Erstellung eines animierten Videos zur Bedeutung der Zeit

Inhaltsverzeichnis

Idee
Aufgabenstellung und Zielsetzung
Abstract

Die Dimensionen
Der Punkt
Die Gerade
Die Fläche
Der Raum
Die Zeit

Die Geschichte der Zeit
Die Definition der Zeit
Die Einteilung Jahr - Tag - Stunde
Das Mond- und Sonnenjahr
Die Geschichte des Kalenders
Die Entwicklung der Zeitmessung
Die Einführung der Weltzeit

Die Zeit der Psychologie

Die Zeit der Biologie

Die Zeit der Philosophie

Die Zeit der Physik

Voraussetzungen zur Videoproduktion
Videolänge und Zielmedium
Projektmanagement
Exposé
Storyboard
Animatic
Softwarekriterien
Technische Rahmenbedingungen
Pixelseitenverhältnis und Auflösung

Vorbereitende Arbeiten
Sprechertext
Adobe Photoshop
Adobe Illustrator
Projektverwaltung

Compositing
Ebenen
Keyframes und ihre Interpolationsmethoden
Masken und Matten
Effekte
Expressions
3D-Objekte
Textanimation

Postproduktion
Videoschnitt
Farbkorrektur
Zeitverzerrung
Soundbearbeitung
Rendering
DVD-Authoring

Zusammenfassung und Fazit

Anhang

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abbildungen
Tabellen

Literaturverzeichnis
Bücher
Zeitungen und Zeitschriften
Internetverweise

Bibliographische Beschreibung

Erklärung zur Diplomarbeit

Einleitung

Die nachfolgende Arbeit beschäftigt sich eingehend mit dem Thema Zeit. Die Phase der Ideenfindung sowie die Ziel- und Aufgabenstellung mit englischer Übersetzung vermitteln einen ersten Eindruck über das abzuliefernde Endprodukt.

Idee

Ein Thema für die vorliegende Diplomarbeit zu finden, war wie bei so vielen Diplomanden anfangs nicht leicht. Relativ schnell klar war, dass es sich um ein mit After Effects zu animierendes Video handeln sollte. Die Postproduktion nimmt einen stetig wachsenden Anteil an der Videoproduktion ein. Filme, Werbetrailer oder Internetvideos werden heute immer aufwendiger nachbearbeitet und erhalten durch zusätzliche Effekte ein hochwertigeres und realistischeres Aussehen. Postproduktion meint dabei alle Schritte der Nachbearbeitung eines gedrehten Films oder fotografierten Bildes. Dazu gehören vor allem der Schnitt, die Vertonung der Bilder mit Musik und abschließend die „Verschönerung“ der Bilder mittels digitaler Effekte und Filtern. Weil ich meinen weiteren beruflichen Werdegang in der Postproduktion sehe, habe ich mich entschieden, meine Diplomarbeit mit dem Programm After Effects zu realisieren.

Durch einen zufällig im Internet gefundenen Film über die zehn ersten Dimensionen, kam ich auf die Idee, mein Thema daran anzulehnen. Dabei wollte ich mich auf die ersten vier Dimensionen - Punkt, Gerade, Fläche und Raum - konzentrieren (inklusive der nullten Dimension), da diese den Alltag eines jeden Menschen bestimmen und bereits die vierte Dimension - Zeit - Stoff für weit mehr als eine Diplomarbeit enthält.

Die ersten vier Dimensionen sind noch allgemein verständlich. Das heißt, jeder hat eine bestimmte Vorstellung davon, was diese vier Dimensionen ausmacht, denn der Unterscheid wurde bereits in der Schule gelehrt. Da aber gerade die ersten drei Dimensionen für das menschliche Vorstellungsvermögen so simpel und darum so schnell erklärt sind, so dass nicht ausreichend Material zusammengekommen wäre, brachte mich Professor Georges Awad auf den Gedanken, mich nur auf die vierte Dimension, die Zeit, zu spezialisieren. Die Zeit ist für viele Menschen etwas so selbstverständliches, dass man sich ihrer vielseitigen Bedeutung gar nicht wirklich bewusst wird. Auch mir war zu Beginn der Arbeit nicht klar, wie sehr die Zeit das menschliche Leben in all seinen kleinen und großen Abschnitten bestimmt. Doch schnell bemerkte ich, wie tiefgründig man in dieses Thema eintauchen kann. Aufgrund des begrenzten Zeitumfangs der Diplomarbeit wird sich die Arbeit jedoch nur auf bestimmte Teilgebiete der Zeit - und darin nur auf eine begrenzte Anzahl von Beispielen und Persönlichkeiten - beschränken. Die vier Themenschwerpunkte umfassen dabei die Sichtweise der Zeit aus den geistes- und naturwissenschaftlichen Richtungen der Philosophie, der Psychologie, der Biologie und natürlich der Physik.

Um den Bezug zu meiner ursprünglichen Idee zu erhalten, habe ich die ersten drei Dimensionen kurz gefasst mit in diese Arbeit aufgenommen. Dadurch konnte eine Herleitung und Einführung zur vierten Dimension, nämlich der Raumzeit, erreicht werden. Da die Zeit ohne Raum und umgekehrt der Raum ohne die Zeit nicht existieren kann, setze ich nachfolgend den Begriff „Zeit“ mit der „Raumzeit“ gleich.

Aufgabenstellung und Zielsetzung

Die Zeit.

Was ist Zeit?

„Wenn niemand mich danach fragt, weiß ich’s, will ich’s aber einem Fragenden erklären, weiß ich‘s nicht.“ (Aurelius Augustinus, 354-430, „Was ist die Zeit?“)

Die Zeit wird in unserer heutigen Gesellschaft ein immer wichtigeres und kostspieligeres Gut. Mal möchte man mehr von ihr haben, mal möchte man, dass sie stillsteht und ein andermal zieht sie sich ungewünscht in die Länge. Und immer läuft man ihr unermüdlich hinterher, ohne sie jemals einzuholen. Chronos, der Gott der Zeit, ist wankelmütig in seiner Natur.

Doch was genau verbirgt sich hinter der Zeit? Ist es eine Art durchsichtige Substanz, reguliert sie den Ablauf aller Dinge? Oder existiert sie nur in unseren Gedanken? Die Zeit ist weder greif- noch haltbar. Man kann sie nicht sehen, noch hören, riechen oder schmecken. Und doch nehmen wir sie jederzeit problemlos wahr. Sie bestimmt den menschlichen Alltag wie kein anderes „Ding“ und lässt sich doch so schwer verstehen.

Durch die Erfindung vieler technischer Gerätschaften, wie Waschmaschine und Mikrowelle, die Verringerung von Arbeitszeiten auf weit weniger als zwölf Arbeitsstunden pro Tag und vor allem durch die Verdoppelung der Lebenserwartung müsste doch genügend Zeit für jeden zur Verfügung stehen. Und doch reicht sie nicht aus und viele Menschen leiden unter Stresserscheinungen¹.

Diese Diplomarbeit beschäftigt sich ausführlich mit dem Thema Zeit. Ziel ist es, einen Überblick über die unterschiedlichen Sichtweisen auf die Zeit zu erlangen und diese zusammengefasst für Zuschauer jeder Zielgruppe anhand eines zu animierenden Videos auf verständliche Art und Weise darzustellen.

Schwerpunkte sind dabei die Wissenschaften der Biologie, der Physik, der Philosophie und der Psychologie. In ihnen wird die umfangreiche Bedeutung der Zeit besonders deutlich und es zeigt sich, dass eine Beantwortung der Frage, was Zeit überhaupt sei, noch nicht allumfassend möglich ist. Und vielleicht niemals möglich sein wird.

Forschungen besonders im Bereich der Biologie und Psychologie stehen noch am Anfang. Die Wissenschaften scheinen gerade erst die vielseitige und verhaltensbestimmende Bedeutung der Zeit für den Menschen, aber auch für Tiere und Pflanzen zu entdecken. Wegen der begrenzt zur Verfügung stehenden Bearbeitungszeit für diese Diplomarbeit kann die folgende Ausarbeitung nicht mit Standardwerken gleichgesetzt werden. Trotzdem wird der Versuch unternommen, die verschiedenen Betrachtungen der Zeit und wie sie sich historisch entwickelten zu erklären.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1.1 Zeit vergeht für jeden Menschen unterschiedlich schnell

Ausgehend von der Tatsache, dass die Zeit als eigenständige Dimension angesehen wurde beziehungsweise in bestimmten Bereichen immer noch wird, werden vorausgehend kurz gefasst die ersten vier Dimensionen erläutert. Der Hauptteil der Arbeit befasst sich jedoch mit der Entwicklung der Zeit bis hin zu unserer heutigen Sichtweise in den benannten Wissenschaften.

Natürlich kann kein allumfassendes Werk über die Zeit abgeliefert werden, da dann jeder Rahmen deutlich gesprengt werden würde. Jedoch ist es Ziel, anhand einiger ausgewählter Beispiele, Forschungen und Personen einen umfangreichen Einblick in die verschiedenen Natur- und Geisteswissenschaften zu geben. Der Zeitbegriff wird in der jeweiligen Disziplin definiert und beschrieben.

Im zweiten Teil dieses Werkes erfolgt die Umsetzung der theoretischen Abhandlung in ein erklärendes aber auch unterhaltendes Animationsvideo. Das Video soll kein rein dokumentierender Film sein, sondern hat den Anspruch, gleichzeitig zu unterhalten, zum Nachdenken anzuregen und dabei einen möglichst großen Interessentenkreis anzusprechen. Es musste also gewährleistet sein, dass jeder Zuschauer den Film versteht und nachvollziehen kann, egal welche Vorkenntnisse oder Erfahrungen er hat. Große Bedeutung kommt hierbei dem Sprecher zu, der die Aufgabe übernimmt, über den Text durch den Film zu leiten und über seine Sprechweise den Zuschauer anzusprechen. Aus diesem wichtigen Grund wird der ausformulierte Text durch einen professionellen Sprecher eingesprochen.

Es ist ein Ziel der Arbeit, die Zielgruppe nicht auf ein bestimmtes Alter oder Geschlecht zu beschränken. Deshalb muss die Art der Darstellung und der Sprache allgemein verständlich und ansprechend sein. Aus diesem Grund wird auf Fachbegriffe verzichtet oder sie werden, wenn unumgänglich, ausreichend erklärt. Dabei ist es wichtig, die Darstellung der Zeit möglichst einfach und bündig zu erläutern.

Bei dem Video handelt es sich um einen zweidimensionalen Animationsfilm, bei dem ein Sprecher die Rolle eines allwissenden Erzählers übernimmt. Das Gesagte wird visuell durch einfache, miteinander in Bezug stehende Szenarien erläutert, welche mithilfe von Adobe After Effects erstellt werden. Daraus entsteht ein zusammenhängender Film, der sich kritisch und objektiv mit dem Thema Zeit auseinandersetzt und dabei sowohl akustisch als auch visuell ansprechen möchte.

Die Diplomarbeit beschäftigt sich dabei mit dem gesamten Erstellungsprozess einer animierten Videoproduktion. Die Schwerpunkte liegen im Bereich der möglichst hochwertigen zweidimensionalen Animation und der Ausarbeitung der verschiedenen Betrachtungsweisen der Zeit, die zusammengefasst im Sprechertext das umfangreiche Thema Zeit unterhaltsam darstellen sollen. Kamerafahrten und Beleuchtung nehmen bei der Videoproduktion einen wichtigen Anteil ein. Die im Zuge der Produktion ebenfalls wichtigen Bereiche wie Konzeption, Ton und DVD-Erstellung werden hingegen aus Zeitgründen nur ansatzweise behandelt.

Im Vordergrund steht die professionelle Herangehensweise an die Umsetzung eines weitgehend unbekannten Themas. Das Finden von effizienten Lösungen und der Einsatz verschiedener Techniken stellen den Ablauf einer realen Produktion dar.

Abstract

Time.

What ist time?

”If no one asks me, I know what it is. If I wish to explain it to him who asks, I do not know.“

(Saint Augustine, 354-430, “What is time?“)

Time gets more and more important and expensive in our society. Once you want to have more from, once it should stop and the next time it protract endless. Always you run after time without having ever the chance to catch it. Chronos, the god of time, has a changeable nature.

But what lies behind the time? Is it a kind of transparent substance, does it adjust the cycle of all things? Or does it just exists in our human thoughts? Time is neither tangible nor savable. You cannot see it, hear it, smell it or even taste it. But it is although always perceptible for us. Like no other “thing” it defines the human everyday life so much but at the same time it is so hard to understand.

Technical inventions like a washing machine or a microwave oven, the decrease of working time of much less than twelve hours a day and most of all the doubling of expectation of life should have improved living conditions for everyone. Time should actually be enough. But often it is still too little and many people complain about too much pressure and stress².

The diploma thesis engages with the topic of time in detail. The aim is to get a comprehensive overview about the different perceptions of time. The summarized result should displayed in an animated movie for viewer of any target group.

The work prioritizes sciences of biology, physics, philosophy and psychology because they reveal the huge meaning clearly. It points out that an answer of what time really is, is still not possible and maybe never will. Researches especially in biology and psychology are still at the beginning and sciences discover the multisided meaning of time for humans, animals and plants and its influence of their behavior. Because of the limited time the four perspectives cannot be comparable with any main works but it is an aim to show profoundly how time developed “through time”.

Because time is still seen as an independent dimension, the four dimensions, point, line, square and room, are explained introductory. The main part deals with the development of time till now. On the basis of selected examples, researches and persons the thesis delivers a deep insight in the humanities and the natural sciences.

The concept of time is defined and described in detail in the several categories.

In the second part the implementation of an explaining and entertaining movie follows. The movie wants to give food for thought to a huge viewer group. It must have been ensured that everyone understands the movie no matter which previous knowledge or experience he or she has. The speaker is of much importance because he has the task to guide through the whole movie and to address the viewer. That is the reason why the text has to be spoken by a professional talking head.

One goal of the thesis that the viewer group is not constrained to a certain age or gender. So the language must be as much as possible comprehensible and pleasant. Technical terms are not used or at least sufficiently explained. The demonstration of time has to be done very clear and brief.

The movie will be a two-dimensional animated film in which a speaker takes over the role of an omniscient narrator. Everything said will be shown in short, related scenarios which will created with Adobe After Effects. Finally the coherent movie discusses critically and objective the matter of time. It is capable to address the viewer acoustic as well as visual.

The thesis deals with the whole creation process of an animated video production. The priorities lie in the range of a high quality two-dimensional animation and in the elaboration of the different perspectives of time summarized in the text for the speaker which will be entertaining as well as explaining. Camera work and lightning are a huge part of the video production. Because of the limited time the parts of conception, sound and the DVD-creation can only discussed rudimental.

The professional approach of an almost unknown subject marks the foreground. Finding efficient solutions and the use of different techniques demonstrates the course of a real production.

Die Dimensionen

Um die Bedeutung der Zeit für unser Leben und unsere Dimension zu verdeutlichen, werden einleitend für die vorliegende Arbeit die ersten fünf Dimensionen, ausgehend vom Punkt, zur Gerade über Fläche und Raum bis zur Zeit, ausführlich erläutert.

Der Punkt

Die nullte Dimension besitzt keinerlei Ausdehnung. noch Tiefe und hat damit keine Dimension. Er ist ein Geometrisch dargestellt wird sie am einfachsten nulldimensionales Gebilde. durch einen Punkt. Er besitzt weder Länge noch Breite

Die Gerade

Wenn man eine nullte Dimension (dargestellt im Punkt) senkrecht zu einer anderen nullten Dimension verschiebt (was physikalisch unmöglich wäre, hier jedoch der Einfachheit halber zur besseren Veranschaulichung dienen soll) und diese verbindet, erhält man eine höher gelegene, nämlich die erste Dimension. Geometrisch veranschaulicht wird sie durch die Gerade. Sie stellt die Verbindung zwischen zwei Punkten dar und hat somit eine Länge, aber weder Breite noch Tiefe.

Die Fläche

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2.1 Titelblatt „Flatland - A romance of many dimensions” von Edwin A. Abbott

Die zweite Dimension charakterisiert sich durch Länge und Breite, besitzt aber keine Tiefe. Es handelt sich dabei also nur um eine einfache geometrische Fläche. Es gibt nur zwei mögliche Bewegungsformen, so genannte Freiheitsgrade, vorwärts (beziehungsweise rückwärts) und seitwärts. Die Lage jedes beliebigen Punktes in dieser Dimension kann mithilfe der zwei Koordinaten von Länge und Breite definiert werden.

Der Geistliche und Direktor der City of London School, Edwin Abbott Abbott, veranschaulichte diese zweidimensionale Welt in seiner 1884 veröffentlichten Geschichte über die Welt „Flatland“ (vgl. Abbildung 2.1). Flatland wird bewohnt von den „Flatlandern“, zu deutsch Flächenländlern¹. Dies sind Wesen, welche keine Höhe besitzen. Das Leben der Flatlander überträgt die gesellschaftlichen Konventionen des 19. Jahrhunderts in eine geometrische Perspektive. Ihre zweidimensionale Welt wäre für eine Person der dritten Dimension jederzeit einsehbar, diese Person wäre sozusagen allsehend. Während die Flatlander Beschränkungen wie Wände ihrer „Wohnzellen“ nicht durchblicken können, ist es der Person aus der dritten Dimension möglich „von oben“ in die intimsten Geheimnisse dieser Wesen zu blicken, ohne jemals von ihnen dabei entdeckt zu werden.

Steckt die Person einen Finger in die Welt der Flatlander, würde ein zufällig anwesendes Flatlandwesen nur das für ihn unerklärliche Auftauchen einer runden Begrenzung feststellen, die ihren Umfang immer weiter bis zu einem Maximum vergrößert. Genauso schnell und unerklärlich würde diese Begrenzung wieder kleiner werden und verschwinden, wenn die dreidimensionale Person ihren Finger wieder herauszieht. Für das Flatlandwesen entsteht der Eindruck, dass es eine geisterhafte Erscheinung vor sich sieht, die sich um so mehr verstärken würde, wenn die Person mit dem Flatlandwesen spricht, da die Stimme scheinbar aus dem „Nichts“ kommt. Auch ist es für ein Flatland- Wesen schier unvorstellbar, wenn es von einem höherdimensionalen Wesen in seinem Inneren berührt werden würde, so wie dies mit Amöben unter einem Mikroskop für wissenschaftlichen Untersuchungen gemacht wird.

Abbott engagierte sich als „Führer einer sozialen Bewegung dafür, jungen Männern und Frauen aller sozialen Schichten gute Ausbildungsmöglichkeiten zu bieten - und wurde durch die vorherrschenden Einstellungen zur Sozialpolitik und die etablierten Ansichten über Erziehung und Religion häufig enttäuscht“². Er wollte mit diesem Buch dem Leser die konventionellen, beschränkten Denkweisen aufzeigen und ihm neue Welten und Perspektiven erschließen. Das Buch beschreibt anschaulich, wie schwer es für ein Wesen einer bestimmten Dimension ist, sich eine höhere Dimension vorzustellen, diese zu begreifen, sich von festen Gewohnheiten freizusprechen und offen für neue Denkweisen zu sein.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2.2 Der Raum ist für den Menschen die natürlichste Dimension Der Raum

Der Raum ist durch die Eigenschaften der Länge, Breite und Höhe definiert. Die dritte Dimension entsteht, wenn man zwei zweidimensionale Ebenen nimmt und diese senkrecht zueinander stellt. Somit ergibt sich eine, zu den bisherigen zwei Bewegungsrichtungen (geradeaus und seitwärts) zusätzliche Bewegungsrichtung, die Höhe.

Nach dem Mathematiker und Physiker Isaac Newton ist der Raum (ebenso wie die Zeit) absolut. Der Raum besteht also unabhängig von der Materie in ihm, ebenso wie die Zeit unabhängig vom Raum vergeht. Damit wies Newton dem Raum physikalische Eigenschaften zu, die unabhängig von Zeit und Materie wirken. Bei der Rotation eines Körpers wäre der Raum die Ursache der Fliehkräfte. Diese Vorstellung eines absoluten Raum­und Zeitbegriffes wurde bis zur Relativitätstheorie Einsteins nahezu unverändert beibehalten und als physikalisches Gesetz postuliert.

Erst Wissenschaftler und Philosophen wie Leibniz und Kant wiesen darauf hin, dass Bewegung immer nur in Bezug auf andere Bezugssysteme festgestellt werden kann, jedoch nicht zum absoluten Raum. Dieser ist folglich nur eine Form der menschlichen Anschauung und nur deswegen dreidimensional, weil es der menschlichen Vorstellung entspricht. Die Relativitätstheorie bewies dennoch, dass der Raum durchaus eine Realität hat und seine Eigenschaften empirisch feststellbar sind. Die Entwicklung und Grundlagen dieser die Physik revolutionierenden Feststellung werden in dem weiter unten folgenden Kapitel „Die Zeit der Physik“ beschrieben.

Für eine erste Beschreibung des Raumes kann zusammenfassend gesagt werden, dass der Raum nicht - wie jahrhundertelang angenommen - unveränderlich ist. Aufgrund der ihm zugeschriebenen Merkmale der Dreidimensionalität stellt er die für den Menschen am einfachsten vorzustellende Dimension dar. Denn in dieser Dimension existiert der Mensch.

Als vierte Dimension wird im allgemeinen die Zeit bezeichnet, da diese unser Leben in Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft teilt. Da jedoch keine Dimension zeitlos ist, kann man die Zeit nicht einfach als vierte Dimension bezeichnen. Das würde voraussetzen, dass die Wesen der zweiten Dimension, die Flatlanders, ohne Zeit existieren müssten. Sie könnten die Zeit schließlich nur über den Umweg der dritten Dimension, also den Raum, erreichen. Das bedeutet, dass die Zeit jeder Dimension und ebenso jede Dimension der Zeit zugeordnet sein muss. Dies verdeutlicht sich in dem Begriff der Raumzeit, der durch Einsteins Relativitätstheorie entscheidend geprägt wurde: Ohne Raum existiert keine Zeit und umgekehrt auch ohne Zeit kein Raum. Dass die Zeit als absolute Dauer, wie lange vermutet wurde, nicht existiert, wurde bereits weiter oben erwähnt (vgl. Kapitel „Der Raum“).

Der Physiker Ernst Mach bemerkte, dass Zeit nur eine Abstraktion ist, die Veränderungen messbar macht. Denn das Beurteilen der Zeit anhand einer gleichförmigen Bewegung wie den Erdumlauf um die Sonne ist eine durch den Menschen willkürlich festgelegte Definition der Zeit. Die Gleichförmigkeit eines gewissen Ablaufs beurteilen zu wollen, ist sinnlos, da keine Bewegung „an sich“ beurteilt werden kann. Jegliche Abläufe sind nur gleichförmig in Bezug auf andere Bewegungen. Albert Einstein wurde von diesen Überlegungen Ernst Machs sicherlich angeregt³. In den nachfolgenden Kapiteln wird die Zeit aus unterschiedlichen Sichtweisen näher betrachtet.

Die Geschichte der Zeit

In die Zeitproblematik einführend, erfolgt der Versuch einer Definition. Es werden Ursprung und Geschichte der Zeiteinteilung sowie die Entwicklung der Zeitmessung näher erläutert. Anschließend werden die Ereignisse, die zur Einführung der Weltzeit führten, beschrieben.

Die Definition der Zeit

Definiert man die Zeit, dann ist sie „das Nacheinander der Dinge, die Abfolge der Geschehnisse, erfahrbar als nicht umkehrbare Aufeinanderfolge sowie Dauer von Veränderungen und Ereignissen in Natur und Geschichte. Je nach wissenschaftlicher (philosophischer) Anschauung wird Zeit als endliches oder unendliches homogenes, teilbares Kontinuum angesehen, die unter bestimmten Gesichtspunkten und Zwecksetzungen eingeteilte Zeit als Ordnungsschema. Unterschieden wird das Zeiterleben (Zeitbewusstsein) von der physikalischen Zeit und der Zeitordnung als geschichtliche Zeiteinteilung. In Letzterer sucht die Chronologie die historischen (Kalender), die vorgeschichtlichen, die geologischen (geologische Systeme) und schließlich auch die kosmologischen Zeiträume und -folgen abzugrenzen und zu bestimmen“¹.

Wie aber kann man Zeit definieren, wenn doch immer noch umstritten ist, ob sie überhaupt existiert? Die für die meisten Menschen mit der Zeit verbundene Einteilung des Tages in Stunden, Minuten und Sekunden, ist nur eine Aufzählung von etwas, das die Menschheit als Zeit festgelegt hat, basierend auf astronomischen, scheinbar konstanten Perioden.

Für andere ist die Zeit Kausalität, das Prinzip von Ursache und Wirkung. Der Ablauf von Ereignissen macht die Zeit erst messbar, denn ohne Veränderung wäre auch keine Zeit wahrnehmbar. Sie gibt der Zeit eine Richtung, auf die Ursache folgt die Wirkung. Doch muss es, nur weil bisher niemand die Wirkung vor der Ursache erlebt hat, nur eine Zeitrichtung geben? Oder ist es vielleicht sogar möglich, die Zeit umzukehren?

Trotzdem sich die Lebenserwartung in den vergangenen 100 Jahren beinahe verdoppelt hat², scheinen viele Menschen unter Stress und Zeitdruck zu leiden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3.1 Was verbirgt sich hinter der Zeit?

Es kann keine eindeutige Definition der Zeit gegeben werden, auch die Beschreibung des Lexikons ist nur eine, zwar sehr umfassende, aber keineswegs endgültige Umschreibung. Zeit wird durch jeden

Die Einteilung Jahr - Tag - Stunde

Unser heutiges Zahlensystem beruht auf dem Dezimalsystem, das die Zahl zehn als Basis nimmt und durch die Ziffern null bis neun abgebildet wird. Dieses Stellenwertsystem stammt ursprünglich aus Indien. Dass gerade die Einteilung der Zeit sich nach dem Duodezimalsystem - basierend auf der Zahl zwölf - richtet, scheint auf den ersten Blick verwirrend. 24 Stunden hat der Tag, unterteilt in zwei mal zwölf Stunden. Aus zwölf Zeichen besteht der Tierkreis und aus zwölf Monaten das Jahr. Die Länge eines Tages entspricht 86 400 Sekunden. Genauso gut könnte der Tag in zehn Stunden, 100 Minuten und 100 Sekunden mit einer Gesamtlänge von 100 000 Sekunden unterteilt sein, so wie es der Französische Revolutionskalender vorsah³. Man bräuchte hierfür nur die heute gültige, im internationalen Einheitensystem SI festgelegte Definition einer Sekunde umzuschreiben. Dies wäre ebenso beliebig, wie die auf dem duodezimalen Zahlensystem beruhende Einteilung willkürlich war/ ist. Diese ist ursprünglich nur auf die Kultur und den Glauben der Sumerer beziehungsweise Babylonier zurückzuführen.

