2. Corona Update

Coronavirus Ausbreitung unter der Lupe

Nach dem überwältigendem Interesse an meinen ersten zwei Beiträgen, Ausbreitung in Deutschland und Coronavirus Update, bin ich motiviert, einige kluge Fragen aufzugreifen, die von Lesern gestellt wurden. Vielen war nicht klar, was ich genau rechne, manche wollten mehr über die Quellen wissen und einige fanden, dass ich Panik mache. Ich hoffe, das kann ich jetzt alles aufklären.

Wie funktioniert die Rechnung?

Die Rechnung für die Entwicklung der Fallzahlen basiert auf einige einfache Annahmen, die im folgenden Bild dargestellt sind.

Ablauf einer Infektionswelle, gilt auch für andere Infektionskrankheiten. (Zum Vergrößern anklicken, Darstellung Heindl)

Am Anfang gehören alle der Gruppe der Nichtbetroffenen an. Davon infizieren sich zunächst einige, etwa im Ausland, und werden zu Neue Fälle, diese werden jetzt immer für jeden Tag neu gerechnet. Die neuen Fälle kommen jetzt in die Gruppe Infizierte, die dadurch zunächst wächst.

Das Problem beginnt mit der Ansteckung durch die Infizierten, die Rückkopplung beginnt. 

Diese Ansteckungsrate hängt empfindlich vom Verhalten ab!

In meiner Rechnung habe ich bisher 2,15 Ansteckungen pro Person innerhalb der sechs Tage gerechnet in der die Person ansteckend ist. In der Literatur findet man unterschiedliche Angaben, etwa in nature [1], dort wurden die ersten 400 Fälle in China ausgewertet hat, die Ansteckungsrate wurde mit 1,9 Neuansteckungen pro Infizierten ermittelt.

Da es gilt, die Ansteckungen niedrig zu halten, müssen verschiedene Eingriffe in das Alltagsleben erfolgen. Der Parameter Eingriffsfaktor beschreibt das als Zahl. Der Wert 1 bedeutet, es bleibt alles wie es ist, der Wert 2 bedeutet, die Zahl der Ansteckungen wird halbiert, Zwischenwerte sind natürlich möglich. In einer Studie des Imperial College [2] in London wurden verschiedene Werte für unterschiedliche Maßnahmen analysiert. Dabei wurde auch berücksichtigt, dass sich nicht alle an die Regeln halten. So bring Schulschließung fast eine 20% Verminderung der Ansteckungen, in meiner Rechnung würde der Eingriffsfaktor dann auf 1,2 wachsen.

Einfluss verschiedener Maßnahmen auf die kritisch Erkrankten, zu beachten, hier wird ein linearer Maßstab verwendet, mit keiner einzelnen Maßnahme gelingt es, die Zahl so weit zu drücken, dass die Betten reichen. Quelle: Imperial College [1]

Für das Verhalten habe ich in meiner Simulation bis zum 7. März den Wert 1 angesetzt und erhöhe ab dann den Wert täglich um 0,05, sodass am 17. März bereits der Wert 1,5 erreicht ist schließlich am 27. März der Wert 2 erreicht wird, der dann aber auch dort verharrt. Bis im Sommer, ab dem 13. Juni der Wert langsam wieder sinkt, täglich um 0,01, und am 20. September wieder den Wert 1 annimmt. Mir ist klar, dass das höchst spekulativ ist, aber ohne Verhaltensänderung würde die Rechnung auch keinen Sinn ergeben. Zudem glaube ich eben, dass sich das Verhalten graduell verschieben wird.  

Bekanntlich werden nicht alle Infizierte gemeldet (gem. Fälle), die sind also eine Untermenge von Infizierte. Eine Dunkelziffer kann man sehr schlecht abschätzen, Faktoren von 1,5 bis 5 sind verbreitet. Für 5 spricht, dass vermutlich nur 20% so starke Symptome aufweisen, dass sie einen Arzt besuchen und damit den Gesundheitsbehörden bekannt werden. Andererseits wurden auch viele in Deutschland untersucht, die im Kontakt mit Infizierten standen (aktuell lese ich 200.000 Tests wurden durchgeführt), sodass die Zahl eher bei 1,5 liegt. Ich habe den Faktor mit 3 geschätzt und so in meinen Rechnungen verwendet. Letztendlich spielt das aber keine so große Rolle, da bemerkenswerterweise nach 2 Tagen die Differenz zwischen den Faktoren (3 statt 5) bereits wieder aufgeholt ist. 

Interessant ist auch, dass die Umstellung der Berichte des Robert-Koch-Instituts, das bis 20. März die Fälle bis 15 Uhr bekannt gegeben hat, diese jetzt auf Mitternacht (0:00) umgestellt hat, das bewirkt eine einmalige Steigerung der Infiziertenzahl um beachtliche 14%! Dieser Effekt wurde in die verwendeten Daten eingerechnet.

Etwa 80% der Infizierten verlassen nach sechs Tagen das Geschehen und kommen in die Gruppe ohne Symptome genesen, weitere 15% von Personen mit leichten Symptomen zähle ich auch dazu, da diese zwar "Grippe" haben aber nicht in Lebensgefahr sind. Somit kommen insgesamt 95%, mehr oder weniger direkt in die Gruppe der als Immun bezeichneten Personen. 

Die Problemgruppe Intensivbedarf

Der Literatur kann man entnehmen, dass 2,5% bis 5% der Corona COVID-19 Patienten so schwere Atembeschwerden haben, dass sie künstlich beatmet werden müssen. Dazu kommen die Patienten in das Intensivbett und genesen hoffentlich. Die Zahlen hängen hier sehr stark vom Alter und von den Vorerkrankungen ab.

Sterblichkeitsrate bei Corona, abhängig vom Alter. (Quelle: DW)

Dies in der Rechnung abzubilden ist schwierig, da ich keine Altersverteilung nutze, ich nehme daher für den Faktor Sterblichkeit 1,4% von allen Infizierten an, wohl wissend, dass zwischen 0,7% und 5% in der Literatur erwähnt werden.

Viel schlimmer sieht es aber für Patienten aus, die Unbetreut trotz Intensivbedarf bleiben. Dort nehme ich an, dass 30% nicht überleben, möglicherweise ist es aber viel schlimmer. Nochmals, ich will keine Panik verbreiten, aber auch keinen unbegründeten Optimismus.

Wie lange bleibt nun ein Patient im Intensivbett? In meiner Rechnung nehme ich an, dass täglich 20 Prozent den Pfad "genesen" nehmen, mithin im Schnitt etwa 4 Tage im Intensivbett verweilen. Das ist auch optimistisch, mir sind schlechtere Zahlen von einem Arzt zugetragen worden.

Am Ende steht die Summe aller Todesfälle, ob mit oder ohne Intensivbehandlung. Je nach Geschwindigkeit der Ausbreitung können das 0,2 bis 3 Millionen in Deutschland werden, bei so vielen Unbekannten in der Rechnung ist das nicht verwunderlich.

Anpassung der Rechnung an die Fakten

All die oben beschriebenen Vorgänge gehen in meine Rechnung ein, die ich mit einer Tabellenkalkulation durchführe (Google Docs). Dabei berechne ich für jeden Tag die Situation und die daraus folgende Änderung, was nicht viel mehr als einfache Addition und Multiplikation erfordert. Als Zeitraum habe ich ein Jahr gewählt, beginnend mit dem 18. Februar 2020, für den ich zwar keine Zahlen besitze, allerdings von den bekannten Zahlen am 28. Februar zurückrechne, was aber eher rechentechnische Gründe hat, damit ich problemlos auf zurückliegende Felder zugreifen kann.

