ZEIT. Reader zur Sommerakademie 2008 in Matrei am Brenner

Transkript

1 ZEIT Reader zur Sommerakademie 2008 in Matrei am Brenner

2 Cover: Iris Aue und Esther Strauss

3 Inhaltsverzeichnis ZEIT IN DER TECHNIK: MESSUNG UND SIMULATION Borislav Tadic: Alternative Konzepte der Zeitmessung 6 Harald Paulitsch: Time in Time-Triggered Real-Time Computer Systems 11 NATURWISSENSCHAFT UND MEDIZIN: ERDGESCHICHTE, EVOLUTION, LEBENSZEIT Karolina Harasztos: Zeit in der Erdgeschichte 16 Dominic Zöhrer: Zeit und Evolution - Was ist Leben? 22 Peter Siska: Altern aus biologischer Sicht 27 ZEIT IN THEOLOGIE UND PHILOSOPHIE: VON DER ALLTÄGLICHKEIT ZUR APOKALYPSE Katharina Zimmerbauer: Die Entdeckung der Alltäglichkeit. Das Phänomen der Zeit in der Theologie Karl Rahners 34 Esther Jauk: Ist unsere Zeit irreal? 38 McTaggarts Argumente, Einwände und Erwiderungen Martin Dürnberger: Leguane, Schachspieler, Bundeskanzler Zu einigen Problemen von Gottes Verhältnis zur Zeit 44 Stefan Rois: Gewordenheit und Geltung.Oder: Die Zeit heilt alle Wunder. Oder: Blitzlicht auf Nietzsches Zur Genealogie der Moral 50 Karin Peter: Ein Bruch in der Zeit Annäherung an Bedeutung und Funktion apokalyptischer Vorstellungen 56 MEDIALE ZEIT(EN) Clemens Tonsern: Ein Held unserer Zeit Über die Zeitlosigkeit eines Unzeitgemäßen in der russischen Literaturgeschichte 64 Petre Puskasu: Reinterpretation der Zeitgeschichte als politischer Sprengstoff im Kino: Der Fall Octobre (1994) 68 Niku Dorostkar, Alexander Preisinger : Zeitungsforen und Forenzeit 75 ZEIT IN GESELLSCHAFT Karin Rainer: Zeit als Spende Grundlagen, Hintergründe und Motivation für Freiwilligenarbeit heute 86 Paula Aschauer: Geraubte Zeit? Schubhaft im Lichte der Menschenrechte 91 David Wineroither: Was fängt die Demokratie mit der Zeit an? Überlegungen zu Repräsentation und political leadership 96 ZEIT GESCHICHTE Roland BERNHARD: Antihispanismus gestern und heute - Die Schwarze Legende seit Beginn der Neuzeit bis zu Zeitbilder 2000" 102 Maximilian Lakitsch: Die Kolonialzeit als zentrale Achse des politischen Islam 109 3

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5 Zeit in der Technik: Messung und Simulation

6 Zeit in der Technik Borislav Tadic Alternative Konzepte der Zeitmessung Wir sehen uns beim Fußballstadion um 300 NET Grad oder Ich komme aus München in 1500.beats zurück. Klingt verwirrend? Die Menschen haben keinen Sinn für Zeit. Alle Arten, die Zeit zu messen, sind daher völlig arbiträr. Albert Einstein sagte: Zeit ist das, was man an der Uhr abliest. Sie ist ein kulturelles Konstrukt, wobei ein Ereignis mit einer Reihe von Zahlen assoziiert werden kann. Websters Lexikon definiert die Zeit als der Zeitraum zwischen zwei Terminen oder während dem etwas vorhanden ist, passiert oder Handlungen; gemessenes oder messbares Intervall. Alle, sogar die primitiven Kulturen, haben das natürliche und inkrementierende Konzept von einem Zyklus, der aus dem Tag als die Periode des Sonnenlichts und der Nacht besteht, angenommen. Wir sind an das mehr als 5000 Jahre alte, sexagesimale Zeitmessungssystem mit 24 Stunden, 60 Minuten pro Stunde und 60 Sekunden pro Minute ganz gut gewöhnt. Obwohl ein Tag Sekunden hat und diese Basiseinheit offiziell als Schwingungen eines Cäsium-133-Atom in einer Atomuhr definiert ist. Die Zeitmessungssystementwicklung ist aus historischer Perspektive und im Hinblick auf die Geschwindigkeit der Veränderungen seit der Neuzeit bemerkenswert. Dieser Text stellt fünf alte und neue, nichtsexagesimalen Alternativen zum gängigen Konzept der Zeitmessung vor. Alternativen Zeitmessungssystemen in der Geschichte Die Geschichte kennt viele Alternativen zu dem sexagesimalen Zeitmessungssystem. Einige wurden für Jahrhunderte verwendet, wie das duodezimale System in China, anderen wie in Frankreich und Thailand nur für einige Jahre. Sie beeinflussten die modernen Gedanken über die Zeitmessung und werden informell teilweise noch heute verwendet: Chinesische Duodezimalzeit, Französische Dezimalzeit und Thai 6-Stunden Zeit. Die Dezimalzeit ist ein wichtiges Teil der chinesischen Geschichte. Über Jahrtausende haben Chinesen Dezimalzeit neben der sexagesimalen Zeit verwendet. Die Einheit Ke teilte einen Tag in 100 gleich lange Intervalle von 14,4 Minuten, d.h. 14 Minuten und 24 Sekunden. Diese Einheit entstand aus der Verwendung einer Wasseruhr. Ein kleines Loch ermöglichte es Wasser aus dem Boden eines Topfs abzufließen und die Zeit wurde mittels Markierungen auf einem vertikal schwimmenden Stock gemessen. Der Stock wurde in der gleichen Weise wie ein gewöhnliches Lineal unterteilt - 10 cun je 10 fen, was 100 Einheiten ergibt. Ke wörtlich übersetzt heißt ätzen/radieren oder schneiden und es ist der Teil des Substantivs Kedu, der sich auf drei Etagen-Markierungen auf den Messgeräten bezieht. Es hat verschiedene Versuche gegeben, das Ke-System so anzupassen, dass es mit einem 12-Stunden System kompatibel ist. Die 100 Einheiten wurden aus diesem Grund durch 96, 108 oder 120 ersetzt. Es waren Jesuiten- Missionare, die nach Ihrer Ankunft in China, im Jahr 1670 die Dauer eines Ke schließlich mit dem Sechsundneunzigstel eines Tages oder genau einem Viertel der westlichen Stunde definierten. Obwohl das Dezimalsystem noch in 19. Jahrhundert endgültig abgeschafft wurde, ist Ke noch heute der chinesische, auf einer Viertelstunde bezogenen Begriff. Das Doppelstundenprinzip unterteilt den 24-Stunden-Tag in 12 gleich große Einheiten. Jede dieser Doppelstunden hatte den Namen einer der 12 irdischen Zweige (Sternzeichen in der chinesischen Astrologie). Die Begriffe gehen auf vermutlich bis auf das Jahr 1700 vor Christus zurück. Sie bilden auch einen Teil der Namen der Tage und Jahre. Die erste Stunde, Zi-Stunde fängt um 23 Uhr des vorigen Tages an und endet um 1 Uhr. Zum Beispiel Exekutionen von zum Tod verurteilten Gefangenen, wurden um die Stunde Wu (Pferd), d.h. Mittag durchgeführt. Diese Einteilung des Tages wurde in der Kalenderreform im Jahr 104 vor Christus standardisiert. Die Tabelle 1 im Anhang zeigt die Namen und die Bedeutungen der Stunden. Französische Dezimalzeit Chinesische Duodezimalzeit In China wurde seit dreitausend Jahren die Dezimalzeit verwendet, oft parallel zur duodezimalen Zeitmessung. Ein Tag wurde in 100 Ke Untereinheiten und 12 Shi Doppelstunden unterteilt. Die beiden Systeme unterscheiden sich von der Standardzeitberechung stark und sind außerhalb Asiens wenig bekannt. In einer kurzen Periode seiner Geschichte, hatte Frankreich ein dezimales System für die Zeitmessung in offiziellen Gebrauch, gemeinsam mit dem französischen republikanischen Kalender, der den Monat in drei décade von 10 Tagen teilte. Im Dekret vom 5. Oktober 1793 führten die französischen revolutionären Behörden die Dezimalzeit ein. Das Dekret beinhaltete folgende Konstruktion: Der Tag, von Mitternacht bis Mitternacht, wurde in zehn Teile oder Stunden geteilt, jeder Teil in zehn andere, bis die kleinste messbare Einheit erreicht ist. Das Hundertste einer Stunde soll Dezimalminute genannt werden. Das Hundertste einer Minute soll Dezimalsekunde genannt werden. Ein Tag hat dezimale Sekunden. Eine Dezimalstunde ist 2,4, d.h. 2 Stunden und 24 Minuten lang und eine normale Stunde ist 4.166,67 Dezimalsekunden ggf. 41 Dezimalminuten und 67 Dezimalsekunden. Damalige Uhren wurden mit Ziffern 1 bis 10 nummeriert: der kleine Uhrzeiger zeigte um Mitternacht auf 10 und um Mittag auf 5 Uhr. Alternative Konzepte der Zeitmessung 6

