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Zeit

Wenn es um Hundertstel-Sekunden geht

Eng mit der Geschwindigkeit verknüpft ist die Zeit. Sie läuft, sobald sich Usain Bolt und seine Rivalen beim 100-Meter-Lauf aus den Startblöcken katapultieren oder wenn US-Schwimmerin Missy Franklin ins Wasser springt, um sich im Freistil oder Rückenschwimmen mit ihren Konkurrentinnen zu messen. Aber auch bei Langstrecken-Wettbewerben wie dem Marathon oder Gehen geht es darum, eine möglichst gute Zeit zu erreichen.

Atomuhren - hier eine nur chipgroße Ausgabe - sind inzwischen genau genug, um die gravitative Zeitdehnung zu messen. © NIST

Ziemlich relativ

Physikalisch gesehen ist die Zeit wahrscheinlich eine der am schwersten zu definierenden Einheiten. Denn wie Albert Einstein schon vor gut 100 Jahren in seiner Speziellen Relativitätstheorie postulierte, ist die Zeit relativ. Durch starke Beschleunigungskräfte oder die Gravitation kann die Zeit gedehnt werden. Vergleichbar ist ein Zeitabschnitt daher nur unter ähnlichen Bedingungen, denn schon auf hohen Bergen vergeht die Zeit eine Winzigkeit schneller als im Tal, wie 2015 eine Messung bestätigte.

Um die Grundeinheit der Zeit zu definieren, die Sekunde, greift man heute auf Bewegungen im Reich der Atome zurück. Dafür wird in 260 weltweit verteilten Cäsium-Atomuhren gemessen, bei welcher Mikrowellenfrequenz Cäsiumatome im Vakuum ihren energetischen Zustand wechseln. Genau 9.192.631.770 Schwingungen dieser Frequenz ergeben eine Sekunde.

Einige Gammastrahlen-Ausbrüche dauern weniger als 60 Sekunden. © NASA/Swift/Mary Pat Hrybyk-Keith and John Jones

Schwimmsprint so lang wie ein Gammastrahlen-Ausbruch

Während es bei den olympischen Wettbewerben meist um Zehntel- und Hunderstelsekunden geht, wird für Technologien wie das GPS, für die Quantenphysik, aber auch für Messungen der Zeitverzerrung durch Gravitation oder bestimmte kosmische Phänomene eine erheblich genauere Zeitmessung benötigt. Das Chandra-Röntgenteleskop hat beispielsweise ein Instrument an Bord, das die Ankunftszeit jedes Röntgenphotons extrem genau registrieren kann. Das hilft unter anderem dabei, die Rotationsgeschwindigkeit von Neutronensternen oder des um ein Schwarzes Loch kreisenden Materials zu bestimmen.

Aber es gibt auch kosmische Zeitdauern, die durchaus mit olympischen Zeiten vergleichbar sind: So legt die US-Schwimmerin Missy Franklin beim Rückenschwimmen 100 Meter in weniger als 60 Sekunden zurück – etwa genauso lange dauern die Gammastrahlen-Ausbrüche, die die Geburt eines Schwarzen Lochs ankündigen. Beim olympischen Geher-Wettbewerb auf der 50 Kilometerstrecke benötigen die Athleten gut dreieinhalb Stunden – etwa genauso lange braucht das Licht von der Sonne bis zum Planeten Neptun.

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Nadja Podbregar, NASA/ Chandra X-ray Center
Stand: 05.08.2016

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Olympische Maßstäbe
Sportleistungen mit den Augen der Physik gesehen

Geschwindigkeit
Wer sind die Schnellsten?

Zeit
Wenn es um Hundertstel-Sekunden geht

Entfernung
Höher, weiter, ferner

Masse
Warum die olympische Hantel auch auf dem Mond 264 Kilogramm hat

Druck
Vom Ruderblatt zum Neutronenstern

Rotation
Von Saltos, Schwüngen und Pirouetten

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