Die Darstellung der Ergebnisse erfolgt bei mir fast immer auf einer logarithmischen y-Skala! Das ermöglicht es viel besser, Trends und große Zahlenunterschiede zu erkennen. So liegt die Zahl der Todesfälle um fast den Faktor unterhalb der Zahl der Infektionen, könnte also bei linearer Darstellung nicht sinnvoll dargestellt werden. Weiterhin erscheint ein exponentielles Wachstum als Gerade, und gerade damit haben wir es in diesem Thema oft zu tun.

Hier ein Ausschnitt aus meinem Rechenmodell, das bis 15. Mai extrapoliert. Es scheint so, als zeigen die Maßnahmen der Politik bereits Wirkung, die Datenpunkte liegen seit 10 Tagen mit einer Abweichung kleiner 3% auf der Prognosekurve. Da die Prognose eine Abschwächung wie oben beschrieben enthält, gibt es offensichtlich einen Rückgang der Infektionsrate!

Mögliche Entwicklung der Coronazahlen in Deutschland.
(Eigene Analyse basierend auf verschiedenen Quellen, Parameter siehe Anmerkungen)

Wenn die Entwicklung so weitergeht, das bedeutet, die Einschränkungen noch weiter bis 27.3. verschärft werden, wir haben erst die Hälfte des Wegs, dann könnten die Zahlen noch unter Kontrolle gebracht werden. Da ich keine Ahnung habe, wie lange die Menschen eine so hohe Isolierung ertragen, habe ich die Fortsetzung der Entwicklung nicht aufgetragen.

Zum Vergleich, die mögliche Entwicklung der Coronazahlen mit linearem Maßstab an der vertikalen Achse.

Nach einem Jahr würde das Modell auf 1,5 Millionen Tote führen, das sei angemerkt, kann ich aber nicht als seriöse Prognose behaupten.

Quellen:

1. Imperial College London Studie PDF. Hier wird für GB eine genaue Analyse der Ausbreitung gerechnet.
2. Aktuell: Studie über Wuhan in nature PDF. 
3. Deutsche Welle Daten aus China.
4. Eine sehr lesenswerter englischer Beitrag von Tomas Pueyo, deutsche Übersetzung
5. Ein Tool von Prof. Eichner 
6. Schweizer Qualität bei der Simulation: Covid-19 Simulator

Weitere Quellen siehe Blogpost Coronavirus Update (Germany auswählen)

Der neueste Blogpost: Das Drama der Zahlen

Anmerkung:

Zur Dokumentation die verwendeten Parameter:

Ausgangsbevölkerung: 80.000.000

Ansteckung: 2,70

Dauer [d]: 6

Letalität: 1,40%

Intensiv: 5,0%

Dunkelziffer: 3

Intensivbetten: 10000

Eingriffsfaktor: tagesaktuell

Tod-kein-Intensiv: 30%

Genesungsrate I pro Tag: 20,00%

Dauer Infekt bis Tod: 12

Dauer bis Intensiv: 10

Neuartige "Sonnenuhr"

Eine Sonnenuhr, die die schönen Stunden zählt

Aus etwas Fischertechnik, einer Wehrle Wasseruhr, einem Elektromotor und einer Solarzelle wird eine Maschine, die mechanisch die schönen Sonnenstunden zählt.

Seitenansicht des Sonnenzählers

Blick von Oben auf den Sonnenzähler

Wie groß ist die Welt

Größe des Universums

Die Welt ist groß, aber wie groß die Welt für die Wissenschaft ist, unterliegt einem Wandel. Und der kennt nur eine Richtung: Größer als bisher gedacht.

Flammarions Holzstich – erstmals erschienen in L’atmosphère, Paris 1888

Auf das Wachstum unserer Welt will ich hier etwas genauer eingehen.

Am Anfang war die Welt klein

In den Mythen der Menschheit ist die Welt klein. Sie ist eine Scheibe, über die der Himmel gespannt ist. Darüber Wasser, das bei Regen herabfällt, darunter vielleicht die Hölle. Dazwischen noch Sonne Mond und Sterne, so wie man die Welt mit seinen Sinnen eben beobachten kann.

Das geozentrische Weltbild des Altertums

Bereits im alten Griechenland gab es erste Ideen, dass die Erde um die Sonne kreist und die Idee, dass man den Abstand der Sonne messen kann, Aristarchos von Samos ermittelte im Jahre 200 v. Chr. den Abstand und fand, dass dieser 20-mal größer als der Mondabstand ist. Die Welt war damit viel größer als die Erde, deren Radius bereits Eratosthenes zur gleichen Zeit mit etwa 10% Genauigkeit bestimmt hatte.

Aristarchos von Samos 200 v.Chr : 

Die Sonne ist 20 mal weiter weg als der Mond.

Kopernikus übernahm die alte Idee, dass die Sonne im Mittelpunkt steht und entfernte damit die Erde aus dem Mittelpunkt der Welt, was im Christentum nicht besonders gut aufgenommen wurde. Da es sich aber nur um eine Hypothese handelte konnte man damit leben.

1596, Mysterium cosmographicum: Die Abstände der Planeten verhalten sich wie die Durchmesser der Platonischen Körper

Kepler versuchte jetzt die Bahnen der Planeten um die Sonne zu verstehen und fand, dass sich die Abstände der Planeten nach einer eigenartigen himmlischen Ordnung beschreiben lassen. Wenn zwischen den Sphären der Planeten jeweils die Platonischen Körper liegen, erhält man tatsächlich die Planetenabstände mit geringfügigen Fehlern.

Genauigkeit der Rechnung (rechte Spalte) ist erstaunlich. Quelle: Kepler's Geometrical Cosmologyvon J. V. Field, S. 161

Der Erste, der darüber hinaus dachte war wohl Giordano Bruno (*1548), der für die Idee, dass das Weltall unendlich ist 1600 n. Chr. in Rom als Ketzer verbrannt wurde.

Giordano Bruno

Zwischenstand unser Sonnensystem 1836

Inzwischen hat Newton für Keplers Planetenbahnen eine wissenschaftliche Begründung gefunden, die Abstände der Planeten blieben ein Rätsel, an dem sich noch viele versuchten.

Unser Sonnensystem endete beim äußersten bekannten Planeten Uranus, der am 13. März 1781 von Wilhelm Herschel entdeckt wurde. Dahinter kam die Himmelskugel mit den Sternen, die bis 1836 nicht eindeutig als Sonnen identifiziert werden konnten, da es keine messbare Parallaxe (Verschiebung der Sternposition aufgrund der Erdbahn) der Sterne gab. 1838 hat Friedrich Bessel den ersten zuverlässigen Wert für eine Parallaxe bestimmt und damit gezeigt, dass das Weltall wesentlich größer ist. Der Nächstgelegene Stern liegt bereits 4 Lichtjahre weg, das ist etwa 10.000-mal weiter als das Sonnensystem groß ist.

Das Weltall was damit auf eine Größe von 100.000 Lichtjahren angewachsen, da die Sterne der Milchstraße als solche erkannt wurden und damit die Größe der Milchstraße abgeschätzt werden konnte. Das Universum war bis 1920 unsere Milchstraße, da die Nebel, die wir heute als Galaxien erkennen noch nicht als solche erkannt wurden. Erst Erwin Hubble konnte eindeutig mit dem Mount Wilson Observatorium 1923 nachweisen, dass viele sogenannte Nebel aus einzelnen Sternen bestehen und damit in Wirklichkeit Galaxien sind. Damit war das Weltall wieder um einige Zehnerpotenzen gewachsen.

Der belgische Priester Georges Lemaître postulierte im Juni 1927 die Expansion des Weltalls aufgrund der gemessenen Rotverschiebung und daraus lässt sich, je nach Interpretation der Relativitätstheorie die Ausdehnung des Weltalls und damit der Urknall abschätzen. Aktuell wird das Alter des uns bekannten Universums auf 13,8 Mrd. Jahre bestimmt. Die entferntesten Objekte, die wir heute beobachten können, sind etwa 44 Mrd. Lichtjahre weg. Die Große Entfernung beruht auf der kontinuierlichen Ausdehnung, genauer der Bildung weiteren Raums zwischen uns und den entfernten Objekten.

Die Grenze des für uns sichtbaren Universums liegt ca. 44 Mrd. Jahre weit weg.
Bild der Hintergrundstrahlung,

An dieser Stelle sollte ein merkwürdiger Zusammenhang erwähnt werden. Wenn man die Masse des Universums nimmt und nach der Formel für den Schwarzschildradius ein Schwarzes Loch berechnet (R = 2 G m / c²) dann erhält man genau die Größe unseres Universums. Der Zusammenhang ergibt sich auch logisch, denn in diesem Fall hebt sich die Energie des Universums gerade auf, was letztendlich bedeutet, der Urknall ist ein energetisch neutrales Ereignis.

Multiversen

Wir sehen zwar den scheinbaren "Rand" des Universums, aber das liegt daran, dass wir natürlich nicht Licht empfangen können, das "älter" als das Universum, 13,8 Mrd. Jahre, ist sehen können. Die Situation wird auch immer schlechter, da durch die Ausdehnung des Universums mit Überlichtgeschwindigkeit immer mehr Objekte hinter dem Horizont verschwinden. Das ist etwas ähnlich, wie wenn man mit einem Ballon langsam zur Erde herabsinkt, der Horizont kommt immer näher, man sieht immer weniger weit. Aber das bedeutet natürlich nicht, dass es hinter dem Horizont nicht mehr weiter geht. 

Hinter dem Horizont geht es weiter!

Analog bedeutet das, dass das Universum vermutlich viel größer ist als das sichtbare Universum. Bestimmt man die Raumkrümmung, genaugenommen die Genauigkeit, mit der unser Universum flach erscheint, dann sollte das Universum mindestens 10E40 mal größer sein.

Weitere Universen

Neben der extremen Größe unseres Universums, das im Urknall entstand, kann man aber auch noch weiter spekulieren. Unser Universum hat einige sehr merkwürdige Eigenschaften, die merkwürdigste unter allen ist die Existenz von Leben und sogar von selbst beobachtenden Menschen.

Es ist keineswegs selbstverständlich, dass ein Universum derartig komplexe Strukturen hervorbringt. Dazu sind neben Sonnen und Planeten viele verschiedene chemische Elemente nötig. Um das alles zu erhalten müssen die 32 Naturkonstanten, die Unser Universum beschreiben, in einem sehr engen Bereich passen. Nimmt man als vorsichtige Hypothese, dass jede Naturkonstante bis auf ein Promille genau getroffen werden muss, so muss es mindestens 1000 hoch 32 (10E96) Universen geben.

Man vergleiche das mit Sonnensystemen, die ein passendes Planetensystem haben, auch dafür muss man sehr viele Sonnensysteme haben, bis ein Set Planeten so lebensfreundlich ist, dass es zu einer technischen Zivilisation kommt.

Visualisierung von Multiversen nach Max Tegmark [1]

Vielweltentheorie

Ein weiterer Ansatz, der die Zahl der Universen explodieren lässt, ist die Vielwelten Interpretation der Quantenmechanik (QM) durch Hugh Everett III. Der Physiker Everett hat den merkwürdigen quantenmechanischen Messvorgang, bekannt durch das Experiment mit der Schrödinger Katze, 1957 neu interpretiert. Er sagt, die Katze lebt und ist tot, aber jeweils in einem anderen Universum. In welchem der Universen wir leben, merkt man erst nach dem Öffnen der Kiste.

Die Schrödinger Katze lebt in einem Universum, im anderen ist sie tot.

Zu dieser Problematik sollte man sich nochmals erinnern, dass die Gleichungen der QM mathematisch perfekt unsere Physik beschreiben, zumindest sind alle Messungen, auch solche mit absurder Präzision, immer im Sinne der QM ausgegangen. Trotzdem gibt es bisher keine plausible Erklärung, was eigentlich bei einer Messung geschieht, da die QM das "Phänomen" Messung nicht kennt.

Eine Konsequenz der Vielweltentheorie ist, dass auch jeder Mensch in fast unendlicher Ausführung existiert, verteilt auf die vielen Universen, auf die wir uns im Lauf des Lebens abgespalten haben.Wem das jetzt völlig absurd erscheint, der sollte bedenken, dass wir gerade dabei sind, technisch die anderen Universen für unsere Rechnungen zu nutzen, Stichwort Quantencomputer.

Der Erfinder des Quantencomputers, David Deutsch, beschreibt das in seinem Buch Physik der Welterkenntnis:

Quantencomputer, die jetzt noch in ihren Kinderschuhen stecken, stellen einen weiteren Fortschritt dar. Sie sind das erste technische Hilfsmittel, das es ermöglicht, parallele Universen zur Verrichtung nützlicher Aufgaben zusammenzuarbeiten zu lassen. (Quelle: [2])

Denkfehler die gegen Multiversen sprechen 

Der Gedanke an Multiversen stört fast jeden, das liegt an drei Denkfehlern nach Tegmark [1]:

1. Omnivision Annahme: Die physikalische Realität muss so sein, dass mindestens ein Beobachter grundsätzlich alles beobachten kann. 

1. Pädagogische Realitätsannahme: Die physikalische Realität muss so sein, dass alle vernünftig informierten menschlichen Beobachter das Gefühl haben, sie intuitiv zu verstehen.

1. Keine Kopie: Kein physikalischer Prozess kann Beobachter kopieren oder subjektiv nicht unterscheidbare Beobachter schaffen.

Wir haben als Kinder gelernt, dass wir alles sehen können und was wir nicht sehen ist versteckt. Mit dieser Intuition, dass die physikalische Realität uns immer die Beobachtung erlaubt kann man natürlich in der modernen Wissenschaft nicht immer arbeiten. Bereits der Erdkern, den noch nie jemand gesehen hat, entzieht sich unserer Beobachtung, obwohl er nur 5000 km weit von uns entfernt ist.

Den Erdkern können wir nicht sehen, aber plausibel verstehen.

Die Physik kann uns mit mathematischen Mitteln viele Extrapolationen liefern, die unserem Wunsch nach Omnivision nicht entsprechen.