7 Zeit in der Technik Einer der stärksten Befürworter der Dezimalzeit war der Mathematiker Pierre-Simon Laplace - er war begeistert von der Idee und kaufte sich sogar die neue Uhr mit 10 Stunden. Anderen Wissenschaftler dieser Epoche waren weniger begeistert: Motive hierfür waren ein als unnötig empfundener Systemwechsel und das vermutete Vorantreiben der Säkularisierung im revolutionären Frankreich durch den Bruch mit den alten (auch kirchlich tradierten) Messsystemen. Das System war zwar eine logische Vereinfachung der Zeitmessung, aber die Gewohnheiten der Bevölkerung waren schwer zu ändern. Zusätzlich war das neue System schlecht für den französischen Export - die neuen 10 Stunden-Uhren ließen sich nicht außerhalb Frankreichs verkaufen. Schon im Jahr 1897 versuchten die Franzosen ein weiteres Mal, die Zeitmessung auf ein Dezimalsystem umzustellen. So wurde eine Kommission für die Dezimalisierung gegründet, mit dem Mathematiker Jules Henry Poincaré als Sekretär. Der Kommission schlug einen Kompromiss über die Beibehaltung der 24-Stunden-Tag, geteilt in jeder Stunde 100 dezimal Minuten und jede Minute in 100 Sekunden vor. Der Plan musste jedoch im Jahr 1900 mangels öffentlicher Unterstützung aufgegeben werden. Noch in heute basieren viele Reformvorschläge für die Zeitmessung auf der französischen Dezimalzeit. Thai 6-Stunden Zeit Die sechs Stunden Zeit ist ein in ländlichen Teilen und in der umgangssprachlichen Rede des Thailands verwendetes Zeitmessungssystem. Parallel zur 12/24- Stunden-Uhr verwenden die Thai eine 6-Stunden Zeit, die ihre Wurzeln im mittelalterlichen Königreich Ayutthaya hat. Sie ist in ihrer aktuellen Form im Jahr 1901 durch eine Verordnung des Königs Chulalongkorn geschaffen worden. So wird der Tag in vier gleiche Teile geteilt, wobei jeder Teil aus sechs Stunden zu 60 Minuten besteht. Die Bewohner Thailands haben dadurch zusätzliche Ausdrücke für die Nacht, den Morgen, den Nachmittag und den Abend. Alle Stundennamen sind in der Tabelle 2 (im Anhang) angeführt. Die thailändischen Zeitangaben sind mit Vorsicht zu genießen. Die österreichische Zeitvorstellung teilt die 24 Stunden in zwei Blöcke. Umgangssprachlich gibt es hier somit z.b. zweimal 4 Uhr einmal morgens, einmal nachmittags um 16 Uhr. Da die Thais den Tag in 4 Blöcke strukturieren, haben sie viermal 5 Uhr. Die einfache Vereinbarung für 4 Uhr kann daher bedeuten 4, 10, 16 oder 22 Uhr. Moderne Zeitmessungssystemen Der rapide Technologiewandel und ein schnelles Leben, die unser etabliertes Zeitmessungssystem als unpräzise erscheinen lassen, haben neuerlich Diskussionen über eine Zeitmessungsystemreform entfacht. Das Cyberspace, die Wirtschaft, die Bereiche Ausbildung und Sport sie alle brauchen ein einfacheres und der Zeit angepasstes System. Die bekannteste Initiative hierzu geht u.a. auf die Unternehmen Swatch und Degree NET zurück und hat zur Swatch Internetzeit und zur Neuen Erdzeit geführt. Obwohl dieses System schon im April 1795 abgeschafft wurde, vertreten viele französische Wissenschaftler noch heute die Ansicht, dass Frankreich und die ganze Welt, neue, rationellere Formen der Zeitmessung akzeptieren sollten. Alternative Konzepte der Zeitmessung 7

8 Zeit in der Technik Swatch Internetzeit Die Swatch Internetzeit ist ein alternatives Konzept der Zeitmessung, entwickelt vom Unternehmen Swatch, einem Schweizer Uhrenkonzern mit Sitz in Biel, der unter dem gleichen Markennamen eine allseits bekannte Uhr vertreibt. Sie wurde am 23. Oktober 1998 in einer Zeremonie während des Junior Gipfels von Nicolas Hayek, Präsident und CEO der Swatch Group, und Nicholas Negroponte, Gründer und damaligen Direktor des MIT Media Lab, erstmals präsentiert. Internetzeit wurde gleich zur offiziellen Zeit des Online-Landes Nation1, errichtet und betrieben von Kindern aus der ganzen Welt. Zur offiziellen virtuellen Promoterin wurde die Computerfigur Lara Croft, Heldin des Spieles Tomb Raider ernannt. Die Swatch Internetzeit bringt eine wesentliche Änderung im Vergleich zu bestehenden Zeitmessungskonzepten. Anstatt den Tag wie üblich in 24 Stunden à 60 Minuten à 60 Sekunden zu unterteilen, wird der Tag in 1000 Einheiten, so genannte.beats eingeteilt. Ein.beat dauert 0,024 Stunden oder eine Minute und 26,4 Sekunden oder 86,4 Sekunden. Auch die Notation sieht ganz anders aus: So wird die Zeit durch und einen Wert zwischen 0 und 999 notiert. Die Swatch Internetzeit wird nicht in unterschiedlichen Zeitzonen gemessen sie ist weltweit gleich. Swatch ist sogar so weit gegangen, einen neuen Meridian, Biel Mean Time oder BMT, der durch den Firmensitz des Unternehmens verläuft, zu erklären. Lokale Zeit wird als ein Zeitabstand von BMT berechnet. Die Swatch Internetzeit kennt auch keine Umstellung zur Sommerzeit. Wie sieht es in der Praxis aus? ist gleich Mitternacht Mittag nach mitteleuropäischer Winterzeit (UTC+1). Die bedeutet: 248 Schläge nach Mitternacht und wird auf den Uhren in z.b. Wien, Tokio und New York gleich gezeigt. Swatch hat kleinere Einheiten als ein Beat nicht festgelegt. Es gibt aber Drittimplementierungen, die die Swatch-Norm durch Hinfügung von centibeats oder sub-beats als Dezimalbruch für die bessere Präzision erweitern Aber auch Gegenargumente, gibt es viele. Die komplizierte Umrechnung in die Normalzeit, ein neuer Startmeridian, warum die Unterteilung nicht gleich Miliday anstelle von.beat genannt wurde oder die mangelnde Unterstützung durch das Internationale Einheitensystem sind Beispiele hierfür. Auch der Datumwechsel wird diskutiert, weil für jemanden aus z.b. Washington nicht so logisch ist, also um Mitternacht BMT (18 Uhr in Washington) umzustellen. Die Swatch Internetzeit wird oft mit der Koordinierten Weltzeit (UTC), der tatsächlichen Zeitrechnung im Internet oder mit dem Network Time Protocol (NTP), über das im Internet die Rechner-Uhren gestellt werden, verwechselt. Die einfache Kalkulation zwischen normalen und Swatch Zeitsystemen sieht wie folgt = 875 / 1000.beats = 0,875 x 24 Stunden = 21:00 BMT = 21:00 UTC+1 (Wien) 21:15 UTC+1 = 21,25 / 24 Stunden = 0,885 x 1000.beats Für Swatch Internet-Zeit gibt es viele Pro und Contra Argumente. Für die Pro-Gruppe, am lautesten treten jene auf, die von der Universalität des Konzept begeistert sind: keine Zeitzonen, keine geografische Unterschiede und keine Sommer/Winterzeit Umstellung. Die Zeit kann einfacher gelesen werden und auch Kalkulationen werden in.beats Einheiten deutlich einfacher. Es ist leichter zu sagen dass man sich trifft als nach 132 Stunden (oder fünfeinhalb Tagen), oder dass man zur aktuellen Zeit 3:45:20 schnell 9 Stunden, 27 Minuten und 42 Sekunden addiert. Die Zentraleuropäer sind auch zufrieden, weil die Zeit auf Mitteleuropäische Zeit (MEZ) kalibriert ist und daher für sie auch am natürlichsten ist. Die wichtigsten Anwendungen befinden sich natürlich im Bereich der Uhrherstellung; Swatch produzierte 17 digitale Armbanduhrmodelle, die in mehr als 1 Million Exemplaren verkauft wurden. Für Microsoft Windows und Linux gibt es kostenlose Werkzeuge zum Messen der Internetzeit, und Anwendungen wie GNOME, ICQ oder PHP haben sie auch integriert, einige Multispieler- und Online-Spiele wie Phantasy Star Online für Sega Dreamcast ebenso. Die Websites von CNN und Apple, und viele andere haben die Swatch Internetzeit nur in den ersten Monaten nach der Promotion verwendet. Auch der Handyhersteller Ericsson hat lediglich das Modell T20 mit der eingebauten Swatch Internetzeit geliefert. Heute ist die Verwendung dieses Systems aber sehr selten und in der Öffentlichkeit fast nicht mehr bemerkbar. Als Grund hierfür gilt, neben den genannten Vor- und Nachteilen in der Sache, ein als zu aggressiv empfundenes Marketing, eine restriktive Handhabung des Urheberrechts seitens Swatch sowie die aufwändige Umstellungs- und Anpassungsprozedur. Alternative Konzepte der Zeitmessung 8

