Ist eine Zeitreise möglich?

Die Gesetze der Physik ermöglichen Zeitreisen. Warum sind die Menschen also nicht zu Chronologie-Hoppern geworden?

In Filmen betreten Zeitreisende normalerweise eine Maschine und verschwinden – puh! Dann tauchen sie augenblicklich wieder unter Cowboys, Rittern oder Dinosauriern auf. Was diese Filme zeigen, ist im Grunde Zeitteleportation.

Wissenschaftler glauben nicht, dass diese Vorstellung in der realen Welt wahrscheinlich ist, aber sie verbannen Zeitreisen auch nicht in den Bereich der Spinner. Tatsächlich könnten die Gesetze der Physik ein chronologisches Springen zulassen, aber der Teufel steckt im Detail.

Eine Zeitreise in die nahe Zukunft ist einfach: Man reist jetzt mit einer Geschwindigkeit von einer Sekunde pro Sekunde, und Physiker sagen, dass sich diese Geschwindigkeit ändern kann. Nach Einsteins spezieller Relativitätstheorie hängt der Zeitfluss davon ab, wie schnell man sich bewegt. Je schneller Sie reisen, desto langsamer vergehen die Sekunden. Und nach Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie wirkt sich die Schwerkraft auch auf Uhren aus: Je stärker die Schwerkraft in der Nähe ist, desto langsamer vergeht die Zeit.

„In der Nähe massiver Körper – in der Nähe der Oberfläche von Neutronensternen oder sogar an der Erdoberfläche, obwohl es sich um einen winzigen Effekt handelt – läuft die Zeit langsamer als in großer Entfernung“, sagt Dave Goldberg, Kosmologe an der Drexel University.

Würde sich ein Mensch in der Nähe des Randes eines Schwarzen Lochs aufhalten, wo die Schwerkraft enorm ist, könnten laut Goldberg für ihn nur wenige Stunden vergehen, während für jemanden auf der Erde 1.000 Jahre vergehen würden. Wenn die Person, die sich in der Nähe des Schwarzen Lochs befand, auf diesen Planeten zurückgekehrt wäre, wäre sie praktisch in die Zukunft gereist. „Das ist ein echter Effekt“, sagt er. „Das ist völlig unumstritten.“

Allerdings wird es heikel, in der Zeit zurückzureisen (dorniger, als in einem Schwarzen Loch in Stücke gerissen zu werden). Wissenschaftler haben sich einige Möglichkeiten ausgedacht, wie dies möglich sein könnte, und sie sind sich seit Jahrzehnten der Zeitreiseparadoxien in der Allgemeinen Relativitätstheorie bewusst. Fabio Costa, Physiker am Nordischen Institut für Theoretische Physik, stellt fest, dass eine frühe Lösung mit Zeitreisen mit einem Szenario aus den 1920er Jahren begann. Diese Idee beinhaltete einen riesigen langen Zylinder, der sich schnell drehte wie Stroh, das zwischen Ihren Handflächen rollt, und der gleichzeitig die Raumzeit verdrehte. Die Erkenntnis, dass dieses Objekt als Zeitmaschine fungieren könnte, die es einem ermöglicht, in die Vergangenheit zu reisen, entstand erst in den 1970er Jahren, einige Jahrzehnte nachdem Wissenschaftler ein Phänomen namens „geschlossene zeitähnliche Kurven“ entdeckt hatten.

„Eine geschlossene zeitähnliche Kurve beschreibt die Flugbahn eines hypothetischen Beobachters, der, während er immer aus seiner eigenen Perspektive in der Zeit vorwärts reist, sich irgendwann am selben Ort und zur gleichen Zeit wiederfindet, an dem er begonnen hat, wodurch eine Schleife entsteht“, sagt Costa. „Dies ist in einem Raumzeitbereich möglich, der durch die Schwerkraft verzerrt in sich selbst eine Schleife bildet.“

„Einstein las [über geschlossene zeitähnliche Kurven] und war von dieser Idee sehr beunruhigt“, fügt er hinzu. Dennoch beflügelte das Phänomen spätere Forschungen.

In den 1980er Jahren begann die Wissenschaft, Zeitreisen ernst zu nehmen. Im Jahr 1990 arbeiteten beispielsweise der russische Physiker Igor Novikov und der amerikanische Physiker Kip Thorne gemeinsam an einer Forschungsarbeit über geschlossene zeitähnliche Kurven. „Sie begannen nicht nur zu untersuchen, wie man versuchen könnte, eine Zeitmaschine zu bauen, sondern auch, wie sie funktionieren würde“, sagt Costa.

Genauso wichtig war jedoch, dass sie die Probleme von Zeitreisen untersuchten. Was wäre, wenn Sie zum Beispiel eine Billardkugel in eine Zeitmaschine werfen würden, diese in die Vergangenheit reist und dann mit ihrem früheren Selbst auf eine Weise kollidiert, die bedeutet, dass ihr gegenwärtiges Selbst niemals in die Zeitmaschine eindringen könnte? „Das sieht paradox aus“, sagt Costa.

Seit den 1990er Jahren, sagt er, gebe es immer wieder Interesse an dem Thema, aber keinen großen Durchbruch. Das Gebiet ist heute nicht sehr aktiv, auch weil jedes vorgeschlagene Modell einer Zeitmaschine Probleme hat. „Es hat einige attraktive Eigenschaften, möglicherweise auch ein gewisses Potenzial, aber wenn man dann anfängt, die Details zu enträtseln, stellt sich am Ende eine Art Hindernis ein“, sagt Gaurav Khanna von der University of Rhode Island.

