Zeitreisen: Tunnel in andere Welten

In Hollywood-Filmen sind Zeitreisen fast so gewöhnlich wie Zugfahrten. Doch echte Physiker stellen solche Ausflüge vor unüberwindliche Probleme
In diesem Artikel
Ein "politisch inkorrektes" Thema
Schnelle Verbindung: Wurmlöcher
Warum uns noch niemand aus der Zukunft besucht hat

Ein "politisch inkorrektes" Thema

Wie wäre das: einmal ins alte Ägypten reisen, um zu sehen, wie die Pyramiden gebaut wurden? Oder einen Blick in das New York der fernen Zukunft werfen? Zeitreisen gibt es bislang nur als Science-Fiction, in Büchern und Filmen. Nichts also, womit sich ernsthafte Wissenschaftler befassen? "Wer offen über Zeitreisen spekuliert, riskiert entweder einen Aufschrei der Öffentlichkeit, hier würden Forschungsgelder für etwas absolut Lächerliches verschwendet", sagt der Physiker Stephen Hawking, "oder die Forschung wird vom Militär als geheim klassifiziert."

Ein "politisch inkorrektes" Thema

Zeitreisen seien ein "politisch inkorrektes" Thema, meint Hawking. Doch seine Zunft weiß sich zu helfen: "Wir verbergen unsere Beschäftigung mit dem Thema hinter komplizierten Fachausdrücken, die ein Code für Zeitreisen sind." Zum Beispiel hinter dem Begriff "geschlossene zeitartige Kurve". Tatsächlich diskutieren namhafte Physiker seit Ende der 1980er Jahre in seriösen wissenschaftlichen Journalen die Möglichkeit, in die Vergangenheit und die Zukunft aufzubrechen. Das Tor dorthin öffnete Albert Einstein. Seine Spezielle Relativitätstheorie und die Allgemeine Relativitätstheorie entwarfen ein ganz neues Bild von der Ordnung des Universums: Demnach verstreicht die Zeit unterschiedlich schnell, je nachdem, mit welcher Geschwindigkeit sich ein Mensch durch den Raum bewegt.

Reisen mit Lichtgeschwindigkeit

Für einen Astronauten etwa vergeht, von der Erde aus betrachtet, die Zeit an Bord umso langsamer, je mehr sich seine Geschwindigkeit der Lichtgeschwindigkeit nähert. Mithilfe dieses Effekts könnte man durchaus ins New York des Jahres 3005 reisen. "Sie müssen sich lediglich in ein Raumschiff setzen, zu einem Stern reisen, der knapp 500 Lichtjahre entfernt ist, und zurückkehren", erklärt der US-Physiker Richard Gott das Konzept einer Zeitreise. Voraussetzung sei, dass Hin- und Rückweg mit 99,995 Prozent der Lichtgeschwindigkeit zurückgelegt würden. "Bei Ihrer Rückkehr wird die Erde 1000 Jahre, Sie dagegen werden nur 10 Jahre älter sein."

Unrealistisches Szenario

Was theoretisch möglich erscheint, steht in der Praxis vor gewaltigen Hürden. Bislang gibt es keinen Raketenantrieb für derartige Geschwindigkeiten. Und vor allem: Wie käme der Zukunftsreisende wieder zurück in die Gegenwart? Nach der Speziellen Relativitätstheorie gar nicht: In ihr verläuft die Zeit wie eine Einbahnstraße.

Nicht viel besser steht es um Reisen in die Vergangenheit. In Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie wird die Raumzeit unter dem Einfluss der Schwerkraft "gekrümmt" - bis hin zu einer sogenannten Singularität, die der Physiker John Wheeler 1967 als "Schwarzes Loch" bezeichnet hat. Dieser extrem dichten Materieansammlung kann aufgrund ihrer gewaltigen Gravitation selbst Licht nicht entkommen. Albert Einstein und sein Schüler Nathan Rosen versuchten 1935 nachzuweisen, dass solche Singularitäten nicht existieren können. Doch das gelang ihnen nicht. Sie entdeckten sogar, dass sich - rein mathematisch - zwei dieser Raumzeittrichter so berühren können, dass sie eine Brücke zwischen unserer Welt und einem Paralleluniversum bilden.

Schnelle Verbindung: Wurmlöcher

Solch eine Verbindung, wenn sie einen Tunnel zwischen zwei Punkten im selben Universum darstellt, wurde später "Wurmloch" getauft. Die Besatzung des Raumschiffes "Enterprise" hat sich in der "Star Trek"-Fernsehserie durch solch eine Passage in die Vergangenheit schleudern lassen.