9 Zeit in der Technik Mehr Informationen über die Internetzeit könnten auf der Swatch Webseite [LSwatch] gefunden werden. Neue Erdezeit Neue Erdezeit, New Earth Time oder NET ist ein vorgeschlagener globaler Standard oder Internet Zeit, die den globalen Tag in 360 Grad dividiert. NET wurde am 15. September erfunden. Die Rechte auf den Namen New Earth Time und der Slogan 360 Grad der Zeit sind im Besitz von Degree NET, die Neuseelandische Firma mit dem Sitz in Auckland. Offizielles Marketing Kampagne hat den folgenden Schlagsatz promoviert: NET läuft neben Ihrer lokalen Zeit. Jetzt können Sie lokal in eigener Zeit und weltweit mit der Neuen Erdzeit handeln. Neue Erdzeit ist weltweit gleich. Es ist 170 NET in Rio de Janeiro, New Delhi und Berlin. Der NET-Tag (0 ) beginnt auf geographische Länge 0 in Greenwich, England. Dies ist voll kompatibel mit der Greenwich Mean Time, Universal Time und unseren bestehenden Kalender. 12:00 UTC ist 180 NET. NET ist ein System 360/60/60: ein Tag teilt sich auf 360 Grad, 60 NET-Minuten und 60 NET-Sekunden. Die NET-Minuten und Sekunden dürfen mit normalen Minuten und Sekunden nicht verwechselt werden. Stundenzeiger auf dem NET Uhr um Mittag zeigt nach unten, ein genauer 180 -Winkel gemessen von der Spitze (Mitternacht). Vollkreis ist 360 und ein NET-Tag. Jeder NET Grad ist genau 4 normalen Minuten lang. Es gibt genau 15 Grad zu jeder vollen Stunde. Wenn man die aktuelle Zeit aus dem NET-System in die normale Zeit und umgekehrt umrechnen will, tut man folgendes: = 300,00 / 15 = 20:00 UTC = 21:00 UTC+1 (Wien) 21:15 UTC+1 = 20:15 UTC = 20,25 * 15 = 303,75 = Tabelle 1 Standard Uhrzeit Doppelstunden Uhrzeit Assoziertes Tier Assozierte Richtung 23 1 Uhr zi (tzu) Rate N 1 3 chou Rind NNO 3 5 yin Tiger ONO 5 7 mao Hase O 7 9 chen Drache OSO 9 11 si (szu) Schlange SSO wu Pferd S 1 3 wei Schaf SSW 3 5 shen Affe WSW Neue Erdzeit ist universal, zirkular, wiederholbar, natürlich und teilbar, genau wie Standardzeit. Es bietet kleinere Einheiten als Standardzeit. Einige Sportschiedsrichter haben schon die Vorteile der NET Sekunde erkannt - 1/ 15 der normalen Sekunde könnte z.b. bei der olympischen Zeitmessung eine wichtige Rolle spielen. Ein symbolischer positiver Aspekt wäre die Vereinigung der letzten zwei nicht dezimalen Systemen, sexagesimalen Grade der Bogen und Zeiteinheiten. Die Gegner sind auch vereinigt wenn es um die Kritik geht. Neue Erdzeit bringt viel kompliziertere und verwirrendere Berechnungen und die Begriffverwirrung, wenn man die normale und NET Minuten und Sekunden in Gespräch verwendet. Das Hauptargument der Gegner des Standards ist die niedrige Akzeptanz es gibt praktisch kein Anwendungsbeispiel. Obwohl 24-Stunden Uhren nicht so selten sind, die Hersteller der Uhren haben keine NET Uhr auf den Markt gebracht, und außer einigen Softwareuhren, die auf dem PC und Macintosh laufen, gibt es überhaupt keine NET Anwendungen im realen Leben zu sehen. Die NET Erklärung und Philosophie ist unter der Webseite des Besitzers [LNET] verfügbar. Fazit Menschen nehmen die Änderungen schwer und langsam an, insbesonders wenn es sich um so eine große und aufwändige Anpassung wie die Anpassung des Zeitmessungssystems handelt. Obwohl französische Dezimalzeit, Swatch Internetzeit und Neue Erdezeit vielleicht einen Schritt in diese Richtung bedeuten, haben sie sich nicht durchgesetzt. Es ist ein Faktum, dass das sexagesimales System der Zeitmessung nicht logischer als die hier beschriebenen Alternativen ist. Unabhängig davon, welche Vorteile ein neues, nichtsexagesimales System bringt, ein Unternehmen oder ein Staat kann es allein nicht durchsetzen. Nur eine koordinierte, offizielle und internationale Initiative kann ein neues, dem drittem Millennium entsprechendes Zeitmessungssystem zum Leben bringen. Referenzen [Alder 2002] K. Alder: The measure of all things, Little Brown, 2002 [Carlyle 1867] T. Carlyle: The French Revolution, A History, 1867 [Galiso 2004] P. Galiso: Einstein s clocks, Poincaré s maps, W. W. Norton & Co, 2004 [Dtime 2008] J. O Connor, E. Robertson: Decimal time and angles, www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/histtopics/decimal_time.html, heruntergeladen [Ftime 2008] O.A.: Dials & Symbols of the French revolution. The Republican Calendar and Decimal time, RepublicanCalendar, heruntergeladen [HSW 2008] M. Brain: How Time Works, time1.htm, heruntergeladen [LSwatch] Swatch Webseite: heruntergeladen [LNET] NET Ltd. Webseite: heruntergeladen [Sizes 2008] O.A.: Chinese day: double hours, daychinese.htm, heruntergeladen [Wtime 2008] O.A.: World Time Zones, An introduction to decimal time, heruntergeladen [Wikipedia 2008] O.A.: Wikipedia Enzyklopädie in Deutscher, Englischer, Serbischer und Kroatischer Sprache, Wikimedia Foundation, you Huhn W 7 9 xu (hsü) Hund WNW 9 11 hai Schwein NNW Alternative Konzepte der Zeitmessung 9

10 Zeit in der Technik Tabelle 2 Standard Thai 6-Stunden Uhrzeit Bedeutung Uhrzeit 1 ti nueng (Glöckel)Klingel eins 2 ti song Klingel zwei 3 ti sam Klingel drei 4 ti si Klingel vier 5 ti ha Klingel fünf 6 hok mong chao Sechs Gong Töne in der Früh 7 (nueng) mong chao (Ein) Gong Ton am Vormittag 8 song mong chao Zwei Gong Töne am Vormittag 9 sam mong chao Drei Gong Töne am Vormittag 10 si mong chao Vier Gong Töne am Vormittag 11 ha mong chao Fünf Gong Töne am Vormittag 12 thiang wan Mittag 13 bai mong (Ein) Gong Ton am Nachmittag 14 bai song (mong) Zwei Gong Töne am Nachmittag 15 bai sam (mong) Drei Gong Töne am Nachmittag 16 bai si (mong) Vier Gong Töne am Nachmittag 17 bai ha (mong) Fünf Gong Töne am Nachmittag 18 hok mong yen Sechs Gong Töne am Abend 19 nueng thum Ein Trommelschlag 20 song thum Zwei Trommelschläge 21 sam thum Drei Trommelschläge 22 si thum Vier Trommelschläge 23 ha thum Fünf Trommelschläge 24 / 0 thiang khuen / song yaam Mitternacht Borislav Tadic, Bakk.rer.soc.oec; geb in Banja Luka, Bosnien-Herzegowina. Im letzten Semester des Masterstudiums Softwareentwicklung und Wirtschaft an der TU Graz; auch Projektmitarbeiter/Studienassistent. Arbeitet(e) bei Siemens, United Nations, IREX, BBC Consulting etc. Autor der ICT-Radiosendungen und des E-Buchs; schrieb für 10 Zeitschriften aus Zentral- und Südosteuropa. Geförderter von Pro Scientia und Mitglied des Circle of Excellence in Graz sowie Stipendiat des Präsidenten der Serbischen Republik. Präsident des Tesla Zentrums. Alternative Konzepte der Zeitmessung 10

