Verwaschener Zeitfluss
Kombination von Quantenmechanik und Allgemeiner Relativitätstheorie weist auf fundamentale Beschränkung der Zeitmessung hin.
Aus dem Alltag sind wir damit vertraut, dass wir Eigenschaften eines bestimmten Objekts mit beliebiger Genauigkeit bestimmen können. In der Quantenmechanik existiert nach der Heisenbergschen Unschärferelation eine grundsätzliche Grenze der Genauigkeit, mit der bestimmte physikalische Eigenschaften, etwa die Energie und die Zeitangabe einer Uhr, gepaart sind: Je genauer eine Uhr geht, desto größer ist die Unschärfe in ihrer Energie. Eine beliebig genaue Uhr würde daher eine unbeschränkte Unschärfe in ihrer Energie aufweisen.
Abb.: Das idealisierte Bild von Raum und Zeit in Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie ordnet jedem Punkt im Raum eine ideale Uhr zu. (Bild: J. C. Palomino, U. Wien)
Ein weiteres Phänomen, das Energie und Zeit verbindet, wird von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie, der anderen grundlegenden Theorie der Physik, vorhergesagt. In der Allgemeinen Relativitätstheorie wird der Zeitfluss durch vorhandene Massen oder Energiequellen verändert. Dieser Effekt – die gravitationsbedingte Zeitdilatation – hat zur Folge, dass die Zeit nahe eines Objekts mit großer Energie langsamer läuft als in der Nähe eines Objekts mit kleinerer Energie.
Durch die Kombination dieser Grundsätze aus der Quantenmechanik und der Allgemeinen Relativitätstheorie konnten Forscher unter der Leitung von aslav Brukner von der Universität Wien und dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der ÖAW einen neuen Effekt in diesem Wechselspiel aufzeigen. Gemäß der Quantenmechanik weist eine sehr genaue Uhr eine sehr große Unschärfe in ihrer Energie auf: Je größer die Unschärfe in ihrer Energie ist, desto größer ist die Unschärfe im Zeitfluss nahe der Uhr – so die Allgemeine Relativitätstheorie. Die Forscher fügten diese Puzzlesteine zusammen und zeigten dadurch, dass sich nebeneinander angeordnete Uhren zwangsläufig gegenseitig stören müssen, was zu einem „verwischten” Zeitfluss führt.
Diese Einschränkung in der Genauigkeit der Zeitmessung ist unabhängig vom zugrundeliegenden Mechanismus oder vom Material der Uhren und ist in diesem Sinne allgemein gültig. „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass wir unsere Vorstellungen über die Natur der Zeit neu überdenken müssen, sobald Quantenmechanik und Allgemeine Relativitätstheorie gemeinsam berücksichtigt werden”, fasst Esteban Castro zusammen.
U. Wien / DE