Wurmlöcher haben jedoch einen Haken: Sie sind nicht stabil. Als der US-amerikanische Astrophysiker und Buchautor Carl Sagan in den 1980er Jahren den Roman "Contact" schrieb, bat er seinen Freund Kip Thorne, Physiker am California Institute of Technology in Pasadena, zu überprüfen, ob nicht doch ein stabiles Wurmloch möglich wäre. Durch dieses wollte Sagan seine Romanheldin Ellie Arroway zu Außerirdischen ins Planetensystem Wega schicken. Thorne setzte diese Vorgabe in Einsteins Gleichung ein und fand tatsächlich eine mathematische Lösung, die auch eine Reise in die Vergangenheit ermöglichen könnte: eine Zeitschleife, die direkt durch ein Wurmloch führt.

Fantasievoller Bauplan

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Mit Hilfe eines neuartigen Antriebs sollen einst - so wollen es Visionäre der Technologie - Raumschiffe durch Wurmlöcher zu weit entfernten Sternsystemen vordringen

Wie sich daraus im Prinzip eine Zeitmaschine konstruieren ließe, hat am überzeugendsten der britische Physiker Paul Davies durchgespielt. Als Bauteile schlägt er einen Teilchenbeschleuniger, einen "Imploder", einen "Inflator" und einen "Differentiator" vor.

Die Schwierigkeiten fangen damit an, ein Wurmloch zu finden oder herzustellen. Zumindest ist im Kosmos noch keines direkt beobachtet worden. Quantenphysiker vermuten jedoch, dass eine besonders kurzlebige und winzige Wurmlochvariante permanent in der Feinstruktur des Universums gebildet wird, dem so genannten Raumzeit-Schaum. Diese "virtuellen" Wurmlöcher würden nur 100 Billionstel Billionstel Billionstel Nanosekunden existieren. Ihr Durchmesser würde eine so genannte Planck-Länge betragen, wäre also um 20 Zehnerpotenzen kleiner als ein Atomkern.

"Soll ein dauerhaftes Wurmloch entstehen, muss dem Raumzeit-Schaum künstlich genügend Energie zugeführt werden", sagt Paul Davies. "Überraschenderweise sind dafür nur etwa zehn Milliarden Joule notwendig. Das entspricht der Energieabgabe eines typischen Großkraftwerks innerhalb weniger Sekunden." Die Energie könne von einem Teilchenbeschleuniger erzeugt werden, in dem schwere Atomkerne aufeinander geschossen werden und zerstäuben.

Eine Zeitmaschine hätte gigantische Ausmaße

Der zweite Schritt ist nur noch für eine technisch sehr hoch stehende Zivilisation zu bewältigen: Die zehn Milliarden Joule müssen nämlich in einem Imploder auf den unvorstellbar kleinen Raum einer Planck-Länge komprimiert werden. Wollte man dies mit Magnetfeldern bewerkstelligen - wie in heutigen Teilchenbeschleunigern üblich -, wäre dazu eine Anlage von der Größe unseres Sonnensystems nötig, so Davies.

Damit nicht genug: Im nächsten Schritt muss das Wurmloch vergrößert werden, damit ein Zeitreisender auch hindurchpasst: zum Beispiel mithilfe "exotischer" Materie, die eine der Gravitation entgegengesetzte negative Schwerkraft hat. In unserer Alltagswelt ist sie bislang unbekannt, doch manche Physiker halten ihre Existenz für möglich. Ernten ließe sie sich mithilfe negativer Energie, erzeugt in einem Inflator, einer "Aufpumpmaschine" aus energiereichen Lasern mit einem extrem schnell rotierenden Spiegelsystem, wie Davies schreibt. Um ein Wurmloch mit einem Meter Durchmesser zu erzeugen, wäre allerdings eine negative Energiemenge nötig, die der Masse des Jupiter, des größten Planeten im Sonnensystem, entspräche, wie der US-Amerikaner Matt Visser ausgerechnet hat.

Neutronenstern als Zeitverzerrer

Hätte man auf diese Weise ein passierbares Wurmloch erzeugt, das einige Meter lang ist, bliebe der letzte Schritt: Zwischen den beiden Öffnungen müsste ein Differentiator einen Zeitunterschied herstellen. Das könnte ein extrem massereicher Neutronenstern sein, so Davies, denn nach der Allgemeinen Relativitätstheorie verlangsamt eine starke Gravitation den Ablauf der Zeit. Dazu müsste die eine Öffnung des Wurmlochs in die Nähe des Neutronensterns geschoben werden. Während sich dort die Zeit verlangsamt - je massereicher der Neutronenstern, desto stärker wird die Zeit gedehnt -, verstreicht sie an der anderen Öffnung ganz normal.

