Koordinierte Weltzeit und Atomzeit

Jetzt wird es ja wieder aktuell, die EU könnte die zweimal jährliche Zeitumstellung abschaffen. Das ist ein guter Anlass, einmal über ausgezeichnete und relative Zeit zu schreiben. Dabei geht es natürlich auch um den scheinbaren Widerspruch zur Relativitätstheorie: Warum man eine universelle Zeit definieren kann, wenn Zeit relativ ist.

Bringen wir aber erst mein Statement zur Zeitumstellung unter: Ich habe ja schon öfter die Zeitumstellung zum Anlass genommen, hier über Zeit oder Uhren zu schreiben. Das ist dann auch der einzige Aspekt, den ich an der Zeitumstellung vermissen werde. Die Vorteile sind meines Erachtens zu gering, um den Aufwand der Zeitumstellung jedes Jahr zu rechtfertigen.

Sollten wir zu einer ganzjährigen Zeitzone zurückkehren, so würde ich die gewöhnliche mitteleuropäische Zeit, MEZ, die eine Stunde vor der universellen Standardzeit liegt, vor der sogenannten Sommerzeit MESZ bevorzugen. Zum einen, weil die näher an der astronomischen Idealzeit liegt, bei der die Sonne um 12 am höchsten steht. Zum anderen, weil wir im Winter schon jetzt im Dunkeln aufstehen müssen. Die Sonne geht an den kürzesten Tagen erst um halb Neun auf. Halb zehn wäre mir entschieden zu spät.

Wenn Sie  mehr über die Zeitzonen lesen möchten, empfehle ich diese Kolumne auf Spektrum.de.

Zeitpunke

In einem der letzen Artikel beschäftigte ich mich mit einigen technischen Aspekten der Zeitmessung. Dabei habe ich einen wichtigen Aspekt der Zeitmessung ausgelassen, ich schrieb nur über die richtige Vermessung von Zeitabläufen, von Dauer. Also über die Ganggenauigkeit von Uhren. Jetzt möchte ich mich um koordinierte Zeitpunkte, um eine Weltzeit kümmern. Dabei können wir global an das Alter des Universums denken oder auf der Erde bleiben. Bleiben wir erstmal hier.

Weltzeit nach der Sonne

Die Zeitzonen sind für die technische Zeitmessung ein untergeordnetes Problem. Sie sind nur Umbenennungen der einen Weltzeit (UTC), die mit der Zeitzone Londons, der Greenwich Mean Time (GMT) zusammenfällt. Unsere Normalzeit, die Mitteleuropäische Zeit (MEZ) geht der UTC um eine Stunde voraus unsere Sommerzeit geht gemeinsam mit der Zeitzone von Athen und Helsinki zwei Stunden voraus. Das sind einfach Umrechnungen derselben Zeit.

Historisch waren die Zeiten nach dem Stand der Sonne definiert: 12 Uhr mittags GMT ist wenn die Sonne in Greenwich genau im Süden steht, wenn sie also den 0-ten Längengrad überschreitet. 12 Uhr Mittags MEZ ist wenn die Sonne über dem 15 Längengrad steht und nach Sommerzeit steht sie mittags über dem 30-ten Grad, also in St. Petersburg im Süden.

Atomzeit – wenn man es genau wissen will

Zeitmessung geht heute aber viel genauer als die Sonne und deshalb ist die Koordinierte Weltzeit heutzutage über die internationale Atomzeit (TAI) definiert. Weil Atomuhren so genau gehen, muss bei der Definition der Weltzeit eine etwas andere Sekundendefinition als die SI-Sekunde gewählt werden. Die SI-Sekunde ist die Zeit, in der eine Resonanzschwingung des Cäsium-133-Isotops 9.192.631.770 mal schwingt.