11 Harald Paulitsch Zeit in der Technik Time in Time-Triggered Real-Time Computer Systems A real-time computer system is a computer system in which the correctness of the system behavior depends not only on the logical results of the computations, but also on the physical instant at which these results are produced. In a time-triggered system, all activities are initiated by the progression of time. There is only one interrupt in each node of a distributed time-triggered system, the periodic clock interrupt. In a distributed timetriggered real-time system, it is assumed that the clocks of all nodes are synchronized to form a global notion of time, and that every observation of the controlled object is timestamped with this synchronized time. In particular, the message transmissions are triggered by the clock interrupt based on a schedule determined during system development, which enables the collision-free message transmission over shared communication links. (Kopetz, Real-Time Systems, Design Principles for Distributed Embedded Applications, 1997) Introduction The first section on The atomic definition of the second presents how physics grasps time. The second section Time and Order discusses the understanding of time and causality in time-triggered systems and how time is used to establish order. The third section on State points out that a precise concept of time is a prerequisite for a precise concept of state. The fourth section on Sparse Time explains how a temporal order among events as presented in the second section on Time and Order can be established as the basis of a time-triggered system. The last section on International Time Scales explains how the international time scales, that is the International Atomic Time (TAI) and the Coordinated Universal Time (UTC), realize the atomic definition of the second. The atomic definition of the second In physics, there is no definition on what time actually is. However, time can be measured precisely (and that is all what physicists really care about). The basic unit of time is a second. According to the International System of Units (SI, from the French name Système international d unités), the second is defined to be the duration of 9,192,631,770 periods of the radiation corresponding to the transition between the two hyperfine levels of the ground state of the caesium 133 atom (Bureau international des poids et measures. Organisation intergouvernmentale de la Convention du Metre, 2006). In 1997, this definition was refined with the addition: This definition refers to a caesium atom at rest at a temperature of 0 K. The ground state (i.e., lowest possible energy level of an atom) is defined at zero magnetic field. In 1967 with the development of the atomic clock this atomic definition refined the former definition based on the movement of celestial bodies (Leschiutta, 2005). Note that 0 K is a theoretical limit and cannot be achieved. Thus, it is practically impossible to build perfectly accurate clocks. Time and Order In accordance with the laws of classical physics of Isaac Newton we treat time as an independent variable extending arbitrarily from the past into the future assuming that time is absolute and relativistic effects can be neglected. Thus, the continuum of time can be modeled by a directed timeline consisting of an infinite set of instants T that are ordered and dense (Whithrow, 1990): the infinite set of instants T is ordered, since given any two instants p, q, p q, one precedes the other; the set T is dense, which means that if p and q are not the identical instant p q, there is at least another instant r, r p and r q, between them. This is a recursive definition, which means that there are actually an infinite number of instants between any two non-identical instants. Hence, an instant is a cut in the timeline. The order of instants on the timeline is called the temporal order. A section of the timeline is called duration. An event is a short, relevant happening at an instant of time. When two events occur at the identical instant, then the two events are said to occur simultaneously. Instants are ordered totally, while events are only partially ordered, since simultaneous events are not in the order relation. In many applications, the causal dependencies among events are of interest. Reichenbach (Reichenbach, 1957) defined causality by a mark method without reference to time: If event e1 is a cause of event e2, then a small variation (a mark) in e1 is associated with small variation in e2, whereas small variations in e2 are not necessarily associated with small variations in e1. Of course, this is not true in case of discontinuities. From the causal order, the temporal order can be deducted, but not vice versa. Therefore, the causal order among events is stronger than their temporal order. Imagine a technical system where a single fault can cause several failures, which trigger several alarms. A temporal order among all alarms helps to restrict the causal dependencies among these failures, since the temporal order of events is necessary, but not sufficient, for their causal order. A weaker order relation often provided by communication systems is consistent delivery order. The communication system guarantees that all events communicated over the communication medium are seen in the same order by all receiving nodes. Note that this order can be different from the sending order. State A precise concept of time is a prerequisite for a precise concept of state. In abstract system theory Mesarovic introduced the notion of state to separate the past from the future (Mesarovic & Takahara, 1989): The state enables the determination of a future output solely on the basis of the future input and the state the system is in. In other word, the state enables a decoupling of the past from the present and future. The state embodies all past history of a system. Knowing the state supplants knowledge of the past. Apparently, for this role to be meaningful, the notion of past and future must be relevant for the system considered. Sparse Time A digital clock, or clock for short, is a device for the measurement of time. It comprises a counter and an oscillation mechanism that periodically produces a tick to increment this counter. The duration between two consecutive ticks is called the granularity of the clock. The granularity of any digital clock leads to a digitizing error in the measurement of time. Given a clock and an event, the local timestamp of an event is the counter value of the clock immediately after the event occurred. An ensemble of clocks is a set of two or more clocks. The clocks of an ensemble show different clock rates, that is, their counters values will eventually diverge from each other due to differences in the physical oscillation mechanisms. The two local timestamps of a single event from two different clocks in the same ensemble can Time in Time-Triggered Real-Time Computer Systems 11

12 Zeit in der Technik differ, because, practically, no two clocks have the same clock rate and over time the counters of two clocks inevitable diverge, even if those two clocks are perfectly synchronized at the beginning. With periodic internal clock synchronization (i.e., clock synchronization among the clocks in the ensemble) the duration between the respective ticks of any two clocks can be bound. The bound on this maximum duration between any two respective ticks on any two clocks of an ensemble is the precision of an ensemble of clocks (Kopetz & Ochsenreiter, Clock synchronization in distributed real-time systems, 1987). Since clocks inevitably diverge, the precision of an ensemble is always larger than zero. Hence, it is generally not possible to order events consistently on the basis of their local timestamps. There is always the chance of a single event being timestamped differently by two clocks, because of the denseness of time, defined in the second section, and the impossibility of perfect clock synchronization. In this respect, Lundelius and Lynch provided an impossibility result (Lundelius & Lynch, 1984). Figure 1: Sparse Time Base The concept of a sparse time, as depicted in Figure 1, circumvents this impossibility of perfect clock synchronization (Kopetz, Why do we need a Sparse Global Time-Base in Dependable Real-Time Systems?, 2007). In the sparse time the continuum of time is partitioned into an infinite sequence of activity intervals µ, where events are allowed to occur, alternating with intervals of silence of a duration of at least, where events must not occur. The events restricted to the activity intervals are denoted sparse events and the time base is called /µ-sparse. The activity intervals are numbered chronologically with the positive integers. The global timestamp of a sparse event is the integer assigned to the activity interval in which it has occurred. Sparse events happening in the same activity interval are considered as having happened simultaneously. Thus, a system-wide, consistent temporal order can be established given the following two properties: first, the interval of activity is smaller or equal to the precision of the clock synchronization; second, the interval of silence is at least four times larger than the activity interval (Kopetz, Sparse time versus dense time in distributed real-time systems, 1992) (Kopetz & Obermaisser, Temporal composability, 2002) (Kopetz, Real-Time Systems, Design Principles for Distributed Embedded Applications, 1997). In time-triggered systems events that are in the sphere of control of the system (e.g., the sending of messages) are assumed to be restricted to occur in the activity intervals, while events outside the sphere of control of the system (i.e., events that can occur outside the activity intervals) must be assigned to an activity interval by an agreement protocol. Replica determinism requires that all correct replicas produce exactly the same output messages at most a duration of d time units apart. In a time-triggered system replicas are considered to be replica-deterministic, if they produce the same output message at the same global ticks of their local clocks (Kopetz, Real-Time Systems, Design Principles for Distributed Embedded Applications, 1997). The consistent temporal order is essential to achieve replica determinism (Poledna, 1994) that is required for active redundancy based on voting of the computation result. A time-triggered system can be synchronized with international time scales by means of external clock synchronization (i.e., clock synchronization with clocks not part of the ensemble). International Time Scales The realization and dissemination of the international time scales is the responsibility of the Time, Frequency and Gravimetry Section of the Bureau International des Poids et Mesures (BIPM). The International Atomic Time (TAI, from the French name Temps Atomique International) is the uniform, atomic time scale and kept as close as possible to the second defined by the SI. It is calculated at the BIPM using data from some two hundred atomic clocks in over fifty national laboratories, depicted in Figure 2, which maintain caesium standards with an accuracy up to s. The long-term stability of the TAI is assured by a judicious way of weighting the participating clocks. New developments in clocks using trapped or cooled atoms or ions, going closer to the physical limits such as 0 K, are leading to improvements well beyond this. Figure 2: Geographical distribution of the laboratories that contribute to TAI, and the means by which their data are sent to the BIPM (taken from The Coordinated Universal Time (UTC, a compromise between the English name and the French name that is Temps Universel Coordonné) (Terrien, 1975) is an atomic time scale identical with TAI, except for leap seconds added to days ensuring that, when averaged over a year, the sun crosses the Greenwich meridian at noon UTC to within ±0.9 s. The dates of application of leap seconds are decided by the International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS). Unlike the TAI the UTC will in the long run according to its current definition keep in step with the slightly irregular rotation of the earth. As of 2007, 23 leap seconds have been added, putting the UTC 33 seconds behind the TAI, because of the initial offset of 10 seconds. Note that there is an ongoing debate to discontinue the insertion of leap seconds. The Earth s rotational deceleration due to tidal friction is the main contributor to this difference. The acceleration of the Earth s crust has led to the longest-ever period without a leap second from New Year s Day 1999 to New Year s Eve 2005, giving some confidence to the small chance of a negative leap second. The discontinuity of the UTC makes the accurate measurement of durations between two UTC timestamps impossible; at least not without reference to a lookup table telling the number of leap seconds in between the two UTC timestamps. Figure 3 shows the difference between the UT1, the principal form of the Universal Time, and the UTC. Both, UT1 and UTC, are Universal Time, but the UTC requires adjustment by leap second, because it is based on the atomic definition of the second realized by the TAI. Notice the vertical segments in Figure 3, which correspond to leap seconds and constitute discontinuities in the UTC. Figure 3: Difference between the UT1 and the UTC Of these two standard time scales only the TAI is chronoscopic, i.e. without any discontinuities. Therefore, Kopetz advocates the TAI as source for external synchronization of time-triggered systems. (Kopetz, Why do we need a Sparse Global Time-Base in Dependable Real-Time Systems?, 2007) Acknowledgements Thanks to Georg Rieckh, Albrecht Kadlec, and Vaclav Mikolasek for their valuable comments. Time in Time-Triggered Real-Time Computer Systems 12