Spätestens seit der erfolgreichen Relativitätstheorie von Albert Einstein haben wir gelernt, dass die Intuition, etwa beim Zeitablauf, nicht trägt. Wir können uns nicht vorstellen, dass in einer Rakete die Zeit langsamer abläuft, wir können aber sehr wohl den Effekt exakt messen. In der Quantenmechanik wird unser Bauchgefühl noch erheblich stärker in die Irre geführt, so dass selbst Einstein den Vorhersagen der Quantenmechanik nicht traute. Aber alle diese Vorhersagen der QM wurden brillant experimentell bestätigt.

Wer möchte schon gern sein eigener Klon sein. Eine Ethikkommission kann zwar das Klonen von Menschen verbieten, aber die Naturgesetze halten sich nicht an die Wünsche unseres Verstands. Wir werden permanent in andere Universen hinein geklont, ohne dass wir dazu etwas dazu tun können.

Mathematische Universen

Wem die Anzahl der Universen noch nicht genügt, der kann Max Tegmark weiter folgen und lernen, dass jede mathematische Struktur selbst die Quelle von Universen ist. In seinem Buch [1] beschreibt er, wie man mathematische Strukturen abzählbar aufstellen kann und damit fast unendlich viele mathematische Systeme erhält, nicht jedes System kennt etwa den Kreis, und daraus jeweils vielfältige Universen erzeugt.

Mit diesen vielen Universen hoffe ich zum Nachdenken angeregt zu haben.

Ähnliche Überlegungen in anderen Blogbeiträgen:

• Die sieben Cluster
• Weltall bauen für Anfänger
• Grenzen der Erkenntnis

Quellen:

[1] Max Tegmark: Our Mathematical Universe, 2015

[2] David Deutsch: Physik der Welterkenntnis, 1996

Die Einheiten der Zeit

Von Sekunden, Tagen und Jahren

Eine der größten Innovationen der Menschheit war das Strukturieren der Zeit und später dann das Messen der Zeit mit Uhren. Durch unser frühes Eintauchen in das Zeitsystem während der Kindheit ist vielen häufig nicht bewusst, welch merkwürdiges System wir hier vor uns haben. Letztendlich ist es ähnlich wie bei allen Systemen, die über lange Zeit tradiert werden, man kann sie nur versteht, wenn man auch einen Blick auf die Ursprünge wirft.

Die grundlegenden Zeiteinheiten

Unser Leben haben wir zeitlich gegliedert. Beginnend mit der kleinsten Zeiteinheiten Sekunde über Minute, Stunde, Tag, Woche, Monat und Jahr.

Mehr zur Statistik weiter unten.

Die häufigste genannte Zeiteinheit [1] in Büchern ist der Tag und das Jahr. Diese sind auch die wichtigsten natürlichen Einteilungen für das menschliche Leben. Das Größenverhältnis der Zeiteinheiten folgt interessanten Regeln, bevor ich aber darauf näher eingehe, als Basis eine Erläuterung zu den Zeiteinheiten in unserer Kultur.

Der Tag

Für alle Lebewesen auf der Erde spielt die Dauer des Tages die wichtigste Rolle als biologischer Rhythmus. Wichtige Details dazu haben die Forscher Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash and Michael W. Young herausgefunden, die Chronobiologie liegt tief in unseren Zellen, die drei Wissenschaftler wurden dafür 2017 mit dem Nobelpreis geehrt [2].

Für viel der Start in den Tag, der Wecker läutet.

Was genau ein Tag ist, ist aber vielen Menschen nicht bekannt, die Vermutung, innerhalb eines Tages würde sich die Erde einmal um sich selbst drehen ist zwar nicht ganz falsch, genaugenommen ist es aber der Zeitabstand zwischen zwei Sonnentiefstständen, die um Mitternacht erreicht werden. Früher hatte man die Dauer zwischen zwei Sonnenhöchstständen (Mittag) gemessen, was einfacher ist. 
Dieser Zeitraum (24h) ist aber geringfügig länger als eine volle Umdrehung der Erde (siderischer Tag = 23,9345 h), da die Erde sich gleichzeitig um die Sonne bewegt und selbst wenn die Erde keine eigene Rotation ausüben würde (bezogen auf den Sternenhimmel) wäre nach einem Jahr ein "Tag" vergangen. 
Für das Alltagsleben spielt der Sonnenauf- und Untergang eine wichtige Rolle. Er trennt den lichten Tag von der Nacht. Aufgrund der schiefen Erdachse bezüglich der Umlaufbahn um die Sonne verschiebt sich der Sonnenaufgang nach komplizierten Regeln und führt insbesondere bei der "Sommerzeit" zu merkwürdigen Änderungen der gesetzlichen Zeit. 
Letztendlich gibt es Tag und Nacht und noch etwas differenzierter Vormittags und Nachmittags sowie den Abend bis 24h und die zweite Nachthälfte von Null Uhr bis Sonnenaufgang, was eine Zeiteinteilung in Vierteltage beschreibt.

Die Stunde

In Babylon hat man begonnen, den Tag in noch kleinere Stücke aufzuteilen. Der lichte Tag wurde in 12 Stunden geteilt und ebenso die Nacht. Damit waren zwar die Stunden nicht gleich lang, aber das hatte nicht gestört, zum einem, weil der Unterschied in südlicheren Breiten gering ist, aber auch weil es keine Uhren gab, mit denen man das heute leicht bemerkt.

Die zwölf Stunden, noch schlecht sortiert.

Warum 12 Stunden? Es liegt wohl an der prähistorischen Nutzung der Zwölf, die möglicherweise auf die 12 Monate zurückgeht, eine natürliche Teilung des Jahres durch den Mond. Weiterhin ist es die kleinste Zahl, die 2, 3 und die 4 als Teiler hat, was das Rechnen erleichtert. 

Die Minute

Will man die Zeit genauer bestimmen, muss man die Stunde teilen, analog zu den Teilern der Zwölf kann man noch die Fünf hinzunehmen (3*4*5=60) und erhält 60, als eine Zahl mit optimaler Teilbarkeit. Die Sechzig wird schon seit den Babyloniern im Sechzigersystem verwendet, für die Stundenteilung ist sie aber erst im 13. Jahrhundert eingeführt worden [3]. 

Altes Ziffernblatt mit Minutenteilung in Colmar.

Die Skala für den Minutenzeiger auf der Uhr kann durch den zusätzlichen Faktor Fünf leicht auf dem Ziffernblatt der Uhr abgelesen werden.

Die Sekunde

Steigt man noch Tiefer in die Zeitteilung, bietet sich die Wiederholung des letzten Schritts an, eine sechzigstel Minute, die Sekunde (pars minuta secunda). Damit hat eine Stunde 3600 Sekunden, aus der Betrachtung der Teiler ist jetzt auch noch die Sechs hinzugekommen. (2*3*4*5²*6=3600). Interessanterweise erreicht man damit auch ein Zeitintervall, das in der Natur durch den menschlichen Herzschlag annähernd realisiert ist. Zudem will es der Zufall, dass ein Pendel mit einem Meter Länge ca. eine Sekunde für eine Schwingung benötigt. 

Praktisch hat die Sekunde den Vorteil, dass das gleiche Ziffernblatt für Minuten und Sekunden verwendet werden kann. 

Ziffernblatt mit eigenem Sekundenblatt und ausführlicher Beschriftung

In der Moderne ist die Sekunde zur fundamentalen Zeiteinheit geworden, aus der alle anderen Einheiten, Minute, Stunde und auch Tag abgeleitet werden. Eine Einigung, ob das Jahr ebenfalls von der Sekunde abzuleiten ist, ist in Diskussion. 
Unser Zeitsystem basiert heute mit dem SI System auf der Definition der Sekunde, die sich aus dem abzählen bestimmter Atomschwingungen eindeutig bestimmen lässt.

Das Jahr

Neben dem Tag hat das Jahr eine fundamentale Bedeutung für unser Leben, insbesondere in Kulturen, die im Norden Ackerbau betreiben bestimmt der Jahreszyklus das Leben. Die Jahreslänge beträgt ca. 360 Tage, also wieder eine Zahl mit einfachen Faktoren (3*4*5*6=360). Ich kann mir gut die Priester im alten Babylon vorstellen, die beim genauen Zählen der Tage des Jahres auf 365,24 kamen und es einfach nicht glauben wollten, dass der Kosmos so wenig nach den Gesetzen der Zahlen funktioniert. Nur bei den Bänkern dauert das Jahr immer noch 360 Tage, aber dort ist eine Entkoppelung von der realen Welt nicht unüblich.

Der kürzeste Tag beginnt.

Was aber genau ist ein Jahr, viele denken, da würde die Erde einmal um die Sonne laufen, aber auch das ist nicht ganz richtig, dieser Zeitraum ist das siderische Jahr, 365,25636 Tage. 

Das Jahr wie wir es kennen, ist das tropische Jahr das 365,242190 Tage dauert. Es wird die Zeit zwischen den Frühlingspunkten des Sonnenaufgangs genommen. Der Frühlingspunkt ist durch die Tag- und Nachtgleiche nach dem Winter bestimmt. Da die Erde neben der Eigenrotation noch eine taumelartige Bewegung eines Kreisels durchführt (Dauer ein Platonisches Jahr 25700 Jahre), verschiebt sich der Frühlingspunkt etwas gegenüber dem astronomischen Ort, an dem die Erde einmal um die Sonne gelaufen ist. 

Der Grund, warum das Jahr am 1. Januar beginnt ist reichlich kurios. Eine gewisse Logik hätte der 21. Dezember, da das der Sonnentiefststand ist. Bei der Festlegung des Weihnachtsfestes wollte man diesen Tag als Christi Geburt nehmen, da es früher Messprobleme gab, legte man diesen Feiertag sicherheitshalber um 3 Tage nach hinten, auf den 24. Dezember. Für den Jahresanfang nahm man dann den Tag der Beschneidung von Jesu, die Beschneidung erfolgte 8 Tage nach Geburt und das ist dann der 1. Januar. Dies ist seit 1691 von Pabst Innozenz XII so festgelegt.

Der Monat beginnt, die erste Mondsichel am Westhimmel nach Neumond

Der Monat

Da das Jahr eine lange Zeit ist, musste es weiter sinnvoll unterteilt werden. Hier bot sich an, den Mond mit seinen auffälligen Phasen zu nehmen. Die Mondphasen wiederholen sich alle 29,53 Tage. Zwölf Mondphasenzyklen ergeben ca. 30*12=360 Tage. Wieder einer der Fälle wo sicherlich die Astronomen des Altertums die Haare gerauft haben, warum das nicht genau mit einem Jahr aufgeht.

Bemerkenswerterweise gibt es sechs verschiedenen Definitionen wie lange ein Monat dauert. Die Zeit, in der der Mond einmal um die Erde Umläuft beträgt 27,3217 Tage und damit spürbar kürzer als ein Mondphasenzyklus.

Im Mondlicht kann der Mensch gut sehen da unser Nachtsehen für bläulich optimiert ist

Für den Menschen hat der Mondzyklus direkt Bedeutung, in Mondnächten kann man sehen und gegebenenfalls auf die Jagd gehen oder mit einer Karavane in der kühlen Nacht ziehen. Auch der Zyklus der Frau ist, bei natürlichen Lichtverhältnissen, an diesen Zyklus angekoppelt.

Praktisch hat man die Monate mit unterschiedlicher Länge, 30 und 31 Tage festgelegt und den letzten Monat im Jahr, früher der Februar, mit den verbleibenden Tagen, zumeist 28 , manchmal 29 Tage versehen. Die Anomalie, dass der Juli und der August 31 Tage dauern wird in der Legende auf eine Bestimmung von Kaiser Augustus zurückgeführt.

Zunehmender Mond

Die Woche

Es gibt nur eine Zeiteinheit die mindestens zweitausend Jahre lang durchgezählt wurde, die Woche. Die natürliche Orientierung an den vier Mondphasen, Neumond, zunehmender Halbmond, Vollmond und abnehmender Halbmond ergeben jeweils etwa sieben Tage. Der Mensch kann sieben Objekte gleichzeitig wahrnehmen und daher können wir vermutlich am besten mit sieben Tagen planen.
Die Namen für die Einteilung basieren auf den sieben Himmelskörpern, die sich sichtbar am Firmament bewegen

Die Wochentage in der Logik der Astronomen

Zeichnet man die Himmelskörper auf einen Kreis in der Reihenfolge der scheinbaren Geschwindigkeiten, Mond, Merkur, Venus, Sonne, Mars, Jupiter, Saturn und folgt dann den Linien eines Heptagrams erhält man die Wochentage: 

• Sonntag (Sonne) 
• Montag (Mond)
• Dienstag (Mars, Tyr im Germanischen der Kriegsgott)
• Mittwoch (Merkur, Wodanz ~ Odin) 
• Donnerstag (Jupiter, Kriegsgott Thor)
• Freitag (Venus, Frigg, Frau von Odin)
• Samstag (Saturn, wobei sich Samstag von Sabbat ableitet)

Der Mond wandert am schnellsten am Himmelszelt und gab dem Montag den Namen

Weitere Zeiteinheiten

Betrachtet man die Abstände der Zeiteinheiten, so gibt es einige größere Sprünge, die durch verschiedene Konstrukte überwunden werden. Häufig findet sich eine Binärteilung, das bedeutet, es wird durch Zwei, Vier oder Acht geteilt. Seltener kommt es auch zu einer binären Vervielfachung.

Stundenteilung

Die Stunde wird gerne in eine halbe Stunde und in eine Viertelstunde (sogar ein eigenes Substantiv!) geteilt. Das führt dann zur Besonderheit einer dreiviertel Stunde, etwa an Schulen die Dauer einer Unterrichtsstunde. Und zur oft falsch verstandenen dreiviertel Zehn, was 9:45 bedeutet.

Die berühmten Fünf Minuten (vor Zwölf) sind nichts anderes als eine zwölftel Stunde und werden aufgrund der Ziffernblatteinteilung in zwölf Elemente gerne genommen.

Tagesteilung

Wie schon erwähnt, wird der Tag auch in Hälften geteilt, einmal in lichter Tag und Nacht und, dazu orthogonal, in erste und zweite Tageshälfte. 

Einfache Einteilung des Tages

Der Tag ist damit in vier Teile gegliedert, Vormittag, Nachmittag, Abend und die zweite Nachthälfte, die wir meist nur im Schlaf erleben.

Jahresteilung

Ähnlich wie den Tag gliedern wir das Jahr in vier Abschnitte: Frühling, Sommer, Herbst und Winter. Aufgrund des etwas unlogischen Jahresanfangs und auch aufgrund der Ellipsenbahn der Erde um die Sonne ist der Beginn der jeweiligen Jahreszeiten nicht ganz einfach zu merken. 