Laut Relativitätstheorie vergeht die Zeit aber je nach Geschwindigkeit und Höhe im Schwerefeld unterschiedlich schnell. Eine SI-Sekunden-Uhr auf einem Berg würde also nach einiger Zeit gegenüber einer Uhr auf Höhe der Meeresspiegels vorgehen. Eine schnell bewegte Uhr würde mit der Zeit gegenüber einer ruhenden nachgehen. Deshalb ist die TAI definiert als die Zeit, die eine Uhr auf Meereshöhe messen würde. Alle Uhren der weltweiten Institute für Zeitstandards sind auf diese Definition hin korrigiert und miteinander Synchronisiert. So ergibt sich die internationale Atomzeit.

Die Rotation der Erde stimmt Allerdings nur ungefähr mit mit der TAI überein. Die Erde braucht für eine Umdrehung ein winziges bisschen Länger als 24 TAI-Stunden. Deshalb wird zur Bestimmung der koordinierten Weltzeit ab uns zu eine Schaltsekunde eingefügt. Deshalb geht UTC gegenüber TAI momentan 27 Sekunden nach. Die Zeit des Satellitennavigationssystems GPS liegt dazwischen. Sie geht gegenüber TAI 19 Sekunden nach und das wird so bleiben, weil GPS keine Schaltsekunden mitmacht.

Veröffentlicht von

www.quantenwelt.de/

Joachim Schulz ist Gruppenleiter für Probenumgebung an der European XFEL GmbH in Schenefeld bei Hamburg. Seine wissenschaftliche Laufbahn begann in der Quantenoptik, in der er die Wechselwirkung einzelner Atome mit Laserfeldern untersucht hat. Sie führte ihn unter anderem zur Atomphysik mit Synchrotronstrahlung und Clusterphysik mit Freie-Elektronen Lasern. Vier Jahre hat er am Centre for Free-Electron Laser Science (CFEL) in Hamburg Experimente zur kohärenten Röntgenbeugung an Biomolekülen geplant, aufgebaut und durchgeführt. In seiner Freizeit schreibt er zum Beispiel hier im Blog oder an seiner Homepage "Joachims Quantenwelt".

12 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Eine Frage:

    In einem Kommentar zu diesem Thema habe ich mal gelesen, daß die ME(S)Z auch für Länder, die westlich des Längengrad Null liegen wie Spanien, gelten soll. Dies stimmt sogar. Wenn man mit der Maus über Madrid geht, wird unsere Zeit angezeigt. Und de Nullmeridian geht durch einen Ort an der Ostküste (Costa Blanca).

  2. Nicht nur für Physik+Astronomie bietet die Zeitumstellung viel Stoff, sondern auch für das, was ich die Ideen- und Politiksphäre nennen würde.
    1895 vom Astronomen und Insektenkundler George Vernon Hudson aufs Tapet gebracht, also als Idee, als Mem geboren und viral verbreitet, wurde die Sommerzeit 1916 erstmals in Deutschland und Österreich/Ungarn eingeführt und hat sich dann über die ganze Welt verbreitet, wobei die Frage, ob die Sommerzeit eingeführt werden sollte immer auch eine politische Frage war und als solche sehr viel Gesprächsstoff bot und sehr viele Zeitungsseiten füllte. Biologisch/Anthropologisch gesehen ist aber eine solche Zeitumstellung ein Fehler – auch das wusste man schon sehr lange -, denn sie bringt die innere Uhr durcheinander und führt in sehr langen Übergangsphasen zu einer Verschlechterung des Wohlbefindens, der kognitiven Leistung und der Arbeitsleistung ganz allgemein. Erstaunlich ist aber, dass die Sommerzeitidee so lange durchgehalten hat. Und das obwohl sie eine falsche Idee ist.
    Für mich ist die Geschichte mit der Sommerzeit so gesehen ein Sinnbild für andere falsche Ideen, die sich jahrzehnte- bis jahrhundertelang halten und die Menschheit immer wieder terrorisieren. Gerade dieses Wochenende las ich wieder mehrere Artikel von Autoren, denen es um die Überwindung des Kapitalismus ging und die im Sozialismus die Erfüllung der menschlichen Bestimmung sahen. Doch ich vermute, dass viele dieser Vorstellungen einer sozialistischen Idealwelt sich auf der gleichen Ebene befinden wie die Vorstellung von einer Verbesserung des Lebensrhythmus durch die Einführung einer Sommerzeit. Auch da geht es Jahrzehnte bis Jahrhunderte bis eine von anbeginn an falsche Idee endlich als falsch durchschaut wird. Und warum wird sie als falsch durchschaut? Weil die Idee schliesslich naturwissenschaftlich/biologisch/anhtropologisch überprüft werden kann und man schliesslich auch rational begründen kann, warum eine Idee, die zuerst gut ausschaut, nichts taugt, weil sie gegen die menschliche Natur verstösst.

