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DPG-Frühjahrstagung 2018 / Universität Würzburg
Referat vor dem FV Didaktik der Physik (FV DD) 24.1. am 21.03.2018
Zeit und Uhr
Abstract
Will man in der Wissenschaft etwas wirklich verstehen, dann gilt es als erstes Sein und Schein zu unterscheiden, denn sonst weiß man gar nicht, wovon man redet. Sein ist das, was den Sachen selber zukommt, was zu erkennen daher Sachverstand erfordert. Der Schein ist das, wie der Mensch mit ihnen zu seinem Verständnis umgeht. Es gilt in theoretischen Fragen daher immer auch die Denkweise des Menschen zu verstehen und zu berücksichtigen, was man die Rolle des Beobachters nennt. Die tiefe Bewusstlosigkeit des eigenen Tuns zeigt schon die mangelnde Unterscheidung von Zeit und Uhr, wo man selbst in der PTB glaubt, dass Uhren die Zeit messen. Doch "messen" ist ein kognitiver Vorgang. Instrumente wie Uhren sind Hilfsmittel: sie wissen nichts und sie messen nichts, sie zeigen nur an. Messen müssen wie schon selbst.
ReferatThemenübersicht (gebeamt)
Begrüßung
1. Das Maß der Dauer
2. Die Uhr
3. Der Maßstab
4. Die Weltzeit
5. Der Ursprung des ZeitbegriffsLiebe Kolleginnen, liebe Kollegen, verehrte Anwesende,
In der Pressemitteilung zum 125-jährigen Bestehen der Physikalisch- Technischen Bundesanstalt vom 28. März 2012 hieß es: "Wer an die heutige PTB denkt, dem fällt als erstes gewiss die "Zeit" ein, deren Geheimnis zwar auch die Physiker nicht aufdecken können, die sich aber so genau messen lässt wie nichts anderes in der Welt." Meine Frage ist hier: lässt sich die Zeit wirklich messen? Ist sie denn ein Gegenstand, an dem Hand und Maß anlegt werden kann? Doch wohl kaum. Was ist sie dann? Gehen wir hier schrittweise vor, auch wenn Ihnen vieles schon bekannt ist - aber vielleicht eben doch nicht genau genug. Sie haben sicher ein Wissen davon - aber verstehen sie auch was Sie wissen? Zitat: "Viele Dinge, die später Durchbrüche sind, resultieren gerade daraus, dass Leute noch einmal sehr grundsätzlich darüber nachgedacht haben, was diese Dinge eigentlich bedeuten." (Ulrich Schollwöck, Physiker, Prof. an der LMU München) Versuchen wir also so grundsätzlich wie hier möglich zu sein, auch um der ersten Forderung im neuen Rundbrief der Didaktik nach Horst Schecker zu entsprechen: „Wir brauchen mehr wissenschaftlichen Disput über Grundsatzfragen!“ Bisher ist man in der Physik Grundsatzfragen nach Möglichkeit ausgewichen - siehe Pressemitteilung der PTB - in der Hoffnung, dass auch kein anderer sie stellt. Das geht nun nicht mehr! Machen wir uns ehrlich!1. Das Maß der Dauer
Wie wir wissen, ist ein weitgehend zuverlässiges Maß von Dauer die Dauer des Tages. Internationale Einheit der Dauer ist die Sekunde, als der 86.400 Teil eines mittleren Sonnentages. Für wissenschaftliche Zwecke werden heute jedoch Atomuhren genutzt. Differenzen zwischen der Internationalen Atomzeit IAT, die durch Mittelung aus einer Anzahl internationaler Atomuhren festgelegt wird, und der aus astronomischer Beobachtung gewonnen Weltzeit UT (universal time), die nach Korrekturen infolge von Polbewegungen der Erde als UT1 bezeichnet wird, werden halbjährlich durch Schaltsekunden ausgeglichen. Aus dem Vergleich von IAT und UT1 wird nach internationaler Vereinbarung die Koordinierte Weltzeit UTC festgelegt, die Normzeit und Zeiterleben im Einklang hält.2. Die Uhr
Analoge, d.h. kontinuierlich gehende Uhren stellen nur den Sonnengang als Spiegel der kontinuierlichen Erddrehung nach. Im "Uhrzeigersinn" heißt: wie der Gang der Sonne von links (Osten) erst auf- und dann absteigend nach rechts (Westen) auf der Nordhalbkugel erlebt wird, so dass man bei Sonnenschein anhand des Stundenzeigers - den in Richtung Sonne gehalten - die Himmelsrichtungen ablesen kann. Für das 24-Stunden-Zifferblatt ist 24 Uhr Süden, 6 Uhr Westen, 12 Uhr (gedacht) Norden. Bei digitalen Uhren dagegen springt die Zeitanzeige von Sekunde zu Sekunde und addiert sie nach der Norm, ohne jede weitere Bedeutung. Grundsätzlich: Uhren geben Zeitpunkte, sind also Zeitzeiger - das ist alles, was man über den Sinn von Uhren wissen muss und wissen kann! Was gibt es an diesen einfachen Sachverhalt nicht zu verstehen? Wenn wir nichteinmal die von Menschen selbst gemachten Dinge verstehen – wie wollen wir dann die fremde Welt verstehen?- Uhren im Vergleich (gebeamt)
3. Der Maßstab
Die Zeit ist also ein Maßstab, nämlich der der Dauer, und ihre Bestimmungsstücke, wie Sekunde, Minute, Stunde, mittlerer Sonnentag und Jahr, sind - wie alle anderen Maßeinheiten - durch internationale Konventionen festgelegt. Alles Messen ist ein Vergleichen! Die Messung einer Dauer ist als Kognitionsmuster das Vergleichen einer unbekannten Dauer eines Zustands oder Ereignisses mit der durch Uhren bekannten Dauer des Tages und seiner Teile und Vielfache, wodurch die unbekannte Dauer uns bekannt wird als die Differenz zweier Zeitpunkte, so wie die Länge die Differenz zweier Messpunkte ist. - Schon Newtons Definition der "relativen Zeit", also der für Relationen, d. h. für Messungen benutzten Zeit, als "ein beliebiges sinnlich wahrnehmbares und äußerliches Maß der Dauer, aus der Bewegung gewonnen" war von tiefer Einsicht in das Wesen der Zeit als Maß und Kognitionsmuster geprägt. Es kann also keine Rede davon sein, dass sich die Zeit „messen lässt“, wie man in der PTB noch immer glaubt, denn sie ist der Maßstab des Messens, nämlich der von Dauer, und muss definiert werden. Normgrößen sind keine Frage der Wahrheit sondern der Geltung. Wieso weiß das gerade die PTB nicht? Meine Erklärung: bei ihr haben Physiker das Sagen und die machen gern einen Bogen um grundsätzliche Fragen, in der Hoffnung, dass auch kein anderer sie stellt. Aber wir müssen sie stellen, damit wir verstehen, was wir tun und sagen. Messen ist ein geistiger Akt mit geistig gesetzten Größen, der ein quantitatives Wissen vermittelt. Instrumente messen nicht, sie zeigen nur an! Und das nenne ich, die Dinge so einfach zu erklären – nicht wie möglich! – sondern wie sie sind! Und siehe da: einfacher geht es wirklich nicht. Und was nicht einfacher geht, ist grundsätzlich.4. Die Weltzeit
Auf der Washingtoner Meridiankonferenz von 1884 einigte man sich auf den Meridian durch Greenwich als Nullmeridian und auf die Greenwich Mean Time (GMT) als erste allgemein gültige Weltzeit. Die GMT ist die durch astronomische Messungen bestimmte mittlere Ortszeit des durch die Sternwarte von Greenwich führenden Meridians. 1928 wurde diese in Universal Time (UT) umbenannt. Seit 1972 verwendet man als Weltzeit die durch Atomuhren dargestellte Koordinierte Weltzeit (UTC). Diese Weltzeit, in Zeitzonen gegliedert, gilt überall auf der Welt, ebenso für Astronauten im Orbit und darüber hinaus. Zitat: "Die Besatzung auf der ISS richtet sich in der Regel nach der koordinierten Weltzeit (UTC), da die Zeitzone von Greenwich etwa zwischen den Zeitzonen der beiden ISS-Hauptkontrollzentren in Houston (Texas) und Moskau liegt" (Alexander Gerst lt. Physik Journal vom November 2017). Resümee: Die Zeit ist eine in Konventionen festgelegte Messgröße der Dauer und Uhren sind das Hilfsmittel der Messung, die Zeitpunkte geben, was ihre einzige Aufgabe ist. Wenn eine Uhr vom Zeitnormal abweicht, geht sie schlicht falsch und sonst gar nichts. Merke: Nur in Hinblick auf die Norm und ihre Referenzmaße macht eine Rede von "falsch" gehenden Uhren Sinn! Neben der Klärung der Begriffe hoffe ich, hier durch eine kurze Geschichte der Zeit als Norm, etwas zur Entmythologisierung des Zeitbegriffs beitragen zu können, was ich für dringend notwendig halte5. Der Ursprung des Zeitbegriffs
Der Ursprung des Zeitbegriffs ist das Erinnerungsvermögen, das abfolgende Ereignisse in Zusammenhang bringt. Es gibt keine Sache Zeit! Ohne Erinnerungen hätten wir nur unverbundene Momentaneindrücke, Bild für Bild, Laut für Laut. Wir wüssten nichts von Sprache und Melodien, wüssten nichts von Bewegung und Zeit und hätten kein Wiedererkennen und kein Wissen, also all dass, was das geistige Menschsein ausmacht. Zeitliches Empfinden gibt es nur im Gedächtnis von Lebewesen, also auch bei uns Menschen einzig in unserem Gehirn. Die Rolle des Beobachters kann gar nicht umfassend genug gesehen werden, wollen wir uns nicht zum Narren machen und zum Beispiel etwas außerhalb von uns in der Welt suchen, was nur in unserem Gedächtnis existiert. Aber weil wir eben ein großes Hirn haben, haben wir uns Hilfsmittel ersonnen, um für uns Wichtiges messen, also quantitativ genau bestimmen zu können, wie zum Beispiel die Dauer. Was gibt es daran nicht zu verstehen?
Ich danke Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit!
Autor:
Helmut Hille, Heilbronn
FV DD, Mitglied der AG Phil