Dann würde die Öffnung wieder in unser Sonnensystem zurückgeholt - wobei natürlich auch Davies nicht zu sagen vermag, wie das praktisch möglich sein könnte. Der Reisende würde nun durch das Wurmloch in die Vergangenheit treten, so als ob er einen langen Flur entlangginge, an dessen Ende sich eine Tür ins Berlin der 1920er Jahre öffnete. "Anstatt die Zeit rückwärts laufen zu lassen, bricht der Zeitreisende zu einer Fahrt durch den Weltraum auf, die in der Vergangenheit endet", charakterisiert Davies die Funktionsweise einer Wurmloch-Zeitmaschine.

Warum uns noch niemand aus der Zukunft besucht hat

Die Vergangenheit kann jedoch nicht beliebig weit in die Geschichte zurückreichen. Es gäbe einen so genannten Zeitreise-Horizont: die Fertigstellung des Zeitmaschinenbaus, also jenen Moment, in dem der Differentiator - zum Beispiel der Neutronenstern - mit der Zeitverlangsamung beginnt. Dass es heute nachweislich noch keine derartige Zeitmaschine gibt, würde auch erklären, weshalb uns bislang kein Reisender aus der Zukunft besucht hat. Die von Paul Davies beschriebene Zeitmaschine bringt eine weitere Konsequenz mit sich: Zeitreisen ins alte Ägypten, ins Mittelalter oder auch nur bis zum Mauerfall sind demnach prinzipiell unmöglich - weil auch in der Vergangenheit keine derartigen Zeitmaschinen gebaut wurden.

Ohnehin sind die Physiker mit der hypothetischen Möglichkeit von Zeitreisen in die Vergangenheit nicht recht zufrieden. Die Kausalität, eines der Grundprinzipien der Physik, könnte verletzt werden. Das zeigt etwa der Film "Zurück in die Zukunft", in dem ein Junge sich in die Zeit vor seiner Geburt begibt. Seine Mutter verliebt sich in ihn. Was aber würde passieren, wenn sie deshalb nie seinen Vater heiraten und er gar nicht geboren würde?

Ist der Wille frei?

Einige Physiker glauben, dass derartige Paradoxien nicht auftreten können. Was immer ein Zeitreisender unternimmt - er könnte nur den Lauf der Ereignisse bestätigen. So wie im Film "Terminator", als die in der Zukunft herrschenden Maschinen den von Arnold Schwarzenegger gespielten Killerroboter in unsere Gegenwart schicken. Er soll jene Frau töten, die den künftigen Anführer der aufständischen Menschheit zur Welt bringen wird. Doch den Menschen der Zukunft gelingt es, einen Retter hinterherzuschicken, der die Mutter schützen soll, und zudem wird er auch noch der Vater ihres Kindes, des späteren Anführers. Der Lauf der Geschichte ist in dem Fall nicht geändert worden. Aber damit wäre der freie Wille des Menschen fundamental in Frage gestellt. Ein hoher Preis für die Vermeidung des Paradoxons.

Reise in Parallel-Universen

Der Oxforder Physiker David Deutsch hat einen Ausweg aus diesem Dilemma gezeigt, der auf einer denkbaren Interpretation der Quantenphysik besteht: Unser Universum ist demnach nur eines von unendlich vielen Paralleluniversen, in denen sich die Ereignisse jeweils unterschiedlich entwickeln. "Viele der führenden Quantenphysiker nehmen diese Viele-Welten-Interpretation ziemlich ernst", räumt Richard Gott ein. Ein Zeitreisender wäre demnach einfach der Auslöser für eine alternative Weltgeschichte, die nicht derjenigen entspricht, aus der er stammt. Sie fände in einem anderen Universum statt.

Der freie Wille wäre gerettet, aber wie könnte der Zeitreisende sicherstellen, dass er bei der Rückkehr seine ursprüngliche Welt wiederfindet? Stephen Hawking, der sich von den Gedankenspielen über Zeitreisen intellektuell anregen lässt, hofft letztlich doch auf die Gültigkeit der "Chronologie-Schutz-Vermutung", die er 1992 formuliert hat: "Die Gesetze der Physik haben sich verschworen, eine Zeitreise von makroskopischen Objekten zu verhindern." Doch so lange dies nur eine Vermutung ist, sind Zeitreisen nicht völlig ausgeschlossen - zumindest theoretisch.

Buchtipp

Falko Blask und Ariane Windhorst Zeitmaschinen - Mythos und Technologie eines Menschheitstraums Atmosphären Verlag 2005ISBN 3-86533-020-7

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GEO Nr. 05/97
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