  3. @Martin Holzherr 17. September 2018 @ 10:36

    Wurde die Sommerzeit nicht mit Energieeinsparung begründet? Auffallend auch daß sie in der Zeit des 1. Weltkrieges eingeführt wurde.

  4. @Rudi Knoth: Die Sommerzeit wurde x-Mal eingeführt, nämlich mindestens einmal in den über 70 Ländern, die sie heute kennen, oft aber mehrmals, denn zwischenzeitlich wurde die Änderung auch wieder rückgängig gemacht. Und ja, zu gewissen Zeiten – beispielsweise nach der Energiekrise der 1970er-Jahre – wurde sie mit den Energieeinsparungen begründet ( Sie hat sich vor allem in Nordamerika und Europa durchgesetzt und begann in den 1970er Jahren als Folge der Energiekrise der 1970er Jahre. )

    Die Einführung oder Abschaffung der Sommerzeit in einem Land hatte immer auch Auswirkungen auf die umgebenden Länder, denn für den Handel zwischen Ländern ist ein Zeitunterschied äusserst unpraktisch. Die anderen (meist kleineren Länder) mussten wohlgedrungen mitziehen, wenn ein grösseres Land plötzlich die Sommerzeit einführte oder sie gerade wieder einmal abschaffte.

    Kurzum: Mit der letztlich sozial/politisch begründeten Einführung der Sommerzeit hatte man neue Probleme geschaffen. Vielleicht besteht ja ein wichtiger Teil von Politik gerade darin, nicht nur Probleme zu lösen, sondern auch neue Probleme zu erzeugen, zu schaffen! Denn wenn es keine Probleme gibt, dann braucht es die Politik gar nicht. Und das wollen die Politiker doch bitte sehr vermeiden.

  5. Wenn man Schaltsekunden vermeidet, vermeidet man Fehler, denke ich. Dies zu: Deshalb geht UTC gegenüber TAI momentan 27 Sekunden nach. Die Zeit des Satellitennavigationssystems GPS liegt dazwischen. Sie geht gegenüber TAI 19 Sekunden nach
    Anstatt Schaltsekunden immer wieder bei Bedarf einzuführen, scheint es mir eine besere Idee, Synchronisierungen vielleicht jedes Jahr einmal oder noch seltener vorzunehmen.

  6. In der UDSSR wurde ja die Dekretzeit eingeführt, die die Uhren ganzjährig um 1 Stunde vorstellte, so daß der Sonnenhöchststand um 13:00 war. Nachher wurde sie abgeschafft und inzwischen wieder eingeführt.

  7. Eine permanente Sommerzeit wie von der EU geplant (besser gesagt von Juncker vorgeschlagen) ist Unsinn wie oben bereits Joachim Schulz darlegte. Natürlich gibt es bereits Erfahrungen damit. Russland hatte die permanente Sommerzeit bereits ab 2011 und verabschiedete sich wegen den sonnenlosen Wintermorgen 2014 wieder davon.

    Warum dann wollen bestimmte Leute und Interessengruppen eine Sommerzeit (womöglich sogar permanent)? Ganz einfach: Weil viele Geschäftsbereiche davon profitieren. Es wird am Abend mehr geshoppt, wenn dann die Sonne noch scheint und der Tourismus profitiert ebenfalls.