13 Zeit in der Technik Figure 1: Sparse Time Base Figure 2: Geographical distribution of the laboratories that contribute to TAI, and the means by which their data are sent to the BIPM (taken from Figure 3: Difference between the UT1 and the UTC Time in Time-Triggered Real-Time Computer Systems 13

14 Zeit in der Technik Bibliography Bureau international des poids et measures. Organisation intergouvernmentale de la Convention du Metre. (2006). The International System of Units (SI), 8th edition. Kopetz, H. (1997). Real-Time Systems, Design Principles for Distributed Embedded Applications. Boston, Dordrecht, London: Kluwer Academic Publishers. Kopetz, H. (1992). Sparse time versus dense time in distributed real-time systems. Proceedings of the 12th International Conference on Distributed Computing Systems, (pp ). Kopetz, H. (2007). Why do we need a Sparse Global Time- Base in Dependable Real-Time Systems? International IEEE Symposium on Precision Clock Synchronization for Measurement, Control and Communication (ISPCS), (pp ). Leschiutta, S. (2005). The definition of the atomic second. Metrologia (42), Lundelius, J., & Lynch, N. (1984). An upper and lower bound for clock synchronization. Information and Control, 62, pp Mesarovic, M. C., & Takahara, Y. (1989). Abstract System Theory. Springer. Poledna, S. (1994). Replica determinism in distributed realtime systems: A brief survey. Real-Time Systems, 6, Reichenbach, H. (1957). The Philosophy of Space and Time. New York: Dover. Whithrow, G. J. (1990). The Natural Philosophy of Time. Oxford: Clarendon Press. Kopetz, H., & Obermaisser, R. (2002). Temporal composability. Computing & control Engineering Journal, 13, Kopetz, H., & Ochsenreiter, W. (1987). Clock synchronization in distributed real-time systems. IEE Trans. Comp., 36, pp Harald Paulitsch has been a research assistant at the Institute of Computer Engineering, Real-Time System Group at the Vienna University of Techology since November He studied Computer Science at the Vienna University of Technology and received his diploma degree in During his course of study Harald Paultisch visited the University of Illinois at Urbana-Champaign (UIUC) for one semester. He has commenced his doctoral studies with Prof. Hermann Kopetz as research advisor. During his doctoral studies he visited the Institute for Software Integrated Systems directed by Prof. Janos Sztipanovits at the Vanderbilt University. His main research interest is diagnosis in distributed embedded real-time systems. He takes part in our program already for several years and is actually one of two elected speakers of our students. Time in Time-Triggered Real-Time Computer Systems 14

15 Naturwissenschaft und Medizin: Erdgeschichte, Evolution, Lebenszeit

16 Erdgeschichte, Evolution und Lebenszeit Karolina Harasztos Zeit in der Erdgeschichte Eine geographisch-geologische Betrachtung Die Zeit, die stirbt in sich und zeugt sich auch aus sich, Dies kömmt aus mir und dir, von dem du bist und ich Die Zeit ist, was ihr seid, und ihr seid, was die Zeit, Nur dass ihr enger noch als, was die Zeit ist, seid (Paul Flemming Gedanken über die Zeit ) 1 Zu praktischen Zwecken machten sich die Menschen daran, die Eigenschaften des Raumes zu untersuchen. Daraus entstand im vierten Jahrtausend v. Ch. in Babylon und Ägypten die Geometrie. In Zusammenhang mit dem aufkommenden Ackerbau begann man, Zeiteinheiten zu zählen. Regelmäßigkeiten und Gesetze wurden als Erstes von der Astronomie entdeckt. Als sich die Wissenschaft weiter entwickelte, fand man immer mehr Gesetze in der Natur, konnte die eine oder die andere Entwicklung vorhersehen, bis schließlich gegen Ende des 18. Jahrhunderts die Angesicht entstand, überhaupt alles laufe nach unveränderlichen Gesetzen ab. Nur was man darüber hinaus nicht verstand, wurde weiterhin mit dem Wirken Gottes erklärt: Er habe diese Gesetze bestimmt und über den Anfang von Zeit und Raum entschieden. Zeit und Raum sind bündig definiert: als nicht voneinander zu trennende Eigenschaften des Universums. Jegliche Materie, ob als Teilchen oder als Welle auftretend kann nur in Raum und Zeit existieren. Aber subjektiv erscheint uns Zeit höchst vielfältig. I. DAS WESEN DER ZEIT In jedem Augenblick verlässt uns Zeit. Das Fließen der Zeit zeigt den Eindruck der Bewegung, Veränderung. Sie ist das Verhältnis der Dinge in ihrer Folge. Sie ist nichts Greifbares. Ein zeitloses Dasein ist uns undenkbar. Daher der Schrecken vor der Ewigkeit. Die Zeit ist stetig, sie ist das Band der Erscheinungen, macht aus den Einzelheiten eine Kette. Sie ruht nicht. Sie ist unendlich. Die Unendlichkeit hat keine Grenzen, keine zeitlichen Bestimmungen. Die Zeit ist einsinnig. Es gibt in ihr nur ein Nacheinander; was vergangen kommt nicht wieder, alles, was geschieht, geht in einer bestimmten Richtung. Man muss zwischen Lage und Dauer eines Zeitabschnittes unterscheiden. Ein Zeitabschnitt ist in Bezug auf einen andern früher oder später. Zeitfolge und Zeitdauer sind zwei verschiedene Elemente. Messen können wir nur die Zeitdauer. Vom Zeitbegriff sollte man nicht sprechen. Die Zeit ist kein Begriff, sondern eine Anschauung. Dem Begriff Mensch kann ich Attribute wie weiß, schwarz, groß und klein zuschreiben. Die Zeit aber ist weder jung noch alt, weder klein noch groß. Jeder Vorgang hängt mit einem anderen zusammen. Die Zeit ist allumfassend, und die Einheitlichkeit der Zeit erfordert einheitliche, zusammenfassende Behandlung aller wissenschaftlichen Probleme. 2 Am Anfang aller Begriffe von Zeit stand wohl die Unterscheidung in Tag und Nacht. Augenscheinlich bestimmt diese Folge den Rhythmus des Lebens von Pflanzen, Tieren und Menschen. Vertraut und selbstverständlich erscheint uns das Wort Zeit. Und doch haftet dem Begriff etwas Rätselhaftes an, und immer wieder wird die Frage diskutiert, was denn Zeit eigentlich sei hat der Kultursoziologe Norbert Elias ( ) Zeit als eine große menschliche Syntheseleistung erklärt mit deren Hilfe Positionen im Nacheinander des physikalischen Naturgeschehens, des Gesellschaftsgeschehens und des individuellen Lebenslaufs in Beziehung gebracht werden können. Meist wird Zeit als natürliche Ordnungsstruktur zur Reihung von Vorgängen angesehen, manche Autoren bezeichnen Zeit als willkürlich. Einigkeit besteht darin, Zeit sei die allgemeinste Form, in der sich alles Geschehen aneinander reiht. Offen bleibt, wie denn alles begonnen habe und ob es ewig so weitergebe. Die Frage nach dem Anfang von Zeit und Raum scheint den Wissenschaftlern durch die Urknalltheorie vorläufig beantwortet. Dann aber wird die Frage bleiben, warum es uns und das Universum gibt. Der Physiker Stephen Hawking meint: Wenn wir die Antwort auf diese Frage fänden, wäre das der endgültige Triumph der menschlichen Vernunft denn dann würden wir Gottes Plan kennen. 3 II. ZEIT IN DER ERDGESCHICHTE Dass hier von der Wissenschaft der Erdoberfläche aus die Zeitfrage aufgeworfen wird, kann auf den ersten Blick überraschen. Denn hat die Geographie anderes zu tun als zu beschreiben? Allerdings ist die Beschreibung der Raum- und Lageverhältnisse in der Erdoberfläche ihre erste Aufgabe. Aber hier zeigt sich sofort die notwendige Beziehung zur Zeit, denn alles was man geographische Erscheinung nennt, ist durch Bewegung im Raum der Erdoberfläche entstanden, und diese Bewegung hat irgend einen Zeitabschnitt beansprucht. Erdgeschichte, reduziert auf einen 12-Stunden-Tag Quelle: Hartmut Leser: DIERECKE Wörterbuch Allgemeine Geographie, Deutscher Taschenbuch Verlag GmbH & Co. KG, München, 12. Auflage Juni 2001, S. 257 Zeit in der Erdgeschichte 16

