Fundamentale Einschränkung für Genauigkeit der Zeitmessung nachgewiesen

9. März 2017, 13:34
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Je genauer eine bestimmte Uhr arbeitet, desto mehr "verwischt" sie den Zeitfluss, den benachbarte Uhren messen, berichten Wiener Physiker

Wien – Der Allgemeinen Relativitätstheorie zufolge vergeht die Zeit nicht überall gleich schnell. Indem sie diese anerkannte Tatsache mit Effekten aus der Quantentheorie verknüpften, konnten Wiener Physiker nun eine grundlegende Einschränkung für die Genauigkeit von Zeitmessungen aufdecken, berichten sie im Fachjournal "PNAS". Demnach können benachbarte Uhren nicht alle die Zeit exakt messen.

Wer im obersten Stockwerk eines Wolkenkratzers lebt, altert schneller als jemand, der im Erdgeschoß wohnt. Dieser als gravitative Zeitdilatation bekannte Zusammenhang ist eine direkte Konsequenz aus der Allgemeinen Relativitätstheorie: Je näher man sich an einer Masse, in diesem Fall der Masse der Erde, befindet, desto langsamer vergeht die Zeit. Zwar ist der Effekt winzig klein und spielt im Alltag keine Rolle, doch ist er vielfach experimentell bestätigt worden und allgemein akzeptiert.

Quantenwelt trift Einstein

Allerdings ging Einstein in seiner Theorie davon aus, dass die Zeit, egal ob sie nun schnell oder langsam vergeht, zumindest an jedem Ort genau definiert sein müsste. An dieser Stelle haken die Physiker der Universität Wien und dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften um Časlav Brukner nun ein und bringen die Quantenmechanik ins Spiel.

Denn die Heisenbergsche Unschärferelation sagt aus, dass Zeit und Energie eines Systems niemals gleichzeitig exakt bestimmt werden können. Im Fall einer Uhr würde das bedeuten: Je genauer die Zeitmessung, desto unbestimmter (bzw. "unschärfer") ist ihre Energie. Gemäß Einsteins berühmter Formel E=mc2 bedeutet eine unbestimmte Energie allerdings nichts anderes als eine unbestimmte Masse.

Fundamentale Einschränkung

"Befände sich nun eine zweite Uhr in der Nähe, würde sie über die Zeitdilatation, verursacht durch die Masse der ersten Uhr, beeinflusst werden", sagt Brukner. "Da diese Masse jedoch unscharf ist, ist auch ihr Effekt auf die zweite Uhr nicht genau definiert. Somit ist eine exakte Zeitmessung an beiden Orten unmöglich – der Zeitfluss ist sozusagen 'verwischt'."

Laut Brukner handelt es sich dabei um eine fundamentale Einschränkung in der Genauigkeit von Zeitmessungen – unabhängig vom Aufbau und der Funktionsweise einer realen Uhr. Obwohl die Forscher in ihrer Studie die Relativitätstheorie mit der Quantenwelt verknüpft haben, betonen sie, dass dies keinen neuen Ansatz zur lang ersehnten Theorie der Quantengravitation darstellt, die diese beiden Bereiche vereinen würde. "Es ist uns aber gelungen, einzelne Standardformulierungen aus der Quantenmechanik und der Relativitätstheorie so zu kombinieren, dass dabei keine Widersprüche auftreten", so Brukner. (APA, 9.3.2017)

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