    Hier der Abschnitt über die permanente Sommerzeit aus der englischsprachigen Wikipedia, übersetzt von DeepL:
    Eine Umstellung auf “permanente Sommerzeit” (ganzjährig Sommerzeit ohne Zeitverschiebung) wird manchmal befürwortet und wird derzeit in einigen Ländern wie Belarus,[76] einigen Teilen Russlands (z.B. Nowosibirsk), Kanada (z.B. Saskatchewan), der Türkei, Namibia und São Tomé und Príncipe umgesetzt. Sie kann das Ergebnis der Einhaltung der Zeitzone einer benachbarten Region, des politischen Willens oder anderer Ursachen sein. Die Befürworter nennen die gleichen Vorteile wie die normale Sommerzeit ohne die Probleme, die mit den zweimal jährlich stattfindenden Zeitverschiebungen verbunden sind. Viele sind jedoch noch nicht von den Vorteilen überzeugt, da sie die gleichen Probleme und die relativ späten Sonnenaufgänge, insbesondere im Winter, anführen, die die ganzjährige Sommerzeit mit sich bringt[12].

    Russland wechselte von 2011 bis 2014 auf die permanente Sommerzeit, aber der Umzug erwies sich wegen der späten Sonnenaufgänge im Winter als unbeliebt, so dass das Land 2014 für die gesamte Russische Föderation dauerhaft auf “Standard-” oder “Winterzeit” zurückkehrte[162] Das Vereinigte Königreich und Irland experimentierten auch zwischen 1968 und 1971 mit der ganzjährigen Sommerzeit und stellten während des Zweiten Weltkriegs Uhren um eine Überstunde vor.[163].

  8. Herr Schulz schrieb.

    Deshalb ist die TAI definiert als die Zeit, die eine Uhr auf Meereshöhe messen würde. Alle Uhren der weltweiten Institute für Zeitstandards sind auf diese Definition hin korrigiert und miteinander Synchronisiert. So ergibt sich die internationale Atomzeit.

    Heißt das jetzt konkret, dass höher gelegene Uhren so gedrosselt werden dass sie um den Faktor 1-g*h/c² langsamer ticken, und damit ein synchroner Gang mit Meereshöhenuhren erreicht wird?

  9. @Julian Apostata

    Im Prinzip schon. Wobei man bei hochgenauen Uhren meist nicht die Uhr selbst verstimmt, sondern eine Software-Korrektur der Werte vornimmt. Es gibt also eine Tabelle mit Offset und Drift, mit deren Hilfe man die von der Uhr gemessene Zeit in TAI umrechnet.

  10. Womöglich schwingt das Cäsium 133-Isotop nicht überall gleich, in Abhängigkeit anderer Parameter als sie auf der Erde in genannter Höhe durchschnittlich vorliegen, vorzuliegen scheinen, und ist als Maßstab für Zeit insofern nur schlecht oder eben relativ als ‘universell’ zu bezeichnen?

    MFG + schöne Woche noch,
    Dr. Webbaer

  11. PS:
    Die sog. Sommerzeit ist seinerzeit beworben und eingeführt worden, weil sie dem Tagesablauf, des Werktätigen insbesondere, besser zu entsprechen scheint, als die sozusagen statische oder jahreszeiten-unabhängige Zeit, so dass Arbeitsverträge nicht gesondert angepasst werden müssen, wie auch andere Treffen nicht.
    Dies auf der positiven Seite notiert, auf der negativen bliebe u.a. Paternalismus zu notieren, zudem ist die sog. Sommerzeit (für einige) nerfick.

  12. Laut Relativitätstheorie vergeht die Zeit aber je nach Geschwindigkeit und Höhe im Schwerefeld unterschiedlich schnell. Eine SI-Sekunden-Uhr auf einem Berg würde also nach einiger Zeit gegenüber einer Uhr auf Höhe der Meeresspiegels vorgehen. Eine schnell bewegte Uhr würde mit der Zeit gegenüber einer ruhenden nachgehen.

    Ein bißchen OT (allerdings wirklich nur ein kleines bißchen): Es wird mittlerweile daran geforscht, diesen Effekt für die geodätische Höhenmessung auszunutzen, sprich, mit einer transportablen Atomuhr den Gangunterschied zu einer feststehenden Referenzatomuhr per Funksignal abzugleichen und damit die Höhe über NN zu bestimmen. Nennt sich relativistische Geodäsie.

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