17 Erdgeschichte, Evolution und Lebenszeit Wo anders aber misst sich diese Zeit als im Raum der Erdoberfläche, die wie ein ungeheueres Zifferblatt die Bewegungen über sich hinschreiten lässt, dass man dann ihre Aufeinanderfolge und im günstigen Fall sogar ihre Zeitdauer an den Spuren abmessen kann, die sie hinterlassen haben? Die Strandlinien am Gestade eines sich hebenden Landes, die Terrassen an den Wänden eines Tales, das einen Fluss einschneidet, die Grenzen in denen ein Staat oder das Verbreitungsgebiet eines Volkes, einer Tier- oder Pflanzenart in verschiedenen Epochen sich befand, alle sind Zeitmarken. 4 Alles, was ist, entwickelt sich; die Evolution begann mit dem Urknall und umfasst auch das anscheinend Unbelebte. Dabei spielen zyklische und rhythmische Prozesse eine entscheidende Rolle. Sie erfassen die kleinsten wie die größten existierenden Gebilde. Etwas war plötzlich da, auf vielfältige Weise rhythmisch schwingend, und formierte sich zu Strings. Aus den Rhythmen der Strings entwickelten sich vielleicht Quarks und kurz danach erste Elementarteilchen, die sich binnen weniger Minuten zu Wasserstoff und Helium vereinten. Auch die Atome bilden Charakteristische und sehr konstante Schwingungsmuster. So entstanden zugleich mit der Natur ihre Zyklen, Messgrößen der Zeit. Das griechische Wort kýklos ( Kreis, Kreislauf, Ring ) bezeichnete zunächst lediglich eine Reihe inhaltlich zusammengehörende Dinge. Heute meint es meist einen Kreislauf regelmäßig wiederkehrender Ereignisse, ein periodisch ablaufendes Geschehen. Rhythmus stammt vom griechischen rhythmós ( Gleichmaß ). Das bedeutet eigentlich das Fließen. Seine übertragene Bedeutung verdankt es wohl dem gleichmäßigen Auf und Ab der Meereswogen. Dann benannte es den regelmäßig schwankenden Fortgang überhaupt und schließlich jede gleichmäßig gegliederte Bewegung. Das Wort Periode geht auf dem griechischen Wort peri-odos ( Kreislauf ) zurück. Heute bezeichnet es einerseits etwas regelmäßig Wiederkehrendes und andererseits den dazwischenliegenden Zeitabschnitt. Grundlegend wichtige Dinge geschahen in den ersten drei Minuten nach dem Urknall. Kräfte ordneten sich zu Gravitation, starker und schwacher Wechselwirkung, elektromagnetischer Kraft. Materie zog sich infolge der Gravitation dicht zusammen, und nach einer Milliarde Jahren bildeten sich die ersten Sterne. Man vermutet heute im All Sterne, die sich zu Galaxien gruppieren. Ihre Lebenszyklen umfassen Jahrmilliarde, ihre räumlichen Umläufe Jahre bis Jahrmillionen, ihre Rotationen nur Stunden bis Tage. Der Lebenszyklus eines Sterns beginnt, wenn immer mehr Atome zusammenstoßen. Dann erhitzt sich das Gas, es kommt zur Kernfusion, und der Stern leuchtet. Der Druck in seinem Innern steigt, bis er der Gravitation das Gleichgewicht hält. Diese Zustand bleibt so lande stabil, bis der Stern seinen Kernbrennstoff verbraucht hat; dann kühlt er ab und zieht sich zusammen. Liegt seine Masse jetzt unter einem bestimmten Grenzwert, dann bleibt er durch Abstoßungskräfte zwischen den Elektronen seiner Materie stabil und heißt Weißer Zwerg. Ist sie größer, so fällt er in sich zusammen und wird ein schwarzes Loch. Falls ein Weißer Zwerg zu einem Doppelsternsystem gehört, kann Materie seines Partners auf ihm einschlagen. Dadurch wird gewaltige Fusionsenergie frei, und man sieht ihn von der Erde aus aufleuchten eine Nova. Einige Sterne werden im Verlauf der Kernfusion zu heiß und explodieren, das sind die Supernovae. Dabei werden komplexer zusammengesetzte Atome, die höheren Elemente, in den Raum geschleudert. Sie gliedern sich anderen Systemen an oder sammeln sich zu neuen Sternen der zweiten Generation. Das ist der Kreislauf der Materie im All. Unser Sonnensystem entstand, als sich schwere Elemente in der Umgebung der Sonne zu Planeten zusammenschlossen. Vor etwa 4,5 Milliarden Jahren bildete sich so die Erde. In diesen glutflüssigen, gasdurchsetzten Körper schlug wenig später ein großer Asteroid ein. Dabei ausgelöste Schockwellen bewirkten eine Trennung der chaotisch durchmischten Elemente. Die schweren sanken in den Erdkern ab, die Gase bildeten eine Ur-Atmosphäre, und ein Teil der umherspritzenden Materie fügte sich zum Mond. Im Lauf der Zeit kühlte die Erde ab, ihre Oberfläche erstarrte in großen Schollen. Damit begann ihr geologischer Lebenszyklus. Auf 3,9 Milliarden Jahre datiert man das älteste bekannteste Gestein. Die Gesteinschollen verdichteten sich zu Uhrkontinenten, die vor rund 700 Millionen Jahren im Superkontinent Rodinia vereint waren. Nach wiederholter Teilung und Verschiebung bildete sich vor 250 Millionen Jahren die zusammenhängende Landmasse Pangäa. Auch diese zerbrach, und seit 200 Millionen Jahren treiben ihre Teile auf dem zähflüssigen Untergrund auseinander. Eine erste Bruchlinie trennte das südliche Gondwana vom Nordteil, der das heutige Asien, Europa und Nordamerika umfasste und Laurasia genannt wird. Vor etwa 200 Millionen Jahren, in der Blütezeit der Dinosaurier, begann Nordamerika sich von Eurasien zu lösen. Südamerika wurde vor 150 Millionen Jahren von Gondwana abgespalten und bewegte sich westwärts, es lagerte sich irgendwann später mit einer schmalen Landbrücke an Nordamerika an. Im Zeitraum vor vielleicht 110 bis vor 40 Millionen Jahren löste sich Indien von Gondwana. Machtvoll wurde es gegen Asien gepresst, wo es das Himalayagebirge auftürmte. Australien und Antarktika trennten sich erst im Ganzen von Afrika, dann voneinander hatte der deutsche Meteorologe Alfred Wegener die These von der Drift der Kontinente aufgestellt. Inzwischen kann man die von ihm vermuteten Vorgänge umfassender erklären, und weiß, dass die heutigen Kontinente auf großen Platten sitzen. An ihren Bruchkanten dringt geschmolzenes Magma aus dem Erdinneren zwischen die Platten und drückt sie auseinander. Gegenwärtig wird die Atlantik pro Jahr um 25 mm breiter. Die anhaltende Plattentektonik beeinflusst die Zeitmessung, indem sie die geographische Länge der Observatorien nationaler Zeitdienste verändert. Dadurch verschieben sich die Zeiten des Meridiandurchgangs der Gestirne. Das Zeit in der Erdgeschichte 17

18 Erdgeschichte, Evolution und Lebenszeit Internationale Zeitbüro kontrolliert und registriert diese Abweichungen der Ortszeiten. Bald nach dem Erstarren der Erdoberfläche kondensierte Wasserdampf und füllte ihre tiefer liegenden Teile. Jetzt war sie genügend abgekühlt, um eine biologische Evolution hervorzubringen. Von nun an waren geologische und biologische Entwicklung wechselseitig voneinander abhängig. Das Leben auf die Erde verändert die Erde selbst. Grundlegend für die geologische Entwicklung ist der Zyklus der Mineralien. Diese kombinieren sich zu Gesteine und nehmen an deren Kreislauf teil. Älteste Gesteine bildeten sich aus der erstarrende Schmelze. Vor 3,5 Milliarden Jahren begann die Ablagerung von Sedimenten. Verwitterungsprodukte älterer Gesteine und abgestorbene Organismen bilden kilometerdicke Schichten, die sich zu Sedimentgestein verdichten. Im Laufe von Jahrmillionen verwandeln sie sich in metamorphes Gestein, werden hinabgezogen und schmelzen in großer Tiefe. Gleichzeitig wachsen an anderen Plätzen magmatische Gesteine wieder empor und beginnen ab dem Augenblick ihres Entstehens zu verwittern. Dieser große Kreislauf der Gesteine ist mit vielfältigen Abkürzungen und Umwegen in Neben- Kreisläufen verbunden. Wo Gesteine, Wasser und Lufthülle aneinander grenzen, entstand die Biosphäre als Teil der Geosphäre. In diesem Raum entfaltet sich das Leben, und alle Stoffe darin durchlaufen mehrfach ineinander verwobene Kreisläufe. Besondere Bedeutung erlangte jener des Wassers, der das Gesicht unseres Blauen Planeten prägt. Seine zeitlichen Zyklen sind wie die räumlichen Sphären ineinander eingebettet. Im Regenwald vollzieht sich der Kreislauf des Wassers binnen weniger Sekunden, die Durchmischung der Ozeane braucht Jahrhunderte. Im Laufe der ersten Milliarde Erdenjahre hatten sich Atome zu größeren Strukturen verbunden. Darunter fanden sich zufällig gebildete Makromoleküle, die selbst wieder Atome zu Strukturen zusammensetzen konnten. Das setzte Zyklen von Reproduktion und Vermehrung in Gang; Leben war entstanden. Hin und wieder traten dabei Abweichungen vom Vorbild auf, anders strukturierte Moleküle, von denen einige zu besserer Reproduktion fähig waren. So wurde Ungenauigkeit zu entscheidenden Triebkraft der Evolution. Sie schuf Vielfalt, und aus Vielfalt ergab sich Anpassungsfähigkeit. 3,5 Milliarden Jahre alt sind die ältesten nachgewiesenen Reste von Organismen. Primitive Bakterien existierten in der sauerstoffarmen Ur-Atmosphäre, nahmen Schwefelwasserstoff auf, bezogen Energie durch Photosynthese und setzten Sauerstoff frei. Nach und nach, sehr langsam, wurde die Erdatmosphäre für ihre frühesten Bewohner giftig. Vor ungefähr einer Milliarde Jahren begann in dem neuen Sauerstoffmilieu die Entwicklung höherer Lebensformen. Bakterien entwickelten sich, dann Pilzen, Pflanzen, Tiere. 5 III. GEOLOGISCHE ZEIT-SCHICHTEN Der dänische Arzt Niels Steensen (Nicolaus Steno) stellte um 1670 erstmals einen eindeutigen Zusammenhang zwischen Gesteinsschichten und der Vorstellung von Zeit in der Erdgeschichte her. Er erkannte Sandstein, Kalkstein und Schiefer als Verdichtungen von Sand, Kalk und Ton, die vom Wasser transportiert und in zeitlicher Folge als Schichten übereinander abgelagert wurden. Erdzeitalter und Perioden der Erdgeschichte (siehe Tabelle 1 im Anhang) Als Johann Christian Füchsel und der preußische Bergrat Johann Lehmann um 1760 die geologische Struktur thüringischer Bergbaugebirge erforschten, sahen auch sie die Aufeinanderfolge verschiedener Gesteinsschichten als Ergebnis eines historischen Prozesses an. Sie unterscheiden drei Haupttypen von Gesteinen nach ihrem vermuteten Alter und fanden einen Zusammenhang mit darin eingeschlossenen versteinerten Organismen, den Fossilien. Zuunterst lagen die Primärgesteine, die keinerlei Spuren des Lebens enthielten. Dann folgten Sekundäre Schichten mit den Fossilien niederer Meerestiere und schließlich die Tertiärgesteine, in denen Landtiere und Pflanzen eingeschlossen sind. Der italienische Geologe Giovanni Arduino teilte die Erdgeschichtliche Zeit in Abschnitte, die er von erster bis vierter nummerierte. Daran erinnern Tertiär und Quartär als Namen von Perioden des heutigen Systems. Die französischen Paläontologen Georges Cuvier und Alexandre Brogniart erkannten, dass die verschiedenen Arten von Fossilien gewöhnlich in derselben Reihenfolge auftreten. Gleichartige Fossilien signalisieren gleiches Alter der Gesteinsschichten. Dieses Prinzip der Leitfossilien wurde von dem englischen Landmesser Williams Smith weiter ausgearbeitet. Im 19. Jahrhundert, als die geologischen Perioden erstmals als eigenständige Zeitabschnitte erkannt worden waren, konnten die Geologen nicht einmal annähernd sagen, wie viele Jahre der Beginn oder das Ende einer solchen Periode zurückliegt. Jede wurde einfach als eine unbestimmte Zeiteinheit definiert, die durch eine Gesteinseinheit, ein geologisches System verkörpert wurde. Das Studium der ältesten paläozoischen Gesteine verdeutlicht wie neue Systeme benannt wurden, um die Lücken zwischen den bereits bekannten zu schließen. Im Jahre 1835 veröffentlichten Adam Sedgwick und Roderick Marchinson gemeinsam eine Arbeit, in der sie das kambrische und silurische System einführten, und zwar hauptsächlich auf der Grundlage geologischer Untersuchungen in Wales. Die Bezeichnung Kambrium leitet sich vom lateinischen Namen für Wales (Cambria) ab, während das Silur nach den Silurern benannt war, einem alten, einstmals in Wales lebenden keltischen Stamm. Für die dazwischen liegenden Gesteine mit ihrem eigenständigen Fossilinhalt schlug Charles Lapworth den Namen Ordovicium vor, benannt nach den Ordovicern, einem alten walisischen Stamm, der sich in Britannien als letzter der römischen Herrschaft ergab. Die Dreiteilung des unteren Teils des Paläozoikums von Lapworth ist noch immer gültig, obgleich wir heute die echten Grenzen zwischen den drei Systemen Kambrium, Ordivicium und Silur sehr viel genauer kennen. Die Untergliederung der Gesteinsabfolgen und der geologischen Zeiträume endete nicht mit der Benennung von Systemen und Perioden. Mit zunehmendem Wissen über die Systeme und die zeitlichen Perioden konnten die Geologen des 19. Jahrhunderts eine immer genauere Unterteilung in noch kleinere Einheiten vornehmen. 6 Bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts waren die westlichen Einheiten des Fossilienkalenders festgelegt. Die damals geprägten Bezeichnungen der Erdzeitalter (Ären) und Perioden der Erdgeschichte benutzen wir noch heute. Häufig verändert hat sich dagegen ihre Datierung nach Jahren. Tabelle 1 (im Anhang) zeigt den gegen Ende des 20. Jahrhunderts aktuellen Kenntnisstand. Zeit in der Erdgeschichte 18

19 Erdgeschichte, Evolution und Lebenszeit Wie man die Perioden weitergehend in Epochen (Abteilungen) gliedert, verdeutlicht Tabelle 2 (im Anhang) am Beispiel der Erdneuzeit. Die Gliederung der Erdneuzeit in Epochen Die Wissenschaft von den geologischen Schichten mit Leitfossilien als Zeitmarken heißt Biostratigraphie. Der Begriff geht auf lat. Stratum ( Schicht ) zurück. Sie ist Teilgebiet der Stratigraphie, welche die Zeitliche Aufeinanderfolge der Schichtgesteine untersucht. Diese gehört ihrerseits zur Geochronologie, die sich allgemein mit der Einordnung von Ereignissen und Zeitabschnitten im Verlauf der Erdgeschichte befasst. Geologische Kalender sind sehr vielgestaltig. Stratigraphische Objekte wurden zuerst und auf unterschiedliche Weise für die Forschung zugänglich. Im Prozess des Aufschiebens und Senkens von Gebirgen entstanden Bruchstellen und offenbarten die Abfolge ihrer Schichten. Strömendes Wasser schliff zusammenhängende Querschnittsbilder frei, die viele Epochen der Erdgeschichte umfassen können. Ein berühmtes Beispiel dafür ist der Grand Canyon in Kalifornien. Weitrechende Kenntnisse gewann man schließlich in Zusammenhang mit dem Bergbau. Die im wörtlichen Sinn tiefsten Einblicke erlauben geologische Bohrungen untersuchte der Geologe Gerard de Geer in Schweden den Rückzug der Gletscher von der Südküste zum nördlichen Gebirge. Ihr Schmelzwasser hinterlässt in Seen geschichtete Ablagerungen. Bei stehendem Wasser im Sommer ergeben sich dunkle Tonschichten, bei der Schneeschmelze lagern sich helle Sandschichten ab. Eine solche Jahresschicht heißt Warve. De Geer benutzte die Bänderung des Warventons und bestimmte die Zeitdauer des Vorgangs auf Jahre. Seither sind solche ausgezählten Schichten für die letzten Jahre wiederholt verwendet worden. Der Engländer Flindern Petrie hat als Erster archäologische Schichten anhand der darin gefundenen Artefakte zeitlich identifiziert. Er sortierte in Ägypten Keramiken nach ihren Entwicklungsstadien in sich selbst. Ganz andere von Menschen geschaffene Schichte entdeckten die Archäologen in Tschatal Hüjük, der vielleicht ältesten Stadt der Welt. Für einige Jahrtausende war sie Hauptstadt der Hethiter. Der Brite James Mellaart grub sie zwischen 1951 und 1965 aus. Er zählte die übereinander liegenden weißen Putzschichten der Lehmziegelhäuser, die ihre Bewohner jährlich erneuert hatten. Einen präziseren Kalender hat noch kein Archäologe gefunden. Mellaart konnte eine achthundertjährige Stadtgeschichte zuverlässig rekonstruieren, die selbst wieder acht Jahrtausende zurückliegt. Manchmal offenbaren geologische Kalender überraschende Einzelheiten aus ferner Vergangenheit. Der amerikanische Paläontologe John Wells zählte 1963 an fossilen Korallen die feinen Streifen aus, die ähnlich den Jahresringen der Bäume das tägliche Wachstum dieser Kalkgehäuse erkennen lassen. Er fand durchschnittlich 400 Tagesstreifen innerhalb eines Jahresrings bei den 400 Millionen Jahre alten Exemplaren und 380 Tagesstreifen bei denjenigen, die nur 320 Millionen Jahre alt waren. Diese Ergebnisse rechnete er auf die Zeit vor 570 Millionen Jahren zurück und schloss, dass damals der Tag etwa 20 Stunden und das Jahr 438 Tage gehabt haben dürfte. Ursache der immer langsamer werdenden Erddrehung ist die vom Mond verursachte Gezeitenreibung. 7 IV. BEGRIFFSBESTIMMUNGEN: ZEIT UND ALLGEMEINE GEOGRAPHIE Zeit wird als Grunddimension aller Vorgänge und Erscheinungen im Sinne einer Abfolge des Geschehens definiert. Die physikalische Z. bezieht sich auf periodisch gleichmäßig bewegte Körper, und ihre Grundeinheiten werden an die Drehung der Erde um die Sonne und um die eigene Achse angelehnt ( Jahr, Tag). Die Basis unserer Z.-Messung ist der Mittlere Sonnentag mit der Sekunde als stem Teil davon. Der Kalender rechnet die Zeit seit Christi Geburt (n. Chr.), der Geowissenschaftler die Jahre vor heute (v.h.). Zeitausnutzung: in der Energiewirtschaft benützte Verhältniszahl, die angibt, inwieweit ein Kraftwerk innerhalb einer Betrachtungszeitspanne (z.b. einem Jahr) in Betrieb war. Die Z. errechnet sich als Quotient aus tatsächlicher Betriebszeit und der Nennzeit. Dabei ist unerheblich, mit welcher Leistung ein Kraftwerk in der Betriebszeit gearbeitet hat. Zeitbudget: die einem Individuum oder einer Gruppe zur Ausübung einer bestimmten Tätigkeit zur Verfügung stehende Zeit. Besonders in der Aktionsraumforschung und bei Untersuchungen über Aktionsreichweiten sozialgeographischer Gruppen spielt das Z. eine große Rolle. ( Zeitgeographie) Zeitdistanz: in Grad angegebener Winkelabstand zwischen einem Gestirn und dem Zenit. Zeitgeographie: Ausrichtung der neueren Kultur-, insbesondere Sozialgeographie, die sich bemüht, bei der Erklärung räumlicher Verhaltens und raumwirksamer Prozesse die zeitliche Dimension räumlicher Aktivitäten stärker zu berücksichtigen, z.b. durch Zeitbudget Studien für bestimmte Sozialgeographische Gruppen. Zeithorizont: zeitliche Grenze für eine raumwirksame Aktivität. Man spricht z.b. in der Raumplanung vom Z. einer Planungsmaßnahme. Zeitlohn: Vergütung einer Arbeitsleistung nach dem Umfang der aufgewandten Zeit. Im Gegensatz zum Leistungslohn wir auf den Z. häufig dort zurückgegriffen, wo die Messung der Leistung schlecht möglich ist oder dadurch gegebenenfalls eine Qualitätsminderung zu befürchten wäre. Zeitsiedlung: temporäre Siedlung: Siedlung, die nur für mehrere Wochen benützt wird. Sie findet sich vor allem bei höheren Jägern und Hirtennomaden. Die Wanderungen der eigenen bzw. Wildtierherden ist die Ursache der ständigen Verlegung der Behausungen. Die t. S. wird auch als Frist- oder Temporalsiedlung bezeichnet. Zeitzonen: 24 festgelegte Meridianstreifen von je 15 Breite, in denen die international anerkannten, je um eine Stunde verschobenen Ortszeiten gelten (z.b. die Mitteleuropäische Zeit). Im Interesse einheitlicher Zeit in bestimmten Ländern und Ländergruppen wurde bei der Festlegung der Z. in der Praxis vielfach von der Abgrenzung durch Meridiane abgewichen. 8 Zeit in der Erdgeschichte 19

20 Erdgeschichte, Evolution und Lebenszeit Tabelle 1 Erdzeitalter und Perioden der Erdgeschichte vor Millionen Jahren Ära Periode Erdgeschichte Entwicklung des Lebens bis 4000 Erd-Urzeit 4000 bis 2500 Archaikum Bildung der Urkontinente Beginn der Photosynthese 2500 bis 570 Erd-Frühzeit (Proterozoikum) Erste Gebirge Erste vielzellige Tiere 570 bis 510 Kambrium Wirbellose im Meer 510 bis 440 Ordovizium Kaledonische Ära Erste Wirbeltiere 440 bis 410 Silur Muscheln, Fische 410 bis 360 Erd-Altertum (Paläozoikum) Devon Pflanzen mit Farnlaub 360 bis 290 Karbon Steinkohlenwälder Insekten 290 bis 245 Perm Rasche Entwicklung der Reptilien 245 bis 210 Trias Pangäa zerbricht. Überflutung von Erste kleine Säugetiere Festland 210 bis 145 Erd-Mittelalter (Mesozoikum) Jura Fische, erste Vögel 145 bis 65 Kreide Aussterben der Saurier 65 bis 2,5 Tertiär Hebung der europäischen Entfaltung der Säugetiere 2,5 bis zur Gegenwart Erdneuzeit (Känozoikum) Quartär Mittelgebirge Oberflächenänderung durch Entwicklung des Menschen Eis Quelle: Hans Lenz: Universalgeschichte der Zeit, Marix Verlag GmbH, Wiesbaden 2005, S. 79 LITERATUR Lenz, Hans: Universalgeschichte der Zeit, Marix Verlag GmbH, Wiesbaden 2005 Leser, Hartmut (Hrsg.): DIERECKE Wörterbuch Allgemeine Geographie, Deutscher Taschenbuch Verlag GmbH & Co. KG, München, 12. Auflage Juni 2001 Ratzel, Friedrich: Raum und Zeit in Geographie und Geologie. Naturphilosophische Betrachtung, Verlag von Johann Ambrosius Barth, Leipzig 1907 Stanley, Steven M.: Historische Geologie. Eine Einführung in die Geschichte der Erde und des Lebens, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 1994 Zeit in der Erdgeschichte 20