Im alten Orient galt die Zahl zwölf als kosmische Zahl, als Zahl der Vollständigkeit und des Heils. In vielen Kulturen hat die zwölf eine wichtige Bedeutung⁴. Die zwölf Mondphasen, die zwölf Tierkreiszeichen und die zwölf Monate, die alle Völker der Antike zur Einteilung des Jahres - trotz unterschiedlicher Gesamtlängen - gemeinsam hatten, sind nur einige Bespiele. Auch die Teilbarkeit der zwölf durch eins, zwei, drei, vier, sechs und sich selbst, wird eine Rolle bei der Entscheidung für dieses Zahlsystem gespielt haben. Und das umschreibende Wort „Dutzend“ bezeugt ebenfalls eine hohe Verbreitung der Basis zwölf.

Zurückzuführen ist das Duodezimalsystem auf die Babylonier. In Mesopotamien, dem Zweistromland zwischen den Flüssen Euphrat und Tigris entwickelte sich dieses Volk zu einer der ersten Hochkulturen der Menschheit. Da die Babylonier die Zahl zwölf als „große kosmische Zahl“⁵ verehrten, wurden zwölf und Vielfache wie 24 und 60 zur Basis für ihr Zeitsystem. Babylonische Priester teilten den Himmel in zwölf Bereiche ein, jedem wurde ein Tierzeichen zugeordnet. Diese zwölf Bereiche wurden den Mondphasen zugeordnet, da der Mond jede seiner Phasen von Neu- bis Vollmond zwölfmal im Jahr durchwandert. Das Jahr hatte zwölf Monate. Ein Tag unterteilte sich in 24 Stunden, zwölf Stunden für den Tag und zwölf Stunden für die Nacht. Da die Erde sich in 24 Stunden einmal um sich selbst dreht, also einen Kreis von 360 Grad beschreibt, musste alle 15 Grad eine Stunde vergangen sein. Diese Einteilung findet man auch heute noch auf Zifferblättern von Uhren. Dort ist jedoch eine Stunde alle 30 Grad angeordnet, da auch nur zwölf anstatt 24

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3.2 Eine seltene Dezimaluhr, nach der kurzlebigen französischen Dezimalzeit

Stunden eingezeichnet sind. Die Zahl 360 wiederum ist ein Vielfaches von 60 (6x60). Da die 60 ein Vielfaches von zwölf ist, ist die Zahl 360 auch ein Vielfaches von zwölf.

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Abb. 3.3 Altarabische Darstellung der zwölf Tierkreiszeichen

360 Grad beschreiben einen Kreis. Da der Kreis in vielen Kulturen als vollkommen angesehen wurde - jede Stelle des Randes ist vom Mittelpunkt gleich weit entfernt, er hat die größte Fläche und den kleinsten angreifoaren Umfang aller zweidimensionalen geometrischen Objekte - herrschte auch lange Zeit die Meinung, dass die Planetenbahnen Kreisbahnen wären⁶. Somit wäre die Zahl 360 eine „natürliche“ Erweiterung der heiligen Zahl zwölf sowie der Zahl 60, welche die Grundlage für das Zahlensystem der Babylonier war. Die Ägypter besaßen aus diesem Grunde einen Kalender mit 360 Tagen im Jahr (vgl. Kapitel „Die Geschichte des Kalenders“).

Die Zahl 60 war auch in der Antike sehr bedeutsam. Sie setzt sich aus fünf Dutzenden zusammen und bildet die Grundlage für das Sexagesimalsystem, mit dem die Babylonier rechneten. Eine Stunde wurde wahrscheinlich deshalb in 60 Minuten unterteilt. Warum die Babylonier mit dem Sexagesimalsystem rechneten, ist unbekannt. „Halbwegs plausibel scheint die Vermutung, dass sich in jener Gegend in grauer Vorzeit zwei Völker über den Weg gelaufen sind; eines mit einer rudimentären Mathematik auf Basis der Zahl 5 (Finger), ein anderes rechnete auf Basis der Zahl 12“⁷.

Die Unterteilung der Woche in sieben Tage geht wohl auf die Mondphasen zurück. Die vier Mondphasen

- Neumond, Vollmond, zu- und abnehmender Mond

- wechseln sich etwa alle sieben Tage ab, was die Babylonier um 1600 v.Chr. zur Einführung der sieben Tage Woche geführt haben dürfte, die eine zuvor fünf Tage dauernde Woche ablöste⁸.

Eine große Bedeutung dürften auch die mit bloßem Auge sichtbaren Himmelskörper, die als Götter verehrt wurden, gehabt haben. In Tabelle 1 (siehe Anhang) wird deutlich, wie sehr die Planeten Sonne, Mond, Mars, Merkur, Jupiter, Venus und Saturn Einfluss auf die Wochentage ausübten.

Beispiele für die Bedeutung der Zahl sieben gibt es viele: Die sieben Weltwunder, die Menora mit ihren sieben Armen, die sieben Farben des Regenbogens aber auch die sieben Sünden. Der Zahl sieben, als geheimnisvoll geltend, werden sowohl gute als auch böse Eigenschaften zugeschrieben. In Babylon gab es die „bösen Sieben“, eine Gruppe von gefährlichen Dämonen⁹. die der sumerische Gott An erschaffen hatte. Die babylonische Flut dauerte sieben Tage, bis sie ihren Höchststand erreichte und sieben weitere, um wieder zu fallen. Unter dem babylonischen König Hammurabi sollen der 7., 14., 19., 21. und 28. Tag eines Monats als Unglückstage angesehen worden sein¹⁰.

Dass sich die vor Jahrtausenden eingeführten Zeiteinteilungen bis in die heutige Zeit gehalten haben, liegt wohl in der Tatsache begründet, dass der Mensch sich nur äußerst widerstrebend von einem einmal festgelegten Rhythmus abwendet. Versuche zur Kalenderumstellung, wie 1793 den Dezimalkalender der Franzosen oder den „Kalender 1984“, gab es viele (vgl. Kapitel „Die Geschichte des Kalenders“).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3.4 Darstellung der Bewegung der Sonne entlang der Ekliptik mit den Tierkreiszeichen

Das Mond- und Sonnenjahr

Seit dem 14. Jahrhundert v. Chr. existieren Kalender, anfangs noch in einfachster Form als „Zeitweiser“. Die Grundlage für alle Kalender sind auf astronomischen Beobachtungen begründete periodische Abläufe, die Mond- und Sonnenbewegungen. Der Mond benötigt 29,5306 Tage, um alle seine vier Phasen zu durchlaufen. Daraus entwickelte sich bei den meisten frühen Kulturen, wie den Babyloniern, Hebräern und Griechen, ein so genanntes Mondjahr, auch Lunarjahr, dessen Dauer 354,3672 Tage beträgt. Nicht umsonst „geht das Wort Mond auf das alte indoeuropäische Wort ,mas‘ zurück, was ,Maß‘ oder ,messen‘ bedeutet“¹¹.

Das Sonnenjahr beruht auf dem Umlauf der Erde um die Sonne. Im Altertum diente bei einigen Völkern „der Zeitraum von einer Ernte oder einer Regenzeit bis zur nächsten als Maßeinheit“ andere zählten das Jahr „nach dem ersten Schneefall, [...] bestimmter Sternbilder und Sterne über dem Horizont“¹². Aus diesen unterschiedlichen Festlegungen des Jahresanfangs und -endes ergaben sich einige unterschiedliche Jahreslängen.

Die Länge des tropischen Jahres bezieht sich auf den Frühlingspunkt. Das ist der Tag, an dem die Sonne senkrecht über dem Äquator steht. Das tropische Jahr bildet die Grundlage für den gregorianischen Kalender. Die momentane Dauer für eine Sonnenumwanderung beträgt 365,24219052 Tage.

Das siderische Jahr beschreibt die Dauer, die die Sonne braucht, um eine bestimmte Position bezogen auf einen Fixstern wieder zu erreichen. Es dauert 20 Minuten und 24 Sekunden länger als das tropische Jahr.

Das anomalistische Jahr gibt das Intervall an, das die Erde für zwei Durchgänge durch ihr Perihel braucht. Ein Perihel beschreibt den sonnennächsten Punkt Anfang Januar. Die Dauer beträgt 365,2596 Tage.¹³ Da die Länge des siderischen und anomalistischen Jahres nur minimal größer als das tropische Jahr ist, kann ihre Differenz im Alltagsgebrauch vernachlässigt werden. Erst über viele Jahrtausende würde sich ein Unterschied durch eine Verschiebung der Tage bemerkbar machen.

Der Mondkalender ist dagegen rund elf Tage kürzer als das Sonnenjahr. Deshalb würden die Feiertage des Mondkalenders einmal in 33 Jahren das komplette Jahr durchwandert haben. Nach 19 Sonnenjahren würden sich Mond- und Sonnenjahr wieder ausgleichen. Viele Völker versuchten durch Einführung von Schalttagen, zusätzlichen Monaten oder ungezählten Tagen den Mond- und Sonnenkalender in Einklang zu bringen (vgl. Kapitel „Die Geschichte des Kalenders“).

Mit Einführung des gregorianischen Kalenders im Jahr 1582 schlossen sich nach und nach alle Staaten dem Sonnenkalender an. Doch auch heute noch nutzen jüdische oder muslimische Religionsangehörige und auch Astrologen eine auf der Mondbewegung basierende Zeitrechnung¹⁴.

Die Geschichte des Kalenders

Menschen waren immer fasziniert von der Zeit und den Fragen wie: Was ist die Zeit? Was macht sie aus? Wie kann man sie kontrollieren?

Zeit ist losgelöst vom Objekt, sie ist (scheinbar) beständig und doch allzeit der Veränderung unterlegen. Zeit ist die periodische Wiederkehr bestimmter Ereignisse. Um den Ursprung unserer Zeitwahrnehmung zu verstehen, muss man die geschichtliche Entwicklung der Astronomie untersuchen.

Wäre der Zusammenhang zwischen der Drehung der Erde um sich selbst und um die Sonne durch eine einfache Relation beschreibbar, wäre die Anzahl der Tage im Jahr exakt festlegbar. Jedoch beträgt die Dauer eines Sonnenjahres im Moment „365 Tage, 5 Stunden, 48 Minuten und 45,261 Sekunden“'⁵. Das sind zusammengenommen 365,24219052 Tage. Der Mondmonat hingegen beträgt 29,5306 Tage'⁶. Anhand dieser Zahlen lässt sich recht schnell einsehen, warum es im Laufe der Entwicklung viele unterschiedliche Systeme zur Zählung der Tage im Monat und im Jahr gab und doch keines - auch das heutige - als vollendet angesehen werden kann.

Bereits die Völker der Antike richteten ihren Tagesrhythmus nach Sonnenaufgang und -untergang. Allerdings waren vor Beginn der Zivilisation die Maßeinheiten sehr ungenau. Die Sonne gab den Anfang und das Ende des Tages vor und die Jahreszeiten beeinflussten den Ackerbau. Das hatte zum Ergebnis, dass das Jahr als Dauer von einer Ernte bis zur nächsten gezählt wurde.

Mit dem Beginn der Entwicklung von Städten und der Erweiterung der Handelsbeziehungen musste die Zeitrechnung jedoch immer weiter präzisiert werden.

Der erste Mondkalender entstand wahrscheinlich bereits 2000 Jahre v. Chr. im alten Babylon'⁷. Ein Monat dauerte so lange wie die Phase zwischen zwei Neumonden. Die Monate wurden in 29 beziehungsweise 30 Tage eingeteilt, hatten aber keine regelmäßige Folge. Das ganze Jahr umfasste zwölf Monate, das heißt 354 Tage, während die tatsächliche Dauer 365,24219052 Tage beträgt'8. Da der Mondmonat - wie bereits erwähnt - 29,5306 Tage umfasst, ist die Mittelung zwischen abwechselnd 29 und 30 Tagen mit 29,5 Tagen jedoch bereits sehr nah an der exakten Dauer.

Um diese Differenz von gut elf Tagen im Jahr zu verringern, wurde von Priestern in jeweils drei von acht Jahren ein Monat hinzugefügt. Dies verbesserte die Kalendereinteilung hinsichtlich der Mondphasen wesentlich.

Die Ägypter benutzten bereits seit dem 5. Jahrtausend v. Chr. keinen Mondkalender mehr. Für das Wirtschaftsystem war die Nilüberschwemmung von immenser Bedeutung. Da diese Zeit mit dem Aufgang des Sternes Sirius zusammenfällt, passten die Ägypter ihren Kalender auf die sichtbaren Bewegungen des Sternes an'⁹. Nach ihrer Vorstellung umfasste der gesamte Sternenhimmel einen Kreis von 360 Grad, der in zwölf gleich große Abschnitte eingeteilt ist. Diese Teile wurden den zwölf Tierkreiszeichen zugeordnet. Da die Sonne einmal im Jahr durch diesen Tierkreis läuft, ordneten die Ägypter der Zahl 360 eine besondere Bedeutung zu. Ihr Kalender hatte daher eine Dauer von 360 Tagen, unterteilt in zwölf Monate mit jeweils 30 Tagen. Am Ende des Jahres wurden fünf Zusatztage angefügt, um das Jahr zu komplettieren. Diese Zählweise ergab aber einen Unterschied von einem Tag in vier Jahren. Somit wären in 1460 Jahren alle Tage einmal durch den Kalender gewandert.

Trotz zweier Versuche diese Unzulänglichkeit zu korrigieren, im 17. Jahrhundert v. Chr. durch den asiatischen Volksstamm Hyksos und 238 v. Chr. durch den Pharao Euergetes, wurde das System beibehalten²⁰.

Die Griechen benutzten anfangs einen Mondkalender mit abwechselnd zwölf oder 13 Monaten pro Jahr. Sie bezeichneten den Wechsel zwischen den unterschiedlichen Monatslängen als „volle“ und „hohle“ Monate. „Dabei wurde der Wechsel gewöhnlicher und verlängerter Jahre in jedem Einzelfall durch den besonderen Beschluß der Ratsvorsitzenden von jeder Stadt geregelt“²¹. Dies bedeutete, dass ein und derselbe Tag in benachbarten Städten ein unterschiedliches Datum tragen konnte. Darauffiin wurde 593 v. Chr. durch Solon, dem Gesetzgeber von Athen, ein Kalender nach babylonischen Vorbild eingeführt. 432 v. Chr. entdeckte der griechische Astronom Meton, dass 19 Sonnenjahre aus 235 synodischen Monaten bestehen²². Das bedeutet, dass nach 19 Sonnenjahren die verschiedenen Mondphasen wieder auf die gleichen Tages des Sonnenjahres fallen. Gemäß dieser Erkenntnis wurden Korrekturen in den bestehenden Kalender eingeführt, so dass er der Wiederkehr periodischer Ereignisse nun wesentlich besser entsprach.

Der erste römische Kalender leitete sich vermutlich von etruskischen Stämmen her. Ihr Jahr begann im Frühling, dessen Anfang sie auf den 1. März gelegt hatten. Der Kalender bestand aus zehn Monaten, zu 29 und 31 Tagen. Der Grund für die 31 anstelle der genaueren 30 Tage liegt in dem Aberglauben, dass gerade Zahlen Unglückszahlen seien²³. Die ersten vier Monate hatten ihre eigenen Namen, die in abgewandelter Form noch heute ihre Bedeutung haben: Martius, nach dem Kriegsgott Mars. Aprilis, als Öffner der Erde und des Meeres für Landbau und Schifffahrt. Maius, für Maia, die Schutzgöttin der Bauern, und Junius, nach der Göttermutter Juno. Die restlichen Monate wurden durchgezählt: Quintilis, Sextilis, September, Oktober, November und Dezember als der fünfte, sechste, siebte, achte, neunte und zehnte Monat. Im Jahr 720 v. Chr. fügte der römische Herrscher Numa Pompilius dem Kalender zwei Monate hinzu, den 29-tägigen Januar, benannt nach dem Gott Janus, und den 28-tägigen Februar, nach der Reinigungs- und Sühnegöttin Februa²⁴.

Der Kalender der Römer bestand ähnlich wie der der Babylonier aus 355 Tagen. Da jedoch auch hier aufgrund der großen Differenz das Problem der wandernden Tage bestand, wurde der Kalender Anfang des 6. Jahrhunderts v. Chr. erweitert. „Dabei blieben in einer 4jährigen Periode zwei Kalenderjahre unverändert, während die zwei anderen verlängert wurden, und zwar um einen zusätzlichen Monat mit 22 oder 23 Tagen“²⁵. Genannt wurde er Mercedonius, nach Merces, dem Pachtzins. Er wurde jedoch nicht am Jahresende, also nach dem 28. Februar, eingefügt, sondern bereits nach dem 23. Februar. Nach dem Schaltmonat folgten die restlichen fünf Februartage²⁶.

Bis zum Jahr 154 v. Chr. begann das römische Jahr mit dem März und endete im Februar. Im Dezember dieses Jahres schlugen lusitanische und keltibische Armeen in Spanien die römischen Besatzer in die Flucht. Rom schickte darauffiin weitere Legionen, die von den beiden obersten Kriegsherren, den Konsuln, geführt werden sollten. Da ihre Amtszeit aber nur noch zwei Monate bis zum Jahresende betrug, die Nachfolger bereits gewählt waren und man mitten in der Schlacht keinen Wechsel der Feldherren durchführen wollte, beschloss man nach tagelanger Krisensitzung das momentane Jahr bereits im Dezember enden zu lassen. Erst die neuen Konsuln sollten in die Schlacht ziehen.²⁷ Die Kämpfe gingen für die römische Armee siegreich aus - und bis heute endet das Jahr im Dezember, den zehnten Monat, und beginnt im Januar. Der Februar ist als Schaltmonat erhalten geblieben und hat 28 beziehungsweise 29 Tage.

Da die Korrektur durch den Schaltmonat Mercedonius im Mittel zum Sonnenjahr etwa einen Tag zu lang war, wurde den Priestern aufgetragen, weitere Korrekturen durchzuführen. Diese notwendigen Korrekturen wurden aber recht nachlässig durchgeführt, denn durch Verkürzen oder Verlängern der Monate konnten die Priester die Regierungszeiten von Amtspersonen beschleunigen oder verzögern. Auch die Bezahlung von Schulden und deren Zinsen (lat. calendarium = Schuldbuch), die am ersten jeden Monats (lat. Calendae = erster Tag des Monats) gezahlt werden mussten, wurde so durch die Hand der Priester bestimmt.