Beispielsweise erfordern die meisten Zeitreisemodelle eine negative Masse – und damit negative Energie, da Masse und Energie ein und dasselbe sind, wie Albert Einstein bei der Entdeckung von E = mc2 offenbarte. Zumindest theoretisch kann die Masse ebenso positiv oder negativ sein wie eine elektrische Ladung – obwohl noch nie jemand ein Beispiel für eine negative Masse gefunden hat. Warum sind Zeitreisen auf so exotische Materie angewiesen? In vielen Fällen ist es erforderlich, ein Wurmloch offen zu halten – einen von der Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagten Tunnel in der Raumzeit, der einen Punkt im Kosmos mit einem anderen verbindet.

Ohne negative Masse würde die Schwerkraft diesen Tunnel zum Einsturz bringen. „Man kann es sich so vorstellen, als würde man der positiven Masse oder Energie entgegenwirken, die das Wurmloch durchqueren will“, sagt Goldberg.

Khanna und Goldberg sind sich einig, dass es unwahrscheinlich ist, dass Materie mit negativer Masse überhaupt existiert, obwohl Khanna anmerkt, dass einige Quantenphänomene beispielsweise vielversprechend für negative Energie auf sehr kleinen Skalen sind. Aber das wäre „nicht annähernd das Ausmaß, das für eine realistische Zeitmaschine nötig wäre“, sagt er.

Diese Herausforderungen erklären, warum Khanna Caroline Mallary, damals seine Doktorandin an der University of Massachusetts Dartmouth, zunächst davon abhielt, ein Zeitreiseprojekt durchzuführen. Mallary und Khanna gingen trotzdem weiter und entwickelten eine theoretische Zeitmaschine, die keine negative Masse erforderte. In seiner vereinfachten Form umfasst Mallarys Idee zwei parallele Autos, die jeweils aus normaler Materie bestehen. Wenn Sie eines geparkt lassen und das andere mit extremer Beschleunigung zoomen, bildet sich zwischen ihnen eine geschlossene zeitliche Kurve.

Einfach richtig? Aber während Mallarys Modell die Notwendigkeit negativer Materie beseitigt, fügt es eine weitere Hürde hinzu: Es erfordert eine unendliche Dichte im Inneren der Autos, damit sie die Raumzeit auf eine Weise beeinflussen können, die für Zeitreisen nützlich wäre. Im Inneren eines Schwarzen Lochs herrscht unendliche Dichte, wo die Schwerkraft so stark ist, dass sie Materie in einen unglaublich kleinen Raum namens Singularität zerquetscht. Im Modell muss jedes der Autos eine solche Singularität enthalten. „Einer der Gründe dafür, dass zu solchen Themen nicht viel aktiv geforscht wird, sind diese Einschränkungen“, sagt Mallary.

Andere Forscher haben Zeitreisemodelle erstellt, die ein Wurmloch oder einen Tunnel in der Raumzeit von einem Punkt im Kosmos zu einem anderen beinhalten. „Es ist eine Art Abkürzung durch das Universum“, sagt Goldberg. Stellen Sie sich vor, Sie beschleunigen ein Ende des Wurmlochs auf nahezu Lichtgeschwindigkeit und schicken es dann dorthin zurück, wo es hergekommen ist. „Diese beiden Seiten sind nicht mehr synchronisiert“, sagt er. „Einer ist in der Vergangenheit; einer ist in der Zukunft.“ Wenn Sie zwischen ihnen hindurchgehen, sind Sie auf einer Zeitreise.

Etwas Ähnliches könnte man erreichen, indem man ein Ende des Wurmlochs in die Nähe eines großen Gravitationsfeldes – etwa eines Schwarzen Lochs – bewegt, während das andere Ende in die Nähe einer geringeren Gravitationskraft gehalten wird. Auf diese Weise würde sich die Zeit auf der Seite der großen Schwerkraft verlangsamen, sodass sich ein Teilchen oder ein anderer Massenbrocken im Verhältnis zur anderen Seite des Wurmlochs in der Vergangenheit aufhalten könnte.

Die Herstellung eines Wurmlochs erfordert jedoch lästige negative Masse und Energie. Ein Wurmloch aus normaler Masse würde aufgrund der Schwerkraft kollabieren. „Bei den meisten Designs treten ähnliche Probleme auf“, sagt Goldberg. Theoretisch sind sie möglich, aber derzeit gibt es keinen praktikablen Weg, sie zuzubereiten, so wie eine leckere Pizza ohne Kalorien.

Und vielleicht liegt das Problem nicht nur darin, dass wir nicht wissen, wie man Zeitreisemaschinen herstellt, sondern auch darin, dass dies nur auf mikroskopischen Skalen möglich ist – eine Überzeugung, die der verstorbene Physiker Stephen Hawking vertritt. Er schlug die Chronologieschutzvermutung vor: Das Universum erlaubt keine Zeitreisen, weil es keine Veränderungen der Vergangenheit zulässt. „Es scheint, dass es eine Chronologieschutzbehörde gibt, die das Auftreten geschlossener zeitähnlicher Kurven verhindert und so das Universum für Historiker sicher macht“, schrieb Hawking 1992 in einem Aufsatz in Physical Review D.

Ein Teil seiner Überlegungen bezog sich auf die Paradoxien, die Zeitreisen erzeugen würden, wie etwa die oben erwähnte Situation mit einer Billardkugel und ihr berühmteres Gegenstück, das Großvater-Paradoxon: Wenn Sie in der Zeit zurückreisen und Ihren Großvater töten, bevor er Kinder hat, können Sie das nicht sein geboren, und deshalb kannst du nicht durch die Zeit reisen, und deshalb hättest du deