dieser Beobachtung leiten sich auch die Begriffe Kurzweil und Langeweile ab. Paradoxerweise empfindet man im Rückblick die Zeiten gerade umgekehrt: In ereignisreichen Zeiten hat man viele Informationen eingespeichert, so dass dieser Zeitraum lange erscheint. Umgekehrt erscheinen ereignisarme Zeiten im Rückblick kurz, da kaum Informationen über sie gespeichert sind.

Die Wahrnehmung der Gleichzeitigkeit

Gleichzeitigkeit in der Wahrnehmung ist komplexer als es auf den ersten Blick den Anschein hat. Es gibt verschiedene Schwellen:
- Die Schwelle, ab der zwei Ereignisse als getrennt erkannt werden, ist vom jeweiligen Sinnesorgan abhängig. So müssen optische Eindrücke 20 bis 30 Millisekunden auseinander liegen, um zeitlich getrennt zu werden, während für akustische Eindrücke bereits drei Millisekunden ausreichen.
- Die Schwelle, ab der die Reihenfolge zweier Reize unterschieden werden kann, ist unabhängig von der Art der Wahrnehmung etwa 30 bis 40 Millisekunden, richtet sich aber stets nach der langsamsten Reizübertragung.
- Darüber hinaus ist die Wahrnehmung der Gegenwart durch einen Drei-Sekunden-Zeitraum angegeben, dieser Zeitraum wird als Gegenwartsdauer bezeichnet.

Verschiedene Arten der Zeitwahrnehmung

In der Psychologie unterscheidet man „Through-timer“ und „In-timer“. Dies sind zwei Formen der Wahrnehmung des Zeitverlaufs. Die „Through-timer“ planen ihren Tages- und Wochenablauf termingerecht, halten sich an festgelegte Zeiten und überblicken größere Zeitspannen. Die „In-timer“ dagegen sehen vor allem den jeweiligen Moment und „leben im Augenblick“. Deshalb kann es zu Schwierigkeiten mit der Pünktlichkeit kommen. Auf etwa 50 „Through-timer“ kommen 3 „In-timer“.

Biologie

Hauptartikel: Chronobiologie Fast alle Lebewesen, bis hin zum Einzeller, besitzen eine biologische innere Uhr, die sich mit dem Tag-Nacht-Wechsel und anderen natürlichen Zyklen synchronisiert. Die innere Uhr zum Tagesrhythmus läuft aber auch ohne Tageslicht, wie an Pflanzen in der Dunkelheit gezeigt werden konnte, aber auch an Menschen in Bunker-Experimenten, in denen die freiwilligen Versuchspersonen ohne jeden Hinweis auf äußere Zeitrhythmen lebten. Dabei stellte sich nach einiger Zeit ein konstanter Wach-Schlaf-Rhythmus von im Mittel etwa 25 Stunden ein. Man bezeichnet ihn als circadianen Rhythmus (von lat. circa, ungefähr, und dies, Tag).

Soziologie und Gesellschaft

Hauptartikel: Zeitsoziologie

Tempus

Hauptartikel: Tempus Als Tempus bezeichnet man die Zeitform in der Grammatik. In verschiedenen Sprachen gibt es unterschiedliche Zeitformen, die unterschiedlich gebildet werden. In der hochdeutschen Sprache wird die Zeit auf drei Weisen dargestellt.
- Die Zeitform des Verbs erlaubt die Unterscheidung von Gegenwart (Präsens) und Vergangenheit (Präteritum). Beispiel: ich gehe und ich ging.
- Die Angabe von Hilfsverben (haben, sein) erlaubt die Unterscheidung von Vergangenheitsformen wie Perfekt und Plusquamperfekt. Beispiel: ich bin gegangen und ich war gegangen. Außerdem dienen Hilfsverben (hier: werden) zu Darstellung der Zukunft (Futur). Beispiele: Ich werde gehen. Ich werde gegangen sein.
- Möglich ist eine explizite Angabe des Zeitpunktes oder Zeitraumes. Beispiele: Jetzt gehe ich in die Schule. Morgen gehe ich in die Schule. Morgen werde ich in die Schule gehen. Es war gestern: Ich gehe da gerade die Straße entlang, da sehe ich einen Zwanzig-Euro-Schein. Einen zeitlich anhaltenden Verlauf kann man auch mit Partizip angeben. Beispiel: das fließende Wasser. Einen Extremfall stellt die umstrittene Behauptung von Benjamin Lee Whorf dar, der in einer Untersuchung der Sprache der Hopi festgestellt haben will, dass die Hopi-Sprache kein Konzept für den Begriff der Zeit besäße. Dies führte zum linguistischen Relativitätsprinzip alias Sapir-Whorf-Hypothese, wonach das Denken von den gesprochenen Sprachen abhängt.

Zitate


- Albert Einstein (1879-1955): Der Unterschied zwischen Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft ist für uns Wissenschaftler eine Illusion, wenn auch eine hartnäckige.
- Richard Feynman (1918-1988): Was ist Zeit? Es wäre schön, wenn wir eine gute Definition der Zeit finden könnten ... was jedoch wirklich wichtig ist, ist nicht, wie wir Zeit definieren, sondern wie wir sie messen. Eine Möglichkeit, Zeit zu messen, ist die Benützung von etwas, das immer wieder in regelmäßiger Art geschieht - etwas Periodischem ... Alles was wir sagen können, ist, dass wir eine Übereinstimmung finden zwischen einer Regelmäßigkeit der einen Art mit einer Regelmäßigkeit der anderen Art. Wir können nur sagen, dass wir unsere Zeit-Definition auf der Wiederholung eines offensichtlich periodischen Ereignisses aufbauen. (Aus einer seiner Vorlesungen)
- Aristoteles: Wir messen also nicht nur die Bewegung durch die Zeit, sondern auch die Zeit durch die Bewegung, weil sie einander begrenzen und bestimmen. So bestimmt also die Zeit die Bewegung selbst als Zahl und genauso die Bewegung die Zeit.

Weblinks


- [http://www.maa.mhn.de/Scholar/dt_times.html Astronomische Zeitmessung]
- [http://www.ptb.de/zeit Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt zum Thema Zeit]
- [http://www.lsw.uni-heidelberg.de/users/amueller/zeit.html Was ist Zeit?]
- [http://archiv.christoph-hoffmann.de/ESS/Semi/DieZeit.pdf Die Zeit (Seminarfacharbeit)]
- [http://www.ucolick.org/~sla/leapsecs/timescales.html Übersicht über verschiedene Zeitskalen]
- [http://www.timeticker.com Exakte Anzeige der Uhrzeit, Sommer-, Winterzeit und Zeitzonen] Videos Aus der Fernsehsendung Alpha Centauri (Real Video):
- [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=010304.rm&g2=1 Was ist Zeit?]
- [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&f=010610.rm&g2=1 Was ist Gleichzeitigkeit?]
- [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&g2=1&f=040204.rm Was war der Äther?]

Literatur


- John D. Barrow: Der Ursprung des Universums. Wie Raum, Zeit und Materie entstanden. Goldmann, München 2000, ISBN 3-442-15061-2
- John D. Barrow: Die Natur der Natur. Wissen an den Grenzen von Raum und Zeit. Spektrum, Heidelberg 1993, ISBN 3-86025-029-9
- Julius T. Fraser: Die Zeit. Auf den Spuren eines vertrauten und doch fremden Phänomens. dtv, München 1993, ISBN 3-423-30023-X
- Stephen W. Hawking: Die illustrierte Kurze Geschichte der Zeit. Rowohlt, Reinbek bei Hamburg 2002, ISBN 3-499-61487-1
- Kaempfer, Wolfgang: Die Zeit und die Uhren. Frankfurt am Main und Leipzig 1991
- Landes, David: Revolution in Time. Clocks and the Making of the Modern World. Cambridge, Mass. und London 1983
- Lippincott, Kristen: The Story of Time. London 1999
- Prigogine, Ilya: Vom Sein zum Werden. Zeit und Komplexität in den Naturwissenschaften. München 1988, ISBN 3-492-02943-4
- H. Reichenbach, Philosophie der Raum-Zeit-Lehre de Gruyter, Berlin & Leipzig, 1928
- Kip S. Thorne: Gekrümmter Raum und verbogene Zeit. Einsteins Vermächtnis. Bechtermünz, Augsburg 1999, ISBN 3-8289-3400-5
- Wendorff, Rudolf: Zeit und Kultur. Geschichte des Zeitbewußtseins in Europa. Opladen 1980
- Whitrow, G.J.: Die Erfindung der Zeit. Hamburg 1991 ! Kategorie:Physik ja:時間 ko:시간 simple:Time

Größenordnung

Bei Zahlensystemen und wissenschaftlichem Rechnen beschreibt die Größenordnung den Faktor, der notwendig ist, um in der jeweiligen Zahlendarstellung einen Wert um eine Stelle zu vergrößern oder zu verkleinern, bei Beibehaltung der einzelnen Ziffern und ihrer Reihenfolge. Eine binäre Größenordnung entspricht einer Verdopplung respektive Halbierung. Meist wird von einem Dezimalsystem ausgegangen, weshalb "eine Größenordnung" meist einen Faktor (oder Divisor) von 10 bezeichnet. Beispielsweise unterscheiden sich die Größen "2 Meter" und "200 Meter" um zwei Größenordnungen, also um den Faktor 102=100. Generell gilt also, dass eine additive Veränderung in der Größenordnung eine exponentielle Veränderung in der tatsächlichen Größe anzeigt, bzw. dass man von der tatsächlichen Größe auf die Größenordnung (mal einem konstanten Faktor) per Logarithmierung gelangt. In der wissenschaftlichen Praxis wird allerdings oft eine Größenordnung als eher ungenaue Bezeichnung von Größenverhältnissen benutzt. Der Sinn dieser Anwendung ergibt sich aus dem Kontext und liegt meistens in der Bezeichnung großer oder sehr großer Zahlenunterschiede. Beispielsweise ist der nächste Stern um fünf Größenordnungen weiter von der Erde entfernt als die Sonne. Gemeint sind hier also dezimale Größenordnungen und zwar gerundet auf eine ganze Zahl. In den Ingenieursbereichen wird oft der Faktor 1000 als Größenordnung verwendet, also Meter, Kilometer (1000 Meter), Milliohm (1/1000 Ohm), Ohm, Kiloohm (1000 Ohm) und so weiter (Siehe dazu auch Liste der Vorsilben für Maßeinheiten). Die im jeweiligen Kontext auftauchenden Größenordnungen unterscheiden sich drastisch. Ein wissenschaftlicher Taschenrechner etwa rechnet bis 1099, man schätzt aber die Größenordnung der Anzahl der Elementarteilchen im Universum auf "nur" 1087 und das Universum ist etwa in der Größenordnung von 1018 Sekunden alt. Hingegen beträgt die Größenordnung der Anzahl der verschieden möglichen Wege zwischen 100 Städten beim Problem des Handlungsreisenden bereits 10158.

Übersicht über Größenordnungen verschiedener elementarer Größen

Der relevante Wertebereich physikalischer Größen in Natur und Technik überstreicht oft viele Größenordungen. Die folgenden Artikel geben anhand exemplarischer Phänomene einen Überblick über die auftretenden Größenordnungen der wichtigsten Größen:
- Größenordnung (Masse)
- Größenordnung (Energie)
  - Größenordnung (Leistung)
- Größenordnung (Zeit)
  - Größenordnung (Frequenz)
- Größenordnung (Länge)
  - Größenordnung (Fläche)
  - Größenordnung (Volumen)
- Größenordnung (Temperatur) Siehe auch: Wissenschaftliche Notation

Beispiele für Einheiten mit Größenordnungen


- Masse: Gramm (g), Kilogramm (kg), Tonne (t)
- Energie: Elektronenvolt (eV), Megaelektronenvolt (MeV), Gigaelektronenvolt (GeV), Joule (J), Kilowattstunde (kWh), Terawattstunde (TWh)
- Leistung: Milliwatt (mW), Watt (W), Kilowatt (kW), Megawatt (GW)
- Zeit: Femtosekunde (fs), Nanosekunde (ns), Mikrosekunde (μs), Millisekunde (ms), Sekunde (s), Minute (min), Stunde (h), Tag (d), Jahr (a)
- Frequenz: Hertz (Hz), Kilohertz (kHz), Megahertz (MHz)
- Länge: Nanometer (nm), Mikrometer (µm), Millimeter (mm), Zentimeter (cm), Meter (m), Kilometer (km), Astronomische Einheit (AE), Lichtjahr (Lj), Parsec (pc)
- Fläche: Quadratmeter (m²), Hektar (ha), Quadratkilometer (km²)
- Volumen: Milliliter (ml), Zentiliter (cl), Liter (l), Kubikmeter (m³)
- Temperatur: Nanokelvin (nK), Microkelvin (µK), Millikelvin (mK), Kelvin (K)

Weblink


- [http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/scienceopticsu/powersof10/index.html Geheime Welten: Das innere Universum in Potenzen] Kategorie:Physik Kategorie:Chemie Kategorie:Zahlen ja:数量の比較 ko:규모의 비교

Sekunde (Einheit)

Die Sekunde (verkürzt von lat. pars minuta secunda „dem veminderten Part (nochmals) vermindert folgend“ = sequi) ist die SI-Basiseinheit der Zeit. Im SI-Einheitensystem ist die Sekunde durch ein atomares Zeitnormal definiert, da dies eine erheblich größere Genauigkeit und langfristige Konstanz gewährleistet als astronomische Zeitnormale wie Sonnensekunde oder Ephemeridensekunde.

Aktuelle Definition

Eine Sekunde ist definitionsgemäß das 9.192.631.770-fache der Periode einer Mikrowelle, die mit einem ausgewählten Niveauübergang im Cäsiumatom in Resonanz ist. Anders gesagt: das 9.192.631.770-fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids 133Cs entsprechenden Strahlung.

Alte Definitionen

Diese Festlegung wurde eingeführt, damit ein durchschnittlicher Sonnentag, der einer Drehung der Erde um ihre Achse, so dass die Sonne wieder an der gleichen Stelle zu sehen ist (das war die historische Definition der Sekunde), entspricht, 24 · 60 · 60 Sekunden gleich ist. Da dies wegen der Verlangsamung der Erdrotation (Gezeiten-Reibung) und einiger unregelmäßigen Änderungen durch Magmaströme zwischen Erdmantel und Erdkern nicht mehr ganz stimmt, wurden Schaltsekunden eingeführt.

Größenbeispiele

Millisekunde

Eine Millisekunde beschreibt den tausendsten Teil einer Sekunde. Abgekürzt wird die Millisekunde mit ms. 1 ms = 1/1.000 s = 1 · 10–3 s In 1 ms legt das Licht eine Strecke von 299,792 km zurück. Schwingungen mit 1 ms Periodendauer haben eine Frequenz von 1 kHz.

Mikrosekunde

Eine Mikrosekunde beschreibt den millionsten Teil einer Sekunde. Abgekürzt wird die Mikrosekunde mit µs. 1 µs = 1/1.000.000 s = 1 · 10–6 s In 1 µs legt das Licht eine Strecke von 299,79 m zurück. Schwingungen mit 1 µs Periodendauer haben eine Frequenz von 1 MHz.

Nanosekunde

Eine Nanosekunde beschreibt den milliardsten Teil einer Sekunde. Abgekürzt wird die nanosekunde mit ns. 1 ns = 1/1.000.000.000 s = 1 · 10–9 s In 1 ns legt das Licht eine Strecke von 0,3 m zurück. Schwingungen mit 1 ns Periodendauer haben eine Frequenz von 1 GHz.

Picosekunde

Eine Picosekunde (auch Pikosekunde) beschreibt den billionsten Teil einer Sekunde. Abgekürzt wird die Picosekunde mit ps. 1 ps = 1/1.000.000.000.000 s = 1 · 10–12 s In 1 ps legt das Licht eine Strecke von 0,3 mm zurück. Schwingungen mit 1 ps Periodendauer haben eine Frequenz von 1 THz.

Femtosekunde

Eine Femtosekunde beschreibt den billiardstel Teil einer Sekunde. Abgekürzt wird die Femtosekunde mit fs. 1 fs = 1/1.000.000.000.000.000 s = 1 · 10–15 s In 1 fs legt das Licht eine Strecke von 0,3 μm zurück. Schwingungen mit 1 fs Periodendauer haben eine Frequenz von 1 PHz (Petahertz). Die Periodendauer von sichtbarem Licht beträgt etwa 1,30 bis 2,57 fs.

Siehe auch:


- Internationales Einheitensystem (SI)
- Liste der Vorsilben für Maßeinheiten
- Atomuhr
- Jiffy

Wikipedia-Links zum Themenkomplex Kalender und Zeit

Weblinks


- [http://www.ptb.de/de/org/4/44/441/info1.htm#Sekunde Die Sekundendefinition von 1967 bei der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt]
- [http://www.ptb.de/de/wegweiser/infoszurzeit/_index.html Zeit - Physikalisch-Technische Bundesanstalt]
- [http://archiv.christoph-hoffmann.de/ESS/Semi/DieZeit.pdf Die Zeit - eine Seminararbeit] Kategorie:SI-Einheit Kategorie:Zeitbegriff ja:秒 simple:Second

Stunde

Die Stunde, von althochdt.: stunta (Stehen, Aufenthalt), bezeichnet den vierundzwanzigsten Teil eines Tages. Sie ist eine Einheit der Zeit. Das Einheitenzeichen ist h (v. lat.: hora). Die Einteilung des Tages in zweimal zwölf, also vierundzwanzig, Stunden geht zurück auf die Babylonier, die das Sexagesimalsystem verwendeten. Da heutige Atomuhren die Zeit sehr genau messen können und die Rotationsgeschwindigkeit der Erde variiert, wurde die Stunde neu definiert. Eine Stunde sind 3600 Sekunden.

Volle Stunde

Als volle Stunde bezeichnet man den Beginn der Minute Eins, also beispielsweise 08:00:00; es wird auch "Schlag acht" genannt. Der Begriff kommt daher, dass (im obigen Beispiel) "die achte Stunde voll" wird. Zur „vollen Stunde“ beginnen zahlreiche regelmäßige Vorgänge wie etwa der Stundenschlag von Uhren.

Aktuelle Definition

1 h = 60 min = 3600 s

Andere Definitionen

Das Wort Stunde wird auch verwendet für:
- einen (kürzeren) Zeitabschnitt besonderer Bedeutung (die Stunde der Bewährung)
- die Schulstunde (von 45 Minuten in Deutschland und der Schweiz bzw. 50 Minuten in Österreich))
- die Wegstunde von 3¾–5 km, eine halbe geographische Meile; der Weg, den ein gehender Mensch in einer Stunde zurücklegt
- im älteren Pietismus ein Hauskreis (von Bibelstunde)
- in der Bergmannssprache die horizontale Richtung (weist auf eine ursprünglichen Bedeutung des Wortes als Richtung, in der die Sonne steht)

Siehe auch


- Uhr
- Chronograf

Wikipedia-Links zum Themenkomplex Kalender und Zeit

Kategorie:Zeitbegriff Kategorie:Maßeinheit ja:時間 (単位) ko:시간 (단위) simple:Hour

Tag

Mit Tag (althochdeutsch: Zeit, wo die Sonne brennt) bezeichnet man
- den Kalendertag
  - im gregorianischen Kalender die Zeit von einer Mitternacht bis zur nächsten Mitternacht
Eine Zeitspanne von 24 Stunden, die um 00:00 beginnt und um 24:00 endet. 24:00 Uhr fällt mit dem Beginn des nächsten Tages zusammen (ISO 8601).
  - im jüdischen Kalender die Zeit von einem Sonnenuntergang bis zum nächsten Sonnenuntergang. Diese Auffassung war im europäisch-vorderasiatischen Raum insgesamt lange vorherrschend. Die römische Zählung der Nachtstunden (vigiliae) und bestimmte Elemente des christlichen Ritus können als Beispiele genannt werden.
- die sonnenerhellte Zeit eines Kalendertages (Gegensatz zur Nacht)
  - von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang; z.T. werden auch die Dämmerungszeiten mit einbezogen. In der Astronomie ist ein Sonnentag die Zeit von einem Sonnenhöchststand bis zum nächsten Sonnenhöchststand. Auf dem Sonnentag basiert die Sonnenzeit. Dagegen wird die Umdrehungszeit der Erde in Bezug auf die Fixsterne (23 Stunden, 56 Minuten und 4 Sekunden) Sterntag oder Siderischer Tag genannt. Dieser ist die Basis für die Sternzeit. Besondere Bedeutung haben bzw. hatten die Sonnen- und Sternzeit des Nullmeridians für die Festlegung der Weltzeit oder zur Angabe von Sternorten. Der bürgerliche Tagesablauf gliedert sich in die Abschnitte Nacht, Morgen, Vormittag, Mittag bzw. Mittagsstunde, Nachmittag, Vorabend, Abend und Mitternacht. Die Grenzen zwischen diesen Abschnitten sind fließend und sowohl vom Kulturkreis als auch von den persönlichen Lebensumständen beeinflußt. Auf "heute", den aktuellen Tag bezogen, bezeichnet "gestern" den vergangenen und "morgen" den folgenden Tag. Die Namensgebung und Reihenfolge der Wochentage basiert auf folgender antiken Regel, die über babylonische, alt-indische, jüdische, dann griechisch-römische Wege auch nach Nordeuropa kam: Jeder Stunde des Tages wurde ein Planetengott als Stunden-Herrscher zugeordnet. Der Herrscher über die jeweils 1. Stunde gibt dem Tag den Namen. Zum besseren Verständnis des Weiteren fertige man sich zuvor eine Skizze an: Die sichtbar wandelnden Himmelskörper (insofern werden hier auch Sonne und Mond als Planeten bezeichnet) werden in der Reihenfolge zunehmender Geschwindigkeit (geozentrisch gesehen) auf einem Kreis im Uhrzeigersinn notiert : Saturn Jupiter Mars Sonne Venus Merkur Mond. (Anordnung in Form der Spitzen eines 7-Sternes) Als Beispiel fangen wir bei Saturn als Stundenherrscher der ersten Stunde eines Tages an. Der Tagesname ist demnach 'Saturn-Tag' = Saturday (= Samstag). (Die 1. Stunde des Tages wird von Saturn beherrscht.) Die 2. vom nächstschnelleren Planeten = Jupiter. Die 3. vom nächstschnelleren = Mars. Etc. Zählt man nun im Uhrzeigersinn bis zum Herrscher der 25. Stunde, ist man bei der Sonne angelangt. Die '25. Stunde eines Tages' ist aber die 1. des darauffolgenden Tages. Also heißt dieser: Sonntag. Nun wieder - mit der Sonne beginnend - bis zum 25. 'Herrscher' zählen. Man erreicht den Mond. Der nächste Tag heißt also Mond-tag. Man kann sich das Abzählen anhand der Skizze erleichtern: Es ist festzustellen, dass man immer zum 25. Herrscher kommt, wenn man beim jeweiligen 'Tagesherrscher' beginnend, in Uhrzeiger- (oder Lese-) Richtung (d.h. zunehmender Geschwindigkeit) 2 Planeten überspringt. Überspringt man also vom Mond aus 2 Planeten, landet man bei Mars. Mars ist Herrscher über die erste Stunde des neuen Tages = Marstag. Entspricht französisch Mardi, italienisch Martedi, (Dienstag von thiu, germanischer Kriegsgott ~ vgl. engl. Tuesday). Wieder 2 überspringen: Merkur ~ Mercredi, Mercoledi. Der dt. Name Mittwoch geht auf die ahd. Missionierung zurück, die wie bei Sonnabend/Samstag Anklänge an vorchristliche Gottheiten zu eliminieren suchte. Jupiter ~ frz.Jeudi, ital.Giovedi; germ.Donar entspricht Jupiter, daher dt. Donnerstag, engl. Thursday. Venus ~ Vendredi, Venerdi; germ. Freya entspricht Venus, daher Freitag bzw. Friday. Zu Saturn vgl. Samstag. Im germanischen Kulturkreis sind die Namen nicht so offensichtlich erhalten wie in den romanischen Sprachen, der Heimat der klassischen, latinisierten Planeten- bzw. Götter-Namen. Die Germanischen Götternamen entsprechen aber in ihrer Bedeutung den romanischen; so sind z. B. Freya (für Freitag) und Venus (für venerdi, vendredi) 'inhaltlich' Verwandte. Wer allerdings (und wann) z. B. zum ersten Male festgelegt hat: 'Heute ist Montag', kann nicht zurück verfolgt werden.
- Tage (Plural): Zeitraum, den jmd. durchlebt (die schönen Tage von Neapel)
- Tage (Plural): in der Umgangssprache verhüllend die "Zeit der Menstruation". Im Messwesen wird der Tag formelhaft beschrieben als eine Maßeinheit der Zeit
mit dem Einheitenzeichen: d.
Formelzeichen für die physikalische Größe Zeit ist: t. 1 d = 24 h = 1440 min = 86400 s

Siehe auch

Siderischer Tag, Nacht, Abend, Dämmerung, Sonnenaufgang, Sonnenuntergang, Nachmittag, Dunkelheit, Tag-Nacht-Grenze

Wikipedia-Links zum Themenkomplex Kalender und Zeit

Weblinks


- http://www.fourmilab.ch/cgi-bin/uncgi/Earth/action?opt=-p&img=learth.evif Kategorie:Kalender Kategorie:Astronomische Größe der Zeit Kategorie:Zeitbegriff Kategorie:Maßeinheit als:Tag ja:日 simple:Day th:วัน

Jahr

Das Jahr (lat. annus) ist eine Bezeichnung für Zeit. Aus mathematischer Sicht stellt ein Jahr ein Vielfaches der SI-Basiseinheit Sekunde dar. Ein Jahr ist die Zeitspanne zwischen zwei Wiederholungen eines Ereignisses, das mit dem Orbit der Erde um die Sonne zusammenhängt. Unser Erdenjahr dauert je nach Definition (siehe unten) ca. 365,25 Tage; ein Marsjahr dauert ca. 686,98 Tage. :Einheitenzeichen: a ::Ma ist eine Abkürzung für „Millionen Jahre“ (Mega-Jahr). ::Ga ist eine Abkürzung für „Milliarden Jahre“ (Giga-Jahr). :Formelzeichen: t Der Begriff „Jahr“ wird sowohl zur Bezeichnung von Zeitspannen als auch von Zeitpunkten in unserem Kalendersystem verwendet. Beispielsweise wurde der Physiker Albert Einstein im Jahr 1879 (Zeitpunkt) geboren und starb 1955 im Alter von 76 Jahren (Zeitspanne). Je nach Definition ist ein Jahr von unterschiedlicher Dauer. Im Alltag verstehen wir unter dem Begriff „Jahr“ das Gemeinjahr mit einer Dauer von 365 Tagen. Kalender verwenden Jahre zur Zeiteinteilung. Unser Kalender ist der gregorianische Kalender mit einer mittleren Jahreslänge von 365 Tagen, 5 Stunden, 49 Minuten und 12 Sekunden. Ein Jahr im gregorianischen Kalender kann unterschiedlich lang sein. Normale Jahre – die Gemeinjahre – haben eine Dauer von 365 Tagen; Schaltjahre dauern 366 Tage. Gelegentlich wird die Jahreslänge durch das Einfügen von Schaltsekunden korrigiert. Diese Anpassungen synchronisieren den auf Tag-Nacht-Zyklen der rotierenden Erde beruhenden Kalender mit dem Tropischen Jahr. Das Jahr kann Bestandteil eines Kalenderdatums sein. Dabei wird es entweder zwei- oder vierstellig aufgeführt. Wo das Jahr im Kalenderdatum steht, wird über das Datumsformat bestimmt.

Definitionen

Astronomische Definitionen


- Siderisches Jahr: Die Zeit für einen Umlauf der Erde um die Sonne in Bezug auf eine feste Richtung im Raum, d. h. eine volle Drehung um die Sonne, wie sie sich aus der Himmelsposition der Sonne relativ zu einem Fixstern bestimmen lässt. Das ist also eine vollständige Revolution der Erde um die Sonne, ohne Rücksichtnahme auf das (durch ein "Taumeln" der Erdachse bedingte und) schon seit Hipparchos Zeiten bekannte notable Vorrücken des tropischen (jahreszeitlichen) Jahres, Präzession genannt.
Dauer: 365,25636042 Tage = 365 d 6 h 9 m 9,54 s
- Tropisches Jahr: Die Zeit von einer Frühlings-Tagundnachtgleiche zur nächsten, also bis die Erdachse wieder den gleichen Winkel zur Sonne hat. Das Tropische Jahr unterscheidet sich vom siderischen Jahr, weil die Erdachse langsam ihre Richtung ändert (Präzession). Jeder Sonnenkalender sollte sich nach dem tropischen Jahr richten. (cf. Johann Heinrich von Mädler)  Das tatsächliche tropische Jahr nimmt aber säkular ganz langsam ab, aktuell um etwa 532 ms pro Jahrhundert.
Dauer 2000.0: 365,242190517 Tage = 365 d 5 h 48 m 45,26 s.
- Anomalistisches Jahr: Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Periheldurchgängen der Erde, also von einem sonnennächsten Punkt zum nächsten.
Dauer: 365,26 Tage, etwas mehr als 5 Minuten länger als das siderische Jahr, denn das Perihel der Erde verschiebt sich pro Jahr um 11 Bogensekunden.
- Zyklus der Präzession, der unwissenschaftlich oft auch "Platonisches Jahr" genannt wird, ist die Zeit für den vollständigen Umlauf der Erdachse auf dem Kegelmantel, der durch die Präzession beschrieben wird. Anders ausgedrückt:  Die Zeit nach der man genau ein tropisches Jahr mehr zählt als siderische Jahre.
Dauer: in etwa 25700 Tropische Jahre.

Definitionen in Kalendern


- Julianisches Jahr: Mittlere Länge des Jahres nach dem julianischen Kalender
Dauer: 365,25 Tage oder 365 d 6 h.
- Gregorianisches Jahr: Mittlere Länge des Jahres nach dem gregorianischen Kalender
Dauer: 365,2425 Tage oder 365 d 5 h 49 m 12 s).
- Bürgerliches Jahr: unser Kalenderjahr.
Dauer: 365 Tage oder 366 Tage (Schaltjahr), eingeteilt in 12 Monate und in 52 oder 53 Wochen.
- Traditionelles chinesisches Jahr: Länge variiert zwischen 353 und 385 Tagen, siehe Chinesischer Kalender

Betriebswirtschaftliche Definitionen


- Wirtschaftsjahr/ Fiskaljahr: der Zeitraum für ein Geschäftsjahr eines Unternehmens. Ein Fiskaljahr muss nicht unbedingt mit einem Kalenderjahr beginnen, es kann z.B. auch mit dem 1. April starten. Die Dauer eines Fiskaljahres entspricht der des gregorianischen Kalenders.
- In der Zinsrechnung dauert ein Jahr 360 Tage.

Religiöse Definitionen


- Kirchenjahr

Siehe auch


- Jahreszeiten
- Jubeljahr
- Sabbatjahr

Wikipedia-Links zum Themenkomplex Kalender und Zeit

Kategorie:Astronomische Größe der Zeit Kategorie:Kalender Kategorie:Maßeinheit ja:年 ms:Tahun simple:Year zh-min-nan:Nî

Wissenschaftliche Notation

Als wissenschaftliche Notation (englisch: scientific notation) bezeichnet man die beiden Varianten moderner Zahlendarstellung:
die Exponentialdarstellung, auch traditionelle wissenschaftliche Notation genannt, und die sogenannte technische Notation (englisch: engineering notation).
- Die traditionelle wissenschaftliche Notation, die immer nur eine – von Null verschiedene – linksseitige Dezimalstelle duldet, wird im Artikel Exponentialdarstellung behandelt. Der Nachteil dieses Notationsformats ist, dass in der Praxis die Ergebnisse meist "nachformatiert" werden müssen, um sie mit SI-Symboleinheiten verwenden bzw. sie als Zahlen in Zillionen und Zilliarden ausdrücken zu können. Die technische Notation führt diesen kleinen Rechenschritt gleich aus, weshalb sie sich zunehmender Beliebtheit erfreut.
- In der technischen Notation werden als Exponenten ausschließlich ganzzahlige Vielfache von 3 verwendet, also ganzzahlige Potenzen von Tausend, eben weil diese den genormten Größenordnungen mikro, milli, kilo, Mega usw. entsprechen. (Siehe Tabelle weiter unten.)

Wissenschaftliche Taschenrechner

Die meisten modernen Taschenrechner können Zahlen automatisch in wissenschaftlicher Notation darstellen (Anzeige im Display: SCI). Bei sehr großen Zahlen oder sehr kleinen Dezimalfraktionen ist dies meist ohnehin nicht anders möglich. Der Begriff wissenschaftliche Notation wird allerdings nicht ganz einheitlich verwendet, sondern sehr oft auch einfach – besonders im Englischen – synonym zur traditionellen wissenschaftlichen Notation – also zur Exponentialdarstellung – benutzt. Auf Taschenrechnern wird die hier besprochene Variante meist mit ENG (engineering notation) bezeichnet. Wenn keine hochgestellten Ziffern zur Verfügung stehen, wird die folgende Schreibweise genutzt: aus 1018 wird 1 E18. Die Zahl 3200 z. B. kann somit auch 3,200 E3 notiert werden. (Siehe auch Exponentialdarstellung)

Präzision im SI- und ENG-Format

Manchmal wurde sowohl den SI-Größenordnungen als auch dem Ingenieurformat vorgeworfen, Zweifel an der Präzision der ermittelten Werte aufkommen zu lassen. In der Tat gibt die Exponentialdarstellung auf sehr einfache und klare Weise die Präzision der Ergebnisse wieder; nämlich durch die Anzahl der nachstelligen Ziffern. Beispielsweise bedeuten die folgenden Ergebnissen: 5 E-4 m, 5,0 E-4 m und 5,00 E-4 m eben nicht das Gleiche. Diese drei verschiedenen Ergebnisse müssten aber sowohl im SI- als auch im ENG-Format unterschiedslos auf 500 µm bzw. 500 E-6 m reduziert werden. Nun sind auf nicht mehr als zwei Dezimalstellen ermittelbare Ergebnisse in der Wissenschaft ohnehin eher selten. Dennoch gibt es auch einen "schlauen Kniff", wie dieses scheinbare Manko des SI- und ENG-Formates aufgehoben werden kann. Die Ergebnisse werden einfach als Dezimalbrüche der übergeordneten Größenordnung angegeben. Im obigen Beispiel jeweils als 0,5 mm, 0,50 mm und 0,500 mm bzw. als 0,5 E-3 m, 0,50 E-3 m und 0,500 E-3 m. Die Angabe der Präzision ist wieder hergestellt. Die auf drei Stellen genau bestimmte Lichtgeschwindigkeit von 0,300 Gm/s könnte ebenso problemlos dargestellt werden; dies auch, wenn es bekanntlich die Geschwindigkeit von einem Gm/s gar nicht gibt. Gleichwohl aber kann die Lichtgeschwindigkeit seit 1983 ohnehin nicht mehr gemessen werden. Es handelt sich hierbei um einen definierten Wert, von dem jetzt umgekeht das Längenmaß Meter abgeleitet wird.

Größenordnungen der technischen Notation

Siehe auch


- Liste der Vorsilben für Maßeinheiten Kategorie:Zahlen

Physik

Die Physik (griechisch φυσική, physike „die Natürliche“) ist die Naturwissenschaft, welche die grundlegenden Gesetze der Natur, ihre elementaren Bausteine und deren Wechselwirkungen untersucht. Sie befasst sich sowohl mit den Eigenschaften und dem Verhalten von Materie und Feldern in Raum und Zeit als auch mit der Struktur von Raum und Zeit selbst. Die Physik beschreibt die Natur quantitativ mittels naturwissenschaftlicher Modelle, sogenannter Theorien, und ermöglicht damit insbesondere Vorhersagen über das Verhalten der betrachteten Systeme. Dazu verwendet die Physik die Sprache der Mathematik. Im Zusammenhang mit der Physik wurde auch erstmals die Frage nach der Ethik naturwissenschaftlicher Forschung aufgeworfen, ein Thema, das auch in der Literatur, etwa in dem Theaterstück Die Physiker von Friedrich Dürrenmatt, aufgegriffen worden ist.

Das Theoriengebäude der modernen Physik

Das Theoriengebäude der Physik ruht auf zwei Säulen, der Relativitätstheorie und der Quantenphysik. Beide Theorien enthalten ihren Vorgänger, die Newtonsche Physik, über das so genannte Korrespondenzprinzip als Grenzfall und haben daher einen größeren Gültigkeitsbereich als diese.

Die Relativitätstheorie

Die Relativitätstheorie führt ein völlig neues Verständnis der Phänomene Raum und Zeit ein. Danach handelt es sich nicht um universell gültige Ordnungsstrukturen, sondern räumliche und zeitliche Abstände werden von verschiedenen Beobachtern unterschiedlich beurteilt. Raum und Zeit verschmelzen dabei zu einer vierdimensionalen Raumzeit. Die Gravitation wird auf eine Krümmung dieser Raumzeit zurückgeführt, die durch die Anwesenheit von Masse bzw. Energie hervorgerufen wird. In der Relativitätstheorie wird auch erstmals die Kosmologie zu einem naturwissenschaftlichen Thema. Die Formulierung der Relativitätstheorie gilt als der Beginn der modernen Physik, auch wenn sie häufig als Vollendung der klassischen Physik bezeichnet wird.

Die Quantenphysik

Die Quantenphysik beschreibt die Naturgesetze im atomaren und subatomaren Bereich und bricht noch radikaler mit klassischen Vorstellungen als die Relativitätstheorie. Viele physikalische Größen erweisen sich in bestimmten Situationen als quantisiert, das heißt sie nehmen stets nur bestimmte diskrete Werte an und ändern sich in Form von Quantensprüngen. Materie erweist sich als Phänomen, das nur in Portionen, den sogenannten Elementarteilchen oder Quanten, in Erscheinung tritt. Ihr Aufenthaltsort lässt sich nicht mehr durch eine Bahn im Raum beschreiben sondern durch Wellen, über die eine Wahrscheinlichkeit dafür angegeben werden kann, das Teilchen bei einer Messung in einem bestimmten Raumgebiet zu finden. Man spricht von einem Welle-Teilchen-Dualismus. Der Aufenthaltsort eines Teilchens zwischen zwei solcher Messungen ist nicht nur unbekannt, sondern sogar nicht definiert. Die meisten Physiker folgern daraus, dass letztlich die Vorstellung von der Existenz einer vom Beobachter unabhängigen Realität aufgegeben werden muss. Hinsichtlich der Eigenschaften dieser Teilchen spielen Symmetrieeigenschaften eine zentrale Rolle. Die Gesetze der Quantenphysik entziehen sich weitgehend der menschlichen Anschauung, und über ihre Interpretation herrscht auch heute noch kein Konsens (Deutungen der Quantenphysik). Dennoch zählt sie hinsichtlich ihres empirischen Erfolges zu dem am besten gesicherten Wissen der Menschheit überhaupt.

Die vier Grundkräfte

Die moderne Physik kennt die folgenden vier Grundkräfte:
- Die Gravitation oder Schwerkraft,
- die elektromagnetische Wechselwirkung,
- die schwache Wechselwirkung, die beispielsweise für bestimmte radioaktive Zerfallsprozesse verantwortlich ist und
- die starke Wechselwirkung, die die Atomkerne zusammenhält. Eines der Ziele der Physik ist es, alle Grundkräfte in einem vereinheitlichten Gesamtkonzept zu beschreiben. Bisher ist es jedoch lediglich gelungen, die elektromagnetische Wechselwirkung als Vereinigung der elektrischen und der magnetischen Wechselwirkung darzustellen und ebenso die elektromagnetische Wechselwirkung und die schwache Wechselwirkung zu einer sogenannten elektroschwachen Wechselwirkung zu vereinigen. Zur Vereinigung der elektroschwachen- und starken Wechselwirkung wurde die Theorie der Supersymmetrie erdacht, deren Gültigkeit allerdings umstritten ist. Die größten Schwierigkeiten treten im Bereich der Gravitationskraft auf, da über sie - auch wenn schon lange bekannt - doch nur wenig gesichertes Wissen vorliegt. Maßgebliches Problem hierbei ist ihr kaum messbarer Einfluss auf alle Systeme, im Labormaßstab. Zu diesen fundamentalen Wechselwirkungen kommt noch ein fundamentales Prinzip der Quantenphysik, das Pauli-Prinzip. Aus diesem Prinzip leitet sich mittelbar eine weitere Wechselwirkung ab, die Austauschwechselwirkung.

Derzeitige Grenzen der physikalischen Erkenntnis

Das Ziel der heutigen Physik ist es, sämtliche Vorgänge der Natur durch eine möglichst geringe Anzahl von möglichst einfachen Naturgesetzen zu beschreiben und auf die Wechselwirkung weniger Elementarteilchen zurückzuführen. Inwieweit dieses Ziel prinzipiell oder praktisch erreichbar ist, ist völlig offen. Immerhin ist der Gültigkeitsbereich der bekannten physikalischen Gesetze äußerst weitreichend. Ungeklärte Phänomene der Physik lassen sich zwei grundsätzlich verschiedenen Gruppen zuordnen:
- Phänomene, deren zugrundeliegende Gesetze noch unbekannt sind. Dazu zählen insbesondere Phänomene der Teilchenphysik und solche, zu deren Beschreibung die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenphysik zugleich erforderlich sind, wie beispielsweise der Urknall. Der Grund hierfür ist, dass es bisher nicht gelungen ist, eine in sich geschlossene Quantenfeldtheorie zu formulieren, welche die Quantenphysik und die Relativitätstheorie vollständig vereinigt.
- Phänomene, die zwar bekannten Gesetzen gehorchen, deren Beschreibung jedoch an der mathematischen Komplexität scheitert. Für solche Situationen versucht man berechenbare Näherungsmodelle zu entwickeln, deren Qualität und Gültigkeitsbereich sich oft nur experimentell ermitteln lassen. Eins der bedeutendsten ungelösten Probleme in diesem Zusammenhang ist das des menschlichen Bewusstseins. Insbesondere die Frage, zu welcher der beiden Problemgruppen es zu zählen ist, wird kontrovers diskutiert. Die Physik ist prinzipiell nicht in der Lage, Aussagen über das Wesen der Dinge an sich zu treffen. Sie beschränkt sich darauf, die Gesetzmäßigkeiten zu ergründen, denen die Dinge unterworfen sind. Warum die Natur überhaupt gewissen Gesetzen gehorcht, ist letztlich unbekannt. Eine partielle Antwort gibt lediglich das anthropische Prinzip, indem es feststellt, dass es in einem Kosmos ohne Naturgesetze niemanden geben würde, der sich über deren Abwesenheit wundern könnte.

Themenbereiche der Physik

Im Folgenden werden die verschiedene Themenbereiche der Physik mit Kurzkommentar dargestellt und zwar nach übergeordnetem, theoretischen Rahmen eingeordnet und gleichzeitig weitgehend chronologisch sortiert. Viele der aufgeführten Themen lassen sich nicht eindeutig einer Theorie zuordnen. So sind beispielsweise viele Phänomene der Thermodynamik nur auf Basis der Quanten- und Relativitätstheorie erklärbar. In diesen Fällen ist das Thema unter der ältesten Theorie eingeordnet und bestehende maßgebliche Bezüge zu jüngeren Theorien sind mit (RT) für die Relativitäts- und (QT) für die Quantentheorie angedeutet. Die Liste enthält sowohl phänomenorientierte Sachgebiete als auch Querschnittstheorien (QST) mit gebietsübergreifendem Anwendungsbereich. Siehe auch das Physik-Portal mit unkommentierten, aber nach verschieden Kriterien sortierten Themenlisten sowie die alphabetische Liste physikalischer Themen.

Die newtonsche Physik einschließlich der Elektrodynamik

... ist der Bereich der Physik, der bis zur Entdeckung der Relativitätstheorie bekannt war.
- Die klassische Mechanik von Isaac Newton war die erste geschlossene physikalische Theorie überhaupt. Sie beschreibt die Bewegung von Körpern unter der Einwirkung von Kräften, einschließlich solcher Kräfte, die zwischen den Körpern wirken (Wechselwirkungskräfte).
- Die Akustik behandelt die Eigenschaften von Schallwellen.
- Die Optik behandelt die Eigenschaften des Lichtes und dessen Beeinflussung durch Materie.
- Die Wellenlehre als theoretische Disziplin bildet die mathematische Grundlage für Beschreibungen von Schwingungsvorgängen in Akustik, Optik und Atomphysik (QST/QT).
- Die Elektrodynamik beschreibt elektrische und magnetische Phänomene. Obwohl bereits früher bekannt, erhielt sie erst durch die Entdeckung der speziellen Relativitätstheorie ihr theoretisches Fundament (RT).
- Die Thermodynamik, auch statistische Mechanik oder Wärmelehre behandelt alle Vorgänge, bei denen Wärme und Temperatur eine Rolle spielen. Ihr Anwendungsbereich reicht jedoch weit darüberhinaus (QST/RT/QT).
- Die Kontinuumsmechanik ist die Verallgemeinerung der klassischen Mechanik auf kontinuierliche Medien.
- Die Strömungslehre behandelt die Dynamik von Fluiden, das heißt nicht fester Substanzen. Untergebiete sind die Hydrodynamik (Dynamik der Flüssigkeiten) und die Aerodynamik (Dynamik von Gasen).
- Die nichtlineare Dynamik und die Physik der komplexen Systeme befassen sich unter anderem mit Chaostheorie, Strukturbildung und Selbstorganisation (QST).

Die Relativitätstheorie

... befasst sich mit der Struktur von Raum und Zeit sowie mit dem Wesen der Gravitation. Die Einheit von newtonscher Physik, Elektrodynamik und Relativitätstheorie wird als Klassische Physik bezeichnet.
- Die spezielle Relativitätstheorie beschreibt das Verhalten von Raum, Zeit und Massen aus der Sicht von Beobachtern, die sich relativ zueinander bewegen. Dabei werden primär konstante Geschwindigkeiten betrachtet (QST).
- Die allgemeine Relativitätstheorie baut auf der speziellen auf und führt das Phänomen der Gravitation auf eine Krümmung von Raum und Zeit zurück.

Die Quantenphysik

... ist zur Beschreibung von Phänomenen im Mikrokosmos erforderlich, wo die Gesetze der klassischen Mechanik an ihre Grenze gelangen. Während sie experimentell immer wieder hervorragend bestätigt wird und die gesamte moderne Technologie auf ihr basiert, wird bis heute über ihre korrekte Interpretation gestritten. Im folgenden sind insbesondere Themen der nichtrelativistischen Quantenmechanik aufgeführt, bei denen sich die Zahl der beteiligten Teilchen nicht ändert.
- Aufgabe der Atomphysik ist es, den Aufbau und die Eigenschaften der Atome und ihre Spektren zu erklären. Sie beschränkt sich dabei in der Regel auf einen Energiebereich, in dem der Atomkern als strukturlos angesehen werden kann (RT).
- Die Molekularphysik beschreibt das Zusammenwirken verschiedener Atome und stellt die Verbindung zur Chemie und physikalischen Chemie her.
- Die Kernphysik studiert alle mit dem Atomkern zusammenhängenden Phänomene, die Kernstruktur und Kernreaktionen (RT).
- Die Laserphysik ist ein Teilgebiet der Optik. Ihre Aufgabe ist die Entwicklung und wissenschaftliche Untersuchung der verschiedenen Laser-Typen (RT).
- Die Plasmaphysik untersucht die Eigenschaften von Plasmen, d. h. hochgradig ionisierten Materiezuständen (RT).
- Gegenstand der Tieftemperaturphysik ist Untersuchung von Ordnungsphänomenen in Materie, die bei höheren Temperaturen aufgebrochen werden.
- Die Physik kondensierter Materie beschreibt Phänomene (korrelierter) Vielteilchensysteme. Die Physik der Kondensierten Materie unterscheidet sich grundlegend von der freier Teilchen.
  - Die Festkörperphysik und Halbleiterphysik befasst sich mit der Physik von Materie im festen Aggregatzustand, insbesondere (aber nicht ausschließlich) von fester Materie mit periodischem Aufbau.
  - Die Physik der Flüssigkeiten ist ein Teilgebiet der Fluidmechanik und befasst sich mit Materie im flüssigen Aggregatzustand. Die Bausteine der Flüssigkeit weisen eine gegenseitige Beweglichkeit auf (Translation und Rotation). Dennoch sind (im Unterschied zum idealen Gas) bei Flüssigkeiten im Nahbereich Korrelationen beobachtbar.
  - Die Physik der Flüssigkristalle beschreibt die Physik von Materie, die sowohl Elemente einer kristallinen Ordnung aufweisen als auch die einer ungeordneten Flüssigkeit: Die Bausteine von Flüssigkristallen weisen die Beweglichkeit einer Flüssigkeit auf (genauer Translation), besitzen jedoch eine wohldefinierte gegenseitige Orientierung.
  - Die Physik der weichen Materie beschreibt die Eigenschaften von Polymeren, Kolloiden und Membranen.
  - Die Grenzflächenphysik beschreibt die besonderen physikalischen Phänomene an der Oberfläche kondensierter Materie. Ein Spezialfall der Grenzflächenphysik ist die Oberflächenphysik.

Die relativistische Quantenphysik

... befasst sich mit Phänomenen, zu deren Beschreibung die Quantenphysik und die Relativitätstheorie zugleich erforderlich sind.
- Die Elementarteilchenphysik, auch Teilchenphysik oder Hochenergiephysik, ist die Lehre von den elementarsten Grundbausteinen der Materie und ihrem Verhalten.
- Die Quantenfeldtheorie ist die quantenmechanische Beschreibung von Feldern und ist für die Teilchenphysik relevant. Das Standardmodell ist eine Quantenfeldtheorie, die alle bekannten Teilchen und Kräfte bis auf die Gravitation einheitlich beschreibt:
  - die Dirac-Theorie ist eine relativistische Beschreibung von Fermionen und begründet die Basis für die Konzepte Spin und Antimaterie
  - die Quantenelektrodynamik stellt die Verbindung zwischen Photonen und elektromagnetischen Feldern her und beschreibt die Wechselwirkung mit Ladungen als Austausch von virtuellen Photonen
  - die Quantenchromodynamik beschreibt die starke Wechselwirkung zwischen Quarks als Austausch von Gluonen
- Quantengravitation ist ein Überbegriff für Ansätze, die vier Grundkräfte der Physik mit einer gemeinsamen Theorie zu beschreiben und dadurch insbesondere die allgemeine Relativitätstheorie mit der Quantenphysik zu vereinen (QST):
  - die Stringtheorie beschreibt Elementarteilchen als Strings und geht von verborgenen Dimensionen der Raumzeit aus
  - die Loop-Quantengravitation beschreibt die Raum-Zeit als Spin-Netzwerk bzw. Spin-Schaum
  - die Quantengeometrie
  - die Supersymmetrie

Interdisziplinäre und technisch orientierte Themenbereiche


- Die Astrophysik wendet physikalische Methoden auf das Studium astronomischer Phänomene an.
- Bei der physikalischen Chemie handelt es sich um den Grenzbereich zwischen Physik und Chemie. Physikalische Chemiker wenden die Methodik der Physik auf die Anschauungsobjekte der Chemie an.
- Die Technische Physik ist jenes Teilgebiet der Physik, das sich mit den technischen Anwendungen physikalischen Wissens befasst.
- In der Biophysik werden die physikalischen Gesetzmäßigkeiten, denen Lebewesen und ihre Wechselwirkung mit der Natur unterliegen, untersucht.
- Die Geophysik nutzt physikalische Modelle zur Erklärung geologischer Strukturen und Vorgänge.
- Quantenelektronik ist ein relativ junges Forschungsgebiet und wendet die Ergebnisse der Quantentheorie auf die Entwicklung elektronischer Schaltkreise an.
- In der Theorie der Quantencomputer tritt die Physik in interdisziplinäre Zusammenarbeit mit der Informatik. Hier werden unter anderem Algorithmen mit geringerer Komplexität als bei klassischen Computern möglich.
- Die Beschleunigerphysik beschaftigt sich mit der Entwicklung von Teilchenbeschleunigern. Diese werden benötigt, um die Energiedichten der Elementarteilchenphysik zu erreichen, aber auch als Strahlenquelle für Untersuchungen in einem weiteren naturwissenschaftlichen Bereich.
- Die Reaktorphysik beschäftigt sich mit der technischen Beherrschung von Kernreaktionen in Kernreaktoren.
- Die Umweltphysik beschäftigt sich in ihrer Forschung vor allem mit den Bereichen Energie und Klima.
- Soziophysik und Wirtschaftsphysik wenden physikalische und statistische Methoden auf gesellschaftliche, wirtschaftliche, kulturelle und politische Phänomene an.

Methodik der Physik

Der Prozess der Erkenntnisgewinnung in der Physik verläuft in enger Verzahnung von Experiment und Theorie, besteht also aus empirischer Datengewinnung und -auswertung und gleichzeitig dem Erstellen theoretischer Modelle zu ihrer Erklärung. Dennoch haben sich im Verlauf des 20. Jahrhunderts Spezialisierungen herausgebildet, die insbesondere die professionell betriebene Physik heute prägen. Demnach lassen sich grob Experimentalphysik und theoretische Physik voneinander unterscheiden.

Experimentalphysik

Während manche Naturwissenschaften wie etwa die Astronomie und die Meteorologie sich methodisch weitgehend auf die Beobachtungen ihres Untersuchungsgegenstandes beschränken müssen, steht in der Physik das Experiment im Vordergrund. Dabei versucht die Experimentalphysik, durch Entwurf, Aufbau, Durchführung und Auswertung von Experimenten Gesetzmäßigkeiten in der Natur aufzuspüren und mittels empirischer Modelle zu beschreiben. Sie versucht einerseits physikalisches Neuland zu betreten, andererseits überprüft sie von der theoretischen Physik gemachte Vorhersagen. Grundlage eines physikalischen Experimentes ist es, die Eigenschaften eines zuvor präparierten physikalischen Systems, zum Beispiel eines Teilchenbeschleunigers, einer Vakuumkammer mit Detektoren oder eines geworfenen Steins durch Messung in Zahlenform auszudrücken, etwa als Länge e