Unmittelbar gegeben ist der Begriff der Gleichzeitigkeit zweier Ereignisse am gleichen Ort. Dagegen wirft die Entscheidung, ob zwei an verschiedenen Raumpunkten stattfindende Ereignisse gleichzeitig sind oder nicht, ein neues Prob1em auf, weil von den beiden Orten nur Signale mitendlicher Geschwindigkeit ausgesandt werden können. Unendlich schnelle Signale gibt es in der Natur nicht. Aus dem gleichzeitigen Eintreffen der mit endlicher Geschwindigkeit von P1 und P2 ausgehenden Signale in P’ kann zunächst kein Schluss auf die Gleichzeitigkeit der Ereignisse in P1, und P2 gezogen werden. Da eine quantitative Messung von Geschwindigkeiten die Synchronisierung von Uhren an verschiedenen Raumpunkten und damit die Präzisierung des Begriffs der Gleichzeitigkeit schon voraussetzt, ist die genaue Laufzeit der beiden Signale unbekannt. Man weiß zunächst auch nicht, für welchen Zwischenpunkt die beiden Laufzeiten gleich groß sind.
Um diese Frage zu entscheiden, muss man mindestens drei räumlich getrennte Ereignisse betrachten, etwa an den Orten P1, P2 und P3. Die drei Ereignisse sollen in drei Lichtblitzen bestehen, von denen nicht vorausgesetzt wird, dass sie gleichzeitig sind. Dann können auf den drei Verbindungslinien von P1, P2 und P3 die Treffpunkte T12, T23 und T13 ermittelt werden; in denen je zwei Lichtsignale gleichzeitig ankommen. Wird nun die gesamte Anordnung um einen beliebigen Winkel gedreht, so können die drei Lichtblitze zeitlich immer so „justiert“ werden, dass die beiden Treffpunkte T12 und T23 auf den Seiten des gedrehten Dreiecks genau so liegen wie vorher auf denen des ursprünglichen Dreiecks. Der dritte Treffpunkt T13 ist dann eindeutig bestimmt und kann gemessen werden. Das Experiment, in einer für messtechnische Zwecke wesentlich abgewandelten Form als MICHELSON-Versuch, zeigt, dass auch T“ seine Lage im Dreieck nicht verändert. Aus dieser Unabhängigkeit von der räumlichen Orientierung des Dreiecks folgt, dass die Geschwindigkeit der benutzten Lichtsignale richtungs-unabhängig ist.
Das ist eine der experimentellen Grundlagen der speziellen Relativitätstheorie EINSTEINs. Insbesondere zeigt dieser Versuch, dass die Lichtgeschwindigkeit, die bis auf etwa ein Promille den Wert c = 300000 km/s hat, für Richtung und Gegenrichtung bei nur zwei Punkten gleich groß ist. Sie ist die größte mögliche Signalgeschwindigkeit. Zwei räumlich getrennte Ereignisse sind dann gleichzeitig, wenn die von ihnen ausgehenden Lichtsignale sich genau in der Mitte der Verbindungslinie beider Punkte treffen. Das ist die zuerst von EINSTEIN gegebene Definition der Gleichzeitigkeit. Diese Festlegung sichert insbesondere, dass aus der Gleichzeitigkeit der Ereignisse bei P1 und P2 und bei P2 und P3, die Gleichzeitigkeit der Ereignisse bei P1 und P3 folgt. Es treffen sich dann alle Lichtsignale auf den Seitenhalbierenden im Dreieck. Diese transitive Eigenschaft der Gleichzeitigkeit ist unbedingt zu fordern.
Die Präzisierung des Begriffs der Gleichzeitigkeit ermöglicht nun die Synchronisierung von Uhren in verschiedenen Raumpunkten. Damit werden exakte Geschwindigkeitsmessungen möglich. Ein auf einem bewegten Körper markierter Punkt soll zur Zeit t1 bei P1 und später zur Zeit t2 bei P2 sein; dazwischen soll er sich auf einer beliebigen Raumkurve bewegen. Ist die Länge des Kurvenstücks l, so bezeichnet man als mittlere Geschwindigkeit v = l/(t2 - t1) des Punktes das Verhältnis von zurückgelegtem Weg l und vergangener Zeit (t2 – t1) wobei die beiden Zeiten t1 und t2 an zwei verschiedenen Uhren abgelesen werden.
Eine natürliche Zeiteinheit ist, wenigstens beim jetzigen Stand der Naturforschung, unbekannt. Dagegen stellt die bereits erwähnte Vakuumlichtgeschwindigkeit c eine solche natürliche Geschwindigkeitseinheit dar. Würde man sie als Einheit benutzen, so wäre die Definition einer Zeiteinheit überhaupt überflüssig. Die Lichtgeschwindigkeit ist eine universelle Naturkonstante. die nicht nur für die Ausbreitung von Licht von grundsätzlicher Bedeutung ist; vielmehr beeinflusst sie als natürliche Geschwindigkeitseinheit und maximale
Signalgeschwindigkeit alle physikalischen Erscheinungen mit Ausnahme der - allerdings praktisch sehr wichtigen -Vorgänge mit Geschwindigkeiten, die sehr klein gegen c sind.
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Raum und Zeit
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