Im Kalender wird der Frühlingsanfang, der früher auch der Jahresanfang war, mit der Tag und Nachtgleiche verbunden, zumeist der 21. März. Abweichungen davon können durch den Schalttag im Februar entstehen. Der Sommer fängt am längsten lichten Tag, dem 21. Juni, an. Der Herbst beginnt mit der zweiten Tag und Nachtgleiche am 22. September und der Winter beginnt am Tag des tiefsten Sonnenstands und der längsten Nacht am 21. Dezember. 

Eine neue Jahreszeit kündigt sich an!

Wenn man genau zählt, bemerkt man, dass die Jahreszeiten nicht exakt gleich lang sind, das liegt daran, dass die Erde im Winter näher an der Sonne ist (Das ist wirklich so!) und aufgrund des zweiten Keplerschen Gesetzes sich daher schneller bewegt. Der Sommer dauert fast fünf Tage länger. 

In Zahlen: 

Frühling: 92,76 Tage

Sommer: 93,65 Tage

Herbst: 89,84 Tage

Winter: 88,99 Tage

Die Meteorologen teilen das Jahr anders ein um das Wetter etwas realistischer zu beschreiben. Meteorologisch beginnt der Winter am 1. Dezember, der Frühling am 1. März, der Sommer am ersten Juni und der Herbst am ersten September. 

In der Wirtschaft schneidet man das Jahr in Jahreshälften, die erste Hälfte beginnt logischerweise am 1. Januar, die Zeite am ersten Juli. Eine noch feinere Unterteilung sind die Quartale, jedes Unternehmen im Dax muss alle drei Monate berichten wie die wirtschaftliche Situation ist.

Ein achtel Jahr dauert sechs Wochen, eine Zeitangabe die wesentlich häufiger als vergleichbare Zeitabschnitte, wie fünf oder sieben Wochen, in Büchern genannt wird. 

Viele Jahre

Mehrere Jahre werden zu größeren Perioden zusammengefasst. Bei den Griechen spielte die Olympiade, also vier Jahre, ein wichtige Rolle, aber auch in unserer Welt beschreiben vier Jahre die Legislaturperiode der meisten Parlamente.

Das Jahrzehnt bietet sich als nächstgrößerer Abschnitt an und wird häufig mit Namen, wie etwa die Sechziger Jahre, versehen. 

Historisch spielen die Jahrhunderte eine überragende Rolle, merkwürdigerweise beginnt das 19. Jahrhundert am 1. Januar 1800 und endet am 31. Dezember 1899. Was bei Schülern immer wieder zur Verwirrung führt, auch wenn es aus Sicht der Zeitmessung logisch erscheint. Das Jahrhundert hat für den Menschen auch die spezielle Bedeutung, weil manche Menschen ein ganzes Jahrhundert erleben können

Das Jahrtausend, neuerdings oft Millennium genannt, ist der längste im allgemeinen Sprachgebrauch verwendete Zeitabschnitt. Das erste Jahrtausend begann im Jahr eins nach Christi Geburt, nicht im Jahr Null, da es das Jahr Null per Festlegung nicht gibt.

Statistik der Zeitabschnitte

Abschließend betrachte ich die Einteilung der Zeit aus statistischer Sicht. Welche Zeitabschnitte benutzen wir besonders gerne?

Meine Untersuchung basiert auf der Wortzählung in Google Books [4], dabei habe ich mich auf den Wortgebrauch im Zeitraum 2000-2008 bezogen.

Im folgenden Diagramm sind alle Zeitbegriffe mit ihrer Häufigkeit als rote Punkte aufgeführt. Damit man die Länge der jeweiligen Zeitintervalle besser sehen kann habe ich die Dauer als blaue Punkte in den logarithmischen Plot aufgenommen.

Die wichtigsten Zeiteinheiten, zum Vergrößern anklicken!

Offensichtlich sind Tag und Jahr die häufigsten Zeiteinheiten, wenn man vom Begriff Nacht absieht, der mehrdeutig ist. 

Die Länge der Zeitintervalle fädeln sich gleichmäßig auf eine Gerade, was bedeutet, dass der Faktor (3,5) zwischen den benachbarten Intervallen immer etwa gleich groß ist. Wir haben also für jedes Zeitintervall einen geeigneten Begriff.

Nach unten, also unterhalb der Sekunde findet man noch die Millisekunde (ms=0,001s) und die Nanosekunde (ns=1E-9s), wenn auch. sehr selten. Die Mikrosekunde (μs=1E-6s) ist zu selten, als dass man sie hier darstellen könnte. 

Der Begriff Millennium ist erst in den letzten Jahren häufiger geworden und wurde zur Veranschaulichung hinzugenommen.

Trägt man den Abstand der Zeiteinheiten auf, kann man die Faktoren besser erkennen.

Der Abstand gibt jeweils den Faktor zum Vorgänger an, etwa eine Woche sind 7 Tage.

Am Rand der "Zeit" werden die Intervalle größer, im Bereich von Stunden bis Jahre sind die Intervalle etwas kleiner, im Durchschnitt nur um den Faktor 3 auseinander, das entspricht Beispielsweise dem Fall "ein Quartal besteht aus drei Monaten". 

Mathematisch ist noch interessant, wie häufig die Primfaktoren in den Basiszeiteinheiten verwendet werden (Minute, Stunde, Tag, Woche Monat, Jahr).

Primfaktor:  2  3  5  7

Auftreten : 13  7  4  1

Die Teilbarkeit durch 2, 3 und 4 ist, wenn möglich, immer gegeben, die Woche bildet mit 7 eine Ausnahme, das kann aber auch daran liegen, dass die Woche ursprünglich aus sechs Tagen (Schöpfungsgeschichte!) plus einen Feiertag bestand. 

Schlussbetrachtung

Die Kulturgeschichte der Zeiteinteilung gibt interessante Einblicke in das Lösen von unlösbaren Problemen, wie das Auflösen komplizierter astronomischer Verhältnisse in einfache alltägliche Formulierungen.

Zudem zeigt sich, dass wir unsere Zeit nahezu optimal in praktische Intervalle geteilt haben.

Ich hoffe das Lesen bis hierher hat Spaß gemacht.

Ähnliche Themen:

• Sommerzeit Winterzeit
• Problemlösung Sommerzeit
• Soziale Zeit

Quellen:

[1] Abgerufen für 2007 bei books.Google.com/ngrams 

[2] Medizin-Nobelpreis für die innere Uhr, Spektrum.de
[3] Erste Quelle: John of Sacrobosco's Computus (ca. 1235) https://www.wikiwand.com/en/Minute
[4] Google Books ngram viewer

Dauerhaft Sommer- oder Winterzeit?

Sommerzeit oder Winterzeit

Politiker sind für mich schwer verständlich, aber die aktuelle Diskussion verstehe ich überhaupt nicht. Es gibt Pläne, die "Sommerzeit" dauerhaft einzuführen!

Warum Sommerzeit

Die Ursprüngliche Idee war, in der Kriegswirtschaft des I. Weltkriegs, die Menschen eine Stunde früher an die Werkbank zu bewegen. Das ist unter den Bedingungen des Kriegsrechts mal so verabschiedet worden. Nach Kriegsende wurde es wieder aufgehoben, ein weiterer Krieg und schon war die "Sommerzeit" wieder da. Danach wurde sie wieder aufgehoben, dann kam der Nahost-Konflikt, Ölpreis-Steigerung und wieder "Sommerzeit".

Jetzt herrscht wieder Friede im Land und diese unsägliche Zeitumstellung soll wieder abgeschafft werden. Das wäre sehr schön, gäbe es da nicht einen absurden Vorschlag: Dauerhafte Sommerzeit.

Was bestimmt die Uhrzeit

Seit die Menschheit die Zeit misst, gibt es eine Regel: Um 12 Uhr steht die Sonne am höchsten.

Das führt dazu, dass um ca. 6 Uhr die Sonne aufgeht und um 18 Uhr die Sonne wieder untergeht. Aufgrund der Lage der Erdachse verlängern sich im Sommer die Tage und im Winter sind sie eben kürzer. Das kann auch ein Parlament nicht ändern,

Wenn man glaubt, irgendetwas würde besser, wenn um 13 Uhr zukünftig die Sonne am höchsten steht, weil man eine Jahrtausende alte Tradition aufgibt, dann kann ich einfach nicht begreifen, wozu das gut sein soll?

Der Tagesablauf beginnt sich dann zu verschieben, da der Tag, oder besser das Tageslicht, eine Stunde später kommt, stehen die Leute statt um 6 Uhr um 7 Uhr auf, gehen um 13 Uhr in die Mittagspause statt um 12 Uhr und verlassen eben erst um 18 Uhr das Büro statt um 17 Uhr, weil die Arbeit damit ja nicht weniger wird!

Das Kino fängt dann um 21 Uhr an statt um 20 Uhr und so weiter. Es ist eine absolute Fiktion, dass es in irgendeiner Weise einen Vorteil gibt, da der Tag ja weiterhin 24 Stunden hat, nur die Uhr geht permanent um eine Stunde falsch.

Winter und Sommer

Bei uns ist das Wort Winter aufgrund des rauen Klimas nicht so beliebt wie der Sommer. Aber die beiden Jahreszeiten können überhaupt nichts für den Namen Winterzeit. Die Tatsache, dass zum Glück bisher im Winter die normale Astronomische Zeit galt, darf nicht zu einer sprachlichen Abwertung der Normalzeit führen. Es ist nicht die "Winterzeit" es ist einfach die normale Zeiteinteilung die Menschen seit ewigen Zeiten nutzen und die so gelungen ist, dass sie als eine der sehr wenigen Kulturleistungen weltweit Anwendung findet. Alle Uhren auf der Welt haben zwei mal 12 Stunden und um 12 Uhr Mittags zeigt der Zeiger nach oben um den Höchststand der Sonne zu symbolisieren. 

Danke für das Lesen

Vielen Dank, dass Sie so weit gelesen haben und ich denke, die Argumente sind so überzeugend, dass niemand dauerhaft die "Sommerzeit" will. Geben Sie die Gedanken weiter, nur so kann man verhindern, dass ein derartiger Unsinn wie "Dauerhafte Sommerzeit" von der EU eingeführt wird.

Ihr Blogger Eduard Heindl

Mehr zum Thema Zeit:

• Zeiteinheiten

Das Ende der Bahn

Hat die Bahn eine Zukunft?

In meiner Jugend bin ich sehr viel Bahn gefahren und dies aus zwei Gründen, zum einen hatte ich kein Auto, zum anderen fand ich die Bahn eine ökologisch sehr günstiges Verkehrsmittel. Noch immer besitze ich eine Bahncard First für gelegentliche Zugreisen.

Heute fahre ich relativ viel mit dem Auto, mit meinen elektrisch angetriebenen Tesla, und bei großen Strecken nehme ich das Flugzeug, doch ist das wirklich eine vertretbare Art zu reisen? In diesen Blog will ich mal auf die Zukunft der Bahn eingehen

Vorteile der Bahn

Die Bahn hat einen sehr großen Vorteil bei Reisen, das Mitfahren im Zug ist einfach im Vergleich zum Flugzeug. Man löst schlicht und einfach eine Fahrkarte, heute kann man dies normalerweise von zu Hause aus, und steigt in den Zug, ohne Sicherheitskontrolle, und los geht die Reise. Im Zug sitzt man bequem, muss sich nicht um den Verkehr kümmern und kann gegebenenfalls den Laptop aufklappen und sogar arbeiten. Je nach Ziel  ist man einige Stunden später angekommen steigt aus und kann seinen Geschäften nachgehen.

Weltkulturerbe Rhätische Bahn, die wird bleiben!

Die Praxis

Soweit die Theorie leider sieht die Praxis deutlich anders aus. Wer nicht direkt am Bahnhof wohnt muss diesen erstmal erreichen.

Da am Bahnhof die Züge nicht kontinuierlich abfahren, sondern für das jeweilige Reiseziel zu einer festen Zeit, typischerweise jede Stunde, muss man exakt rechtzeitig am Bahnhof ankommen. Schon eine Minute zu spät und man wartet eine weitere Stunde. Diese Nichtlinearität führt zu sehr unangenehmer Hektik und gegebenenfalls zu einer selbst verursachten Verspätung.

Nicht selten wartet man im schlechten Wetter auf den Zug.

Sitzt man im Zug und will arbeiten, ist es leider nicht ganz so bequem wie gedacht, denn das wichtigste was man am Laptop benötigt ist das Internet. Erstaunlicherweise ist es der Bahn bis heute nicht gelungen auf ihrem überschaubaren Streckennetz eine stabile, schnelle Internetverbindung herzustellen. Ich erinnere mich an einen Flug nach Abu Dhabi, im Flugzeug zahlte ich 1 € und hatte eine perfekte Internetverbindung! Wenn dies technisch möglich ist müsste das doch auch in einem dicht besiedelten Gebiet, wie in Deutschland, möglich sein. Ohne Internetverbindung kann ich praktisch nicht arbeiten und auch mit sporadischer Internetverbindung ist mir nicht wirklich geholfen.

Das nächste Problem ist die geplante Ankunft. Fährt man nur eine einzige Strecke mit einem Zug ist die Chance relativ gut dass man das Ziel rechtzeitig erreicht. Allerdings, sobald man auf der Strecke mehrmals umsteigen muss, sinkt die Wahrscheinlichkeit leider dramatisch. Dies liegt wieder an der Nichtlinearität, das bedeutet, hat mein Zug 10 Minuten Verspätung werde ich den Anschlusszug nicht erreichen habe damit eine Stunde Verspätung und der gesamte Tagesplan wird ein Desaster.

Bahnstation in Paris

Menschen die trotzdem geduldig mit der Bahn und dem Intercitys unterwegs sind sagen sich, dies ist eben eine ökologisch günstigere Variante der Fortbewegung. Mit elektrischem Strom, zumeist aus Wasserkraft oder Solarenergie, kann ich die Umwelt schützen. Der Verbrauch pro 100 km liegt im Durchschnitt bei 4-5 Litern Benzin (genaugenommen der vergleichbaren Energiemenge) wenn ich Intercity fahre [1].

Neue Infrastruktur 

Um die Probleme von Verspätungen oder ähnlichem zu lösen versucht die Bahn mit massiven Investitionen in die Infrastruktur die Lage zu verbessern ein Beispiel ist der neue Stuttgarter Bahnhof der leider zehn Milliarden Euro kosten wird. Damit wird vielleicht die Durchfahrt durch Stuttgart etwas schneller für Leute die Stuttgart nicht als Reiseziel haben. Allerdings rechnen sich solche Investitionen bei der Bahn, ob es sich um Tunnel, Neubaustrecken oder Tief-Bahnhöfe handelt, erst nach circa 80 Jahren (Abschreibungszeitraum). Wir  müssen also daran glauben, dass die Bahn bis zum Ende dieses Jahrhunderts noch fährt doch ist das wirklich realistisch?

Komplexe Infrastruktur der Bahn

Das autonome Elektroauto

Ökologische Vorteile

Eine neue Alternative zur Bahn wird das vollautomatische Elektroautos sein, dieses fährt vom Haus zu Haus und nutzt dabei elektrischen Strom als Antrieb, der, ebenfalls wie der Bahn Strom, aus ökologisch günstigen Quellen hergestellt werden kann.

Bereits heute benötige ich für meinen Tesla nur 20 Kilowattstunden pro 100 Kilometer, das entspricht etwa der Energie von 2 Litern Diesel und selbst bei Berücksichtigung von Wirkungsgraden im Kraftwerk nur vier Litern Brennstoff (bei Ökostrom nahezu CO2 frei).

Das autonome Solarauto?

Nimmt man noch hinzu, dass Autos in Zukunft vielleicht besser ausgelastet werden, dank verschiedener vollelektronischer Mitfahrzentralen, ich selber nutze gerne BlaBlaCar, so steigt die Personenzahl von heute 1,5 vielleicht auf zwei oder sogar drei. Damit würde eine Person die reist nur einen Liter Treibstoff (oder 7kWh Strom) pro 100km benötigen.

Da das Elektroauto, vergleichbar dem Zug, völlig emissionsfrei auf der Reise fährt, werden auch die Innenstädte oder Straßenanwohner eine deutliche Verbesserung der Lebensqualität erleben, da Abgase und Lärm deutlich  bei elektrischen Fahrzeugen vermindert sind.

Reisezeit 

Die optimale elektronische Navigation führt bereits heute zu einem sehr viel zuverlässigerem Ankommen mit dem Auto als mit der Bahn, so ist zumindest meine Erfahrung bei den letzten 30 000 km mit dem Auto, die nie zu einer Verspätung im Bereich von Stunden geführt haben.

Die faktische Reisezeit mit dem Auto ist zudem erheblich kürzer. Dies liegt zuerst am Abfahrtszeitpunkt, den ich mit dem Auto beliebig wählen kann. Bei der Bahn aber im günstigsten Fall an einen Stundentakt gebunden bin. 

ICE im Stundentakt, das bedeutet Abfahrtszeit nie optimal.

Das bedeutet ich fahre mit der Bahn im Durchschnitt 30 Minuten früher weg als ich eigentlich müsste, das gleiche gilt natürlich nochmals am Ziel, dort komme ich im Durchschnitt eine halbe Stunde früher an wie es sein müsste, mithin verlängert sich jede Reise bei der ich die Bahn benutze um mindestens eine Stunde, wenn man von gleicher Fahrtgeschwindigkeit ausgeht. Erst bei Zielen, die über 500 km entfernt liegen, kann, durch die hohe Geschwindigkeit des ICE, etwas Zeit gewonnen werden. Doch dann ist es meistens sogar bequemer das Flugzeug zu wählen, da dort die Reisegeschwindigkeit drastisch gegenüber den Zug sinkt.

Bleibt noch der Vorteil dass man im Zug entspannt fährt und gegebenenfalls arbeiten kann. Dies  ist natürlich auch in einem Auto möglich, das vollautomatisch fährt, dort kann ich ebenfalls meiner Arbeit nachgehen. Interessanterweise habe ich beobachtet, dass im Auto die Internetverbindung beziehungsweise Telefonverbindung erheblich besser ist als bei Zugreisen.

Reisekosten

Bleiben noch die Kosten. Die Fahrt mit dem Auto ist normalerweise etwa gleich teuer wie die Fahrt mit dem Zug. Über die komplexe Struktur von Bahn-Preisen will ich hier nicht berichten, jedoch wird ein Auto in Zukunft, das mehrere Passagiere mitnehmen kann, vollautomatisch fährt und elektrische Energie nutzt, typischerweise wenige Kosten pro Passagier haben als heute. Ich gehe von einem Faktor von 3 oder höher aus. 

Damit wird die Autoreise aber deutlich billiger als die Bahnreise ohne dass es einen nennenswerten Komfortverlust gibt. 

Das Ende der Bahn dämmert

Die logische Konsequenz aus diesen Überlegungen ist natürlich, dass der Bahnbetrieb wesentlich weniger Passagiere hat, mit der Folge, dass entweder die Zahl der Züge ausgedünnt wird mit einer Kettenreaktion in Richtung weniger Züge, weniger Passagiere, ungünstigere Verbindungen und letztendlich der komplexe Bahnbetrieb sich nicht mehr lohnt.

Das letzte Abstellgleis

Alternativ kann der Staat natürlich eine Weile die Bahn (noch stärker) subventionieren, doch ohne sinnvolles Motiv für diese Subventionen, also ökologische oder volkswirtschaftliche Art, wird sich das politisch nicht durchsetzen lassen, womit das Ende der Bahn besiegelt ist. 

Wie lange wird es noch dauern bis der letzte Zug ausfährt?

Diese Frage kann man natürlich nicht mit einer simplen Jahreszahl beantworten und muss es auch etwas differenzieren.

In Großstädten werden weiterhin Massentransportmittel wie die U-Bahn eine Rolle spielen, da diese unübertroffen effizient in dicht besiedelten Gebieten die Menschen an ihre Ziele bringt. 

U-Bahn Tunnel

Auf Fernstrecken und in ländlichen Regionen erscheint es mir aber kaum möglich einen Bahnverkehr für Passagiere aufrechtzuerhalten. 

Ein anderes Thema ist der Güterverkehr. Hier könnte durch eine Automatisierung der LKW sogar eine erhebliche Renaissance auf der Schiene stattfinden, wenn das Umladen von Containern zwischen Bahn und Strasse vollautomatisch erfolgt.

Amerikanischer Güterwagen

Für den Luftverkehr auf mittleren Strecken könnte sich eine neue Form, etwa der von Elon Musk geförderte Hochgeschwindigkeitszug Hyperloop (Geschwindigkeiten bis 1000 km/h) als brauchbare Lösung für den Personenverkehr darstellen. 

Wir werden also im nächsten Jahrzehnt erleben, wie es zu einen rapiden Verfall der Bahn Struktur kommt und so ist es heute aus meiner Sicht verantwortungslos, immense Investitionssummen in die Infrastruktur der Bahn zu stecken, etwa Tief-Bahnhöfe, Neubaustrecken oder Ähnliches, da keineswegs sicher ist, dass sich dieser Aufwand jemals lohnen wird. Besser wäre es kurzfristig Bahn und Bus etwas bequemer und effizienter auszustatten bis die Ablösung dieses, über 180 Jahre alten Verkehrsmittels, erfolgt.

Museumsbahnen wird es noch lange geben.

Weitere Blog Posts zum Thema:

• Nachhaltig oder Innovativ
• Elektronisches Trampen
• Internet und Autofahren
• Ein Jahr mit dem Tesla

Quellen

[1] Frankfurter Allgemeine Sonntagszeitung, 14.10.2007, Nr. 41 / Seite 69, berücksichtigt werden Auslastung, Streckenlänge und Anreise zum Bahnhof.