Durch nachlässigen Umgang mit den Tagen wurde der normale Ablauf des alltäglichen Lebens immer weiter gestört, so dass Julius Cäsar um 100 v. Chr. dem ägyptischen Astronomen Sosigenes befahl, den Kalender erneut zu korrigieren²⁸. Im Jahre 46 v. Chr. wurde der zu Cäsars‘ Ehren benannte Julianische Kalender eingeführt und der Monat Quintilis in Julius umbenannt. Die Anzahl der Tage pro Monat wurde auf 30 beziehungsweise 31 geändert und der bis dahin notwendige Schaltmonat abgeschafft. Cäsars Nachfolger Augustus setzte sich im Jahr 8 v. Chr. ebenfalls ein Denkmal, in dem er den Monat Sextilis in Augustus umbenennen ließ.

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Abb. 3.5 Julius Cäsar (100 - 44 v. Chr.)

Diesem Sonnenkalender liegt der Umlauf der Erde um die Sonne zu Grunde. Der Vorteil gegenüber dem Mondkalender liegt darin, dass er mit den Jahreszeiten in Beziehung steht. Dabei ist wichtig, dass die Zeit

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Abb. 3.6 Papst Gregor XIII. (1502 - 1585)

zwischen zwei aufeinanderfolgenden Durchgängen des Sonnenzentrums durch den Punkt der Frühlings­Tagundnachtgleiche berechnet wird. Dieses Intervall bezeichnet man als tropisches Jahr, welches eine Dauer von 365,24219052 Tagen hat (vgl. Kapitel „Das Mond- und Sonnenjahr“). Der Julianische Kalender hat eine durchschnittliche Dauer von 365,25 Tagen. Das kommt dem tatsächlichen Wert schon sehr nahe. Diese Genauigkeit wird durch die Einführung eines Schaltjahres alle vier Jahre ermöglicht. Im Jahr 325 wurde der Julianische Kalender auf dem Konzil von Nicäa anerkannt und zur Grundlage des christlichen Kalenders²⁹.

Doch aufgrund der einfachen Aufrundung zu 365,25 Tagen pro Jahr, hinkte bereits im Jahr 1582 der Julianische Kalender 10 Tage dem „wirklichen“ Kalender hinterher. Zum Ausgleich dieser Differenz wurde von Papst Gregor XIII. eine päpstliche Bulle herausgegeben. Sie besagte, dass auf den 4. Oktober 1582 der 15. Oktober 1582 zu folgen hatte. Desweiteren sollten in 400 Jahren anstelle von den bisherigen 100

Schaltjahren nur 97 eingeschoben werden, um die Differenz nicht erneut so stark anwachsen zu lassen. Die Folge: So sind alle vollen Jahrhunderte, bis auf Ausnahme derer, die sich nach Weglassen der beiden Nullen durch vier teilen lassen, keine Schaltjahre. Durch die Einführung des Gregorianischen Kalenders verringert sich die Differenz von 0,0078 Tagen pro Jahr im Julianischen Kalender auf 0,0003 Tage pro Jahr.

Da Papst Gregor der katholischen Kirche angehörte wurde die Reform zunächst nur in Spanien, Portugal und dem größten Teil Italiens durchgesetzt. 1583 und 1584 folgten die übrigen katholischen Länder Europas. Erst um 1700 entschlossen sich die protestantischen Länder Deutschlands dazu den Julianischen Kalender abzuschaffen. Am 25.01.1918 führte Russland nach der Oktoberrevolution den gregorianischen Kalender ein, 1923 änderten die Griechen ihren Kalender. „Türken, Ägypter und andere Araber führten 1927 die gregorianische Zählweise ein, und die Volksrepublik China reformierte ihre Zeitrechnung als letzter Staat im Jahr 1949“³⁰.

Die Entwicklung der Zeitmessung

Die Entwicklung der Zeitmessung beginnt mit den einfachen Uhren des Altertums, die den Tag bereits mit einer Genauigkeit von einigen Minuten einteilten, und reicht bis zu den modernen Atomuhren, die die Zeit bis ins Millionstel einer Sekunde genau bestimmen können. Dabei erweitert sich durch die Entwicklung von Wissenschaft und Technik das messbare Zeitintervall kontinuierlich und reicht mittlerweise von einigen Jahrmilliarden bis zu Billionstel Sekunden.

In der Antike wurden Sonne und Mond häufig als Gottheiten verehrt. Sie sind die am deutlichsten wahrnehmbaren Himmelskörper und ändern ihr Verhalten für jedermann klar ersichtlich. Im Sommer steht die Sonne scheinbar höher am Himmel und geht im Nordosten auf, während sie im Winter im Südosten aufgeht und nur eine niedrigere Höhe am Himmel erreicht. Mit dem Sonnenuntergang im Westen verhält es sich ähnlich.

Der Mond wiederum offenbart Veränderungen an sich selbst. Mal steht er im Vollmond, mal nimmt er ab, mal nimmt er zu und manchmal ist er gar nicht zu sehen. Da dies und viele weitere Himmelserscheinungen für die damaligen Kulturvölker nicht zu erklären waren, wurden die Gestirne zu Göttern bestimmt. Priester machten sich durch ihre Beobachtungen der Gestirne unentbehrlich. Das Ergebnis ihrer Beobachtungen brachten sie als Glaubensverkünder der Götter in die Entwicklung und Festlegung des Tages- und Jahresablaufs ein³¹.

Die Babylonier hatten ihren Tag schon früh in zwei mal zwölf gleiche Teile untergliedert (vgl. Kapitel „Die Einteilung Jahr - Tag - Stunde“). Spätestens 2000 v. Chr. erfanden sie einen einfachen Zeitmesser, die Sonnenuhr³². Dafür steckten sie einen Stab in den Boden. Anhand der Länge des Schattens und dessen Richtung konnten sie die für damalige Verhältnisse genaue Zeit bestimmen. Durch nebeneinander in den Boden gesteckte Pflöcke erhielten sie ein einfaches Ziffernblatt. Die Ägypter benutzten für ihren Zeiger einen T-förmigen Stab, dessen Querstange einen Schatten auf eine Basis warf. Diese war mit einer Skala für die Stunden versehen³³.

Da jedoch die Sonne bei vertikaler Anordnung des Zeigers und horizontaler Anordnung des Ziffernblattes keinen Kreisbogen sondern eine viel kompliziertere Kurve beschreibt, die ihre Lage von Tag zu Tag und Montag zu Monat ändert³⁴, beschäftigten sich viele Gelehrte mit der Verbesserung der Anzeige.

Eine entscheidende Erkenntnis war, den Zeiger der Sonnenuhr parallel zur Erdachse auszurichten. Nur dann weist sein Ende zum Himmelspol. Dieser beschreibt den Punkt des Firmaments, der sich bei der Erdrotation nicht zu bewegen scheint. Wird dann das Ziffernblatt senkrecht zum Zeiger gesetzt, beschreibt der Schatten der Sonne einen gleichmäßigen Kreisbogen und die Bewegungsgeschwindigkeit des

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Abb. 3.7 Ägyptische Sonnenuhr aus Fayence, ca. 100 n. Chr.

Schattens bleibt konstant. Der Zeiger muss dabei durch die Oberfläche des Ziffernblattes hindurchgehen und auf der anderen Seite hervorstehen. Das ist notwendig, weil der Schatten der Sonne während der einen Jahreshälfte oberhalb und während der anderen Jahreshälfte unterhalb des Ziffernblattes erscheint. Diese Sonnenuhr wird als äquatoriale Sonnenuhr bezeichnet und mit einer Neigung von 90° - φ dem Horizont gegenüber gestellt. Der Winkel φ entspricht dabei der geographischen Breite des jeweiligen Ortes³⁵. Für Berlin, mit der geografischen Breite von 52°31‘, muss die Fläche also um 37°29‘ geneigt sein.

Das Ziffernblatt der äquatorialen Sonnenuhr hat für alle Stunden einen konstanten Abstand und ist für alle Jahreszeiten gültig. Das Ablesen der Zeit wird jedoch erschwert, wenn der Schatten von unten auf die Uhr fällt.

Eine andere Erkenntnis der Astronomen war, ein Dreieck als Zeiger senkrecht auf ein waagerechtes Ziffernblatt zu setzen³⁶. Die Grundlinie musste dabei nach Norden beziehungsweise Süden zeigen. Der spitze Winkel des Dreiecks spiegelt die geografische Lage des Ortes wieder, so dass die Erdachse parallel zur geneigten Seite des Dreiecks liegt. Diese Sonnenuhr gilt wie die Äquatorialuhr für das ganze Jahr. Da sich die Schatten aber auf dem Ziffernblatt mit ungleichmäßiger Geschwindigkeit bewegen, sind die Abstände zwischen den Stunden unterschiedlich groß.

Während im mittelalterlichen Europa die Sonnenuhren immer kleiner und handlicher wurden, bauten vor allem Chinesen und Inder zur Veranschaulichung ihrer Macht sehr hohe Uhren. 1276 ließ der Kaiser Tsou Kung einen 15 Meter hohen Zeiger aus Ziegeln und eine 36 Meter lange Mauer als Zeitskala errichten³⁷. 1430 übertraf der Astronom Ulug Beg die Sonnenuhr von Tsou Kung durch eine etwa 50 Meter hohe Konstruktion³⁸. Mit ihr sollte die Genauigkeit der Messung erheblich verbessert werden. Eine 27 Meter hohe Sonnenuhr mit dem Namen Samrat Yantra wurde 1734 im indischen Palastbezirk von Jaipur vollendet. Sie steht in einem Park zur Beobachtung der Bewegungen von Sonne, Mond, Planten und Fixsternen³⁹.

Um ihre Sonnenuhren prunkvoller und atemberaubender zu gestalten, ließen sich viele Erbauer neue Techniken und zusätzliche Funktionen einfallen. So wurde Sonnenuhren gebaut, die mithilfe von Glasscheiben, Schießpulver, Glocken oder Kanonen die Mittagsstunde auch akustisch signalisierten⁴⁰. Die ästhetische Weiterentwicklung der Uhren mit Zifferblättern aus Glas, Malereien und filigranen Mustern sorgte für Bewunderung und eine wachsende Zahl an Auftraggebern. Adlige und Kirche nutzten im 16. Jahrhundert diese Methoden, um den einfachen Bauern ihre Macht und Größe zu beweisen. Wohlhabendere Leute ließen sich eine Sonnenuhr an die Südseite ihres Hauses bauen. Ablesen konnten sie die Zeit jedoch nur von außen. So wurden die Ziffernblätter der Uhren auf Ölpapier übertragen und am Fenster angebracht, so dass man nun auch von innen die Uhrzeit erkennen konnte. „Sonnenuhren wurden [trotz ihrer offensichtlichen Nachteile, wie die Abhängigkeit zur Sonne und zum Standort,] bis ins 16., ja sogar bis ins 17. Jahrhundert hinein gebaut. Natürlich gibt es auch manche aus noch späterer Zeit, sie dienen aber nur noch als Zierde“⁴¹ '.

Die Nachteile der Sonnenuhren gehören zu den Vorteilen der Sanduhren. Sie sind standortunabhängig und funktionieren bei bewölktem Himmel ebenso wie in der Nacht. Sanduhren bestehen aus zwei trichterförmigen Gläsern, die an der dünnsten Stelle miteinander verbunden sind. Durch diese Stelle fließt kontinuierlich Sand. Ist der Sand vollständig in das untere Gefäß gefallen und damit eine festgelegte Zeit abgelaufen, dreht man die Sanduhr um. Eine neue Zeitmessung wird gestartet. Mehrere unterschiedliche gefüllte Gefäße wurden kombiniert, um eine viertel, halbe und ganze Stunde zu unterscheiden. Wichtig für Sanduhren ist die Konsistenz des Sandes. Da er für eine genaue Zeitangabe möglichst gleichmäßig durch das Gefäß rinnen muss, wurde meist ein Gemisch aus Sand und Marmorstaub benutzt, das mit Wein und Zitronensaft aufgekocht, abgegossen und getrocknet wurde. Dieser Vorgang wurde bis zu neunmal wiederholt um den Sand so weich und homogen wie möglich zu machen.⁴²

Große Anwendung fanden Sanduhren auf Schiffen, aufgrund ihres Verwendungszweckes Schiffsgläser genannt. Hierauf geht das Wort „Glasen“⁴³ zurück. Es bezeichnet Glassanduhren, die jede halbe Stunde gewendet wurden. Nach einem bestimmten Schema wurde bei jeder Drehung vom Wächter die Schiffsglocke geschlagen (vgl. Abbildung 3.8). Hier wird auch sofort der größte Nachteil ersichtlich: Ohne die Anwesenheit einer Person, die den Sandstand der Uhr kontrolliert, die Stunden aufschreibt und die Uhr bei durchgelaufenen Sand dreht, ist die Sanduhr nutzlos. Außerdem sind Sanduhren, trotz der aufwendigen Prozedur der Sandtrocknung, sehr ungenau⁴⁴.

Wasseruhren, griechisch „Klepsydra“, waren in Ägypten, Judäa, Babylon, Griechenland und China bekannt. Es gibt zwei leicht unterschiedliche Funktionsweisen: Bei der ersten befindet sich Wasser in einem Gefäß und läuft langsam über eine Öffnung am Boden in ein zweites Gefäß, welches Markierungen für die Stunden an der Innenseite aufweist. Anhand des steigenden Wasserspiegels in diesem zweiten Gefäß, kann man die Zeit ablesen. Bei der zweiten Funktionsweise befinden sich die Stundenstriche in dem Gefäß aus dem das Wasser hinaus fließt, die Zeit wird also anhand des sinkenden Wasserspiegels gemessen⁴⁵.

Mit mehreren miteinander verbundenen Gefäßen konnten längere Zeiträume erfasst werden. Klepsydren wurden für Redezeiten, Gerichtsverhandlungen oder Wachablösungen im Heer verwendet. Wegen des unterschiedlichen Druckes mit dem das Wasser

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Abb. 3.8 Kanzel-Sanduhr mit Gangdauer von 1, ¼, ½ und ¾ Stunde

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Abb. 3.9 Eine so genannte Auslaufuhr aus Theben, ca. 1400 v. Chr.

aus dem Gefäß hinausläuft, war auch diese Uhr sehr ungenau in der Zeitmessung. Je mehr Wasser sich im Gefäß befindet, desto größer ist der Druck und desto schneller fließt es aus ihm heraus. Ist nur noch wenig Wasser in dem Tongefäß, besteht ein geringerer Druck und das Wasser fließt entsprechend langsamer aus der Öffnung.⁴⁶

Eine Wasseruhr, die zusätzlich zur Uhrzeit auch die Bewegung der Sonne, des Mondes, der Sterne und Mondfinsternisse anzeigte, wurde im 8. Jahrhundert von dem chinesischen Astronomen I-Hang gebaut. Die Klepsydra die Karl der Große vom Kalifen Harum al Raschid geschenkt bekam, war mit silbernen, zwitschernden Vögeln ausgestattet, welche die Uhrzeit verkündeten⁴⁷.

Da Wasseruhren im Winter besonders in Europa schnell einfroren, erfanden Benediktinermönche Kerzenuhren, die mit kleinen Einkerbungen zur Zeitbestimmung versehen waren. Die chinesische Feueruhr bestand aus verschiedenen Holzarten. Sie wurden zu einer Art Teig verarbeitet und anschließend in unterschiedliche Stäbchenform gebracht. Je nach Länge des Stäbchens konnten diese Uhren monatelang brennen. Wurden an bestimmten Stellen des Stäbchens Metallkügelchen angehängt, die beim Abbrennen in eine Porzellanschale fielen und dadurch einen lauten Ton erzeugten, war die Feueruhr gleichzeitig eine frühe Form eines Weckers. Bei der Feueruhr mussten keine Personen den Brennprozess beobachten. Aber dennoch verhinderten Schwierigkeiten bei der Herstellung der Stäbchen und äußere Bedingungen eine genaue Zeitmessung. Dazu zählen etwa eine durchgehend gleiche Dicke des Materials und Luftbewegungen⁴⁸.

Mit der fortschreitenden Entwicklung von Wissenschaft und Technik und der damit einhergehenden Forderung nach genauerer Zeitbestimmung ersetzten mechanische Uhren die bisherigen Zeitmesser.

Im 13. Jahrhundert erreichte die Uhrentwicklung mit der Räderuhr einen großen Fortschritt. Räderuhren bestehen aus einer Welle, die durch ein Gewicht, das über ein Seil mit der Welle verbunden war, in Rotation gesetzt wurde. Die Wellenbewegung wurde über mehrere Zahnräder auf das Sperrrad oder Hemmrad übertragen, das mit dem Uhrzeiger verbunden war. Um eine möglichst gleichmäßige Drehung des Sperrrades zu bewirken, wurde die so genannte Waag als Gangregler eingesetzt⁴⁹. In kleineren Uhren wurde die Waag später durch die noch heute weithin bekannte Unruh ersetzt. Dieser Schwingbalken bestand aus einem Metallstab, der parallel zur Oberfläche des Sperrrades angeordnet war. An ihm befanden sich zwei auswechsel- und verschiebbare Gewichte, die die Schwingdauer bestimmten. Zwei Metalllappen griffen abwechselnd in die Zähne des Sperrrades. Dadurch wurde das Rad nach jeder halben Schwingung der Waag abwechselnd durch einen der beiden Lappen in ihrer Bewegung gehemmt und das Rad drehte sich nur um einen Zahn weiter. Mit dieser Geschwindigkeit wurde die Zeitanzeige bewegt. Diese bestand damals aus einem beweglichen Ziffernblatt mit starrem Zeiger und wurde im Laufe der Entwicklung durch einen sich drehenden Stundenzeiger abgelöst. Aufgrund fehlender technischer Feinheit und des „großen“ Messfehlers von mehreren Minuten pro Tag, wurden Minuten- und Sekundenzeiger erst wesentlich später hinzugefügt. War das Seil, an dem das Gewicht hing, vollständig entwickelt, musste mithilfe einer Kurbel das Gewicht gegenläufig aufgewickelt werden. Die Uhr wurde so praktisch aufgezogen.⁵⁰

Räderuhren wurden meist in Schlössern, Kirchen und hohen Türmen eingesetzt, da ihre Einzelteile beträchtliche Größe und Gewicht hatten. Der Astronom Tycho Brahe verwendete in seiner Räderuhr ein Sperrrad mit einem Durchmesser von 91 Zentimetern und 1200 Zähnen. Die 1404 erbaute Uhr des Moskauer Kreml hat solche Ausmaße, dass sie über mehrere Etagen des Spasski-Turms verteilt werden musste. Das Ziffernblatt ist so groß, dass jede einzelne Ziffer fast die Größe eines Menschen erreicht. Um die großen Reibungskräfte der Uhren zu verringern, müssen die Räder ständig geschmiert und gepflegt werden⁵ '.

Im 15. Jahrhundert wurden die Räderuhren durch den Einbau von Uhrfedern und durch Verbesserungen an der Konstruktion kleiner und leichter. Erstmals konnten Tischuhren für den Hausgebrauch gekauft werden. 1550 wurde dementsprechend der Minuten- und 1760 der Sekundenzeiger eingeführt⁵².

Die Ungenauigkeit der Räder- beziehungsweise

Federuhren war zwar wesentlich geringer als bei den bisherigen Sonnen-, Sand- und Wasseruhren. Trotzdem waren die Abweichungen von der „tatsächlichen“ Zeit noch vergleichsweise hoch. Besonders in der Astronomie steigerte sich deshalb der Wunsch nach einer präziseren Zeitmessung.

1657 baute der Holländer Christian Huygens eine Pendeluhr, die den Fehler auf zehn Sekunden pro Tag verringerte⁵³. Seine Erfindung war aber nicht neu; bereits Galileo Galilei und Leonardo da Vinci hatten sich mit der Pendeluhr beschäftigt.

Das Prinzip der Pendeluhren beruht auf der Tatsache, dass ein Pendel für eine Schwingung immer die gleiche Zeit benötigt. Dabei ist es egal, welches Gewicht an dem Pendel hängt. Ist die Länge des Seils gleich, schwingt es bei unterschiedlichen Gewichten immer gleich lang. Das Pendel garantiert also den gleichmäßigen Gang der Uhr, da die Schwingungsdauer unabhängig von der Amplitude ist.

Zahnräder setzen hier Minuten- und Sekundenrad in Bewegung. Das Sekundenrad ist über einen klauenähnlichen Anker mit dem Pendel verbunden. Durch die Schwingung des Pendels greift der Anker in die Räder des Sekundenrads und reguliert die Geschwindigkeit. „Der Anker wiederum ist mit dem Pendel über einen Stift verbunden, der das Pendel leicht anstößt. Dieses System heißt System des unfreien Pendels“⁵⁴.

Die Zeitgenauigkeit bei Pendeluhren ermöglichte es, astronomische Probleme, wie Lage und Bewegung

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Abb. 3.10 Räderuhr aus dem Jahr 1584

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Abb. 3.11 Glasuhr

der Himmelskörper, genauer zu berechnen. Durch die Verbesserung der Federspannkraft und der Temperaturkompensation des Pendels vergrößerte sich die Genauigkeit der mechanischen Uhren auf wenige hundertstel Sekunden⁵⁵.

Die seit 1930 entwickelten Quarzuhren bestehen aus dem namensgebenden Quarzkristall, dessen Schwingungen den Taktgeber der Uhr bilden. Der bereits 1880 von den Franzosen Pierre und Paul Curie entdeckte piezoelektrische Effekt beschreibt, wie bestimmte Kristallarten beim Anlegen einer elektrischen Spannung reagieren⁵⁶. Durch die dabei entstehende Verformung des Kristalls treten an seinen Oberflächen elektrische Ladungen auf. Legt man umgekehrt eine elektrische Spannung an den Oberflächen an, vollführt der Kristall mechanische Schwingungen. Ist die Dämpfung dieses schwingenden Systems sehr klein, ist die Schwingungsfrequenz umso konstanter. Diese Eigenschaft macht den Piezoquarz zur Grundlage der Quarzuhr.

Durch die Verformung des unter Spannung stehenden Kristalls beginnt dieser mit einer Frequenz von 32 768 Hertz zu schwingen. Durch eine Schaltung wird die Schwingungsdauer auf eine Schwingung in einer Sekunde verringert, dabei wird ein Impuls erzeugt, der eine LED-Zeitanzeige oder einen Motor für die Zeigerbewegung steuert⁵⁷.

Durch die hohe Schwingungsdauer wird gegenüber den mechanischen Uhren eine Unabhängigkeit von äußeren Einflüssen, wie Erschütterungen, und damit eine Genauigkeit von wenigen Sekunden pro Monat erreicht⁵⁸.

Die heutige Zeitmessung wird durch Atomuhren realisiert. Ihre Grundeinheit, die so genannte SI- Sekunde, wird seit 1976 folgendermaßen definiert: „Die Sekunde ist das 9 192 631 770-fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids Cs-133 entsprechenden Strahlung“⁵⁹. Dabei nutzt man aus, dass die Energieniveaus bei diesen Übergängen konstant sind. Atome sind gerade deswegen für die Zeitmessung ideal. Alle Atome eines Isotops sind gleich und sie nutzen sich mit der Zeit nicht ab, wie dies bei allen anderen bisher vorgestellten Zeitmessern der Fall ist.

Die erste Atomuhr wurde 1948 gebaut, damals noch mit Hilfe von Ammoniak. Zwei Jahre zuvor hatte der amerikanische Physiker und Chemiker Willard Frank Libby die Idee einer Atomuhr vorgestellt. Doch bereits sieben Jahre später wurde sie durch das besser geeignete Element Cäsium ersetzt. Das Isotop Cäsium-133 hat den großen Vorteil, dass es nicht radioaktiv ist⁶⁰.

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¹ Klein, 2007, Seite 21

² Klein, 2007, page 21

¹ Banchoff, 1991, Seite 13

² Banchoff, 1991, Seite 13

³ Hiller, 1964, Seite 181

¹ Meyers Lexikon Online 2.0, 28.01.08

² Klein, 2007, Seite 21

³ von Hahn, 1984, Seite 85f

⁴ von Hahn, 1984, Seite 14

⁵ von Hahn, 1984, Seite 14

⁶ Hawking, 1988, Seite 4ff

⁷ T-Online Themen, 20.02.08

⁸ 7 Tepe – Sieben Hügel, 20.02.08

⁹ von Hahn, 1984, Seite 7

¹⁰ 7 Tepe – Sieben Hügel, 20.02.08a

¹¹ von Hahn, 1984, Seite 62

¹² Sawelski, 1977, Seite 100

¹³ Kalenderlexikon, 13.02.08

¹⁴ Sawelski, 1977, Seite 15

¹⁵ Die Welt Online, 27.01.08

¹⁶ Sawelski, 1977, Seite 12

¹⁷ Sawelski, 1977, Seite 12

¹⁸ Sawelski, 1977, Seite 12

¹⁹ Sawelski, 1977, Seite 13

²⁰ Sawelski, 1977, Seite 13f

²¹ Sawelski, 1977, Seite 14

²² Sawelski, 1977, Seite 14f

²³ von Hahn, 1984, Seite 65

²⁴ von Hahn, 1984, Seite 65

²⁵ Sawelski, 1977, Seite 15

²⁶ WebExhibits, 13.02.08

²⁷ von Hahn, 1984, Seite 73

²⁸ von Hahn, 1984, Seite 74

²⁹ Sawelski, 1977, Seite 16

³⁰ von Hahn, 1983, Seite 84f

³¹ von Hahn, 1984, Seite 18

³² Planet Wissen, 20.02.08

³³ von Hahn, 1984, Seite 18

³⁴ Sawelski, 1977, Seite 29

³⁵ Sawelski, 1977, Seite 30

³⁶ Sawelski, 1977, Seite 30

³⁷ von Hahn, 1984, Seite 18f

³⁸ Sawelski, 1977, Seite 31

³⁹ von Hahn, 1984, Seite 19

⁴⁰ Sawelski, 1977, Seite 31

⁴¹ Sawelski, 1977, Seite 31

⁴² Sawelski, 1977, Seite 32

⁴³ von Hahn, 1984, Seite 23

⁴⁴ Sawelski, 1977, Seite 32

⁴⁵ Sawelski, 1977, Seite 33f

⁴⁶ Sawelski, 1977, Seite 34

⁴⁷ von Hahn, 1984, Seite 23

⁴⁸ Sawelski, 1977, Seite 32f

⁴⁹ Sawelski, 1977, Seite 36

⁵⁰ Sawelski, 1977, Seite 36f

⁵¹ Sawelski, 1977, Seite 36

⁵² Sawelski, 1977, Seite 37

⁵³ Phänomen Zeit, 13.02.08

⁵⁴ Sawelski, 1977, Seite 39

⁵⁵ Sawelski, 1977, Seite 40f

⁵⁶ Planet Wissen, 13.02.08

⁵⁷ Planet Wissen, 13.02.08

⁵⁸ Physikalisch-Technische Bundesanstalt, 13.02.08b

⁵⁹ Physikalisch-Technische Bundesanstalt, 13.02.08a

⁶⁰ Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, 01.12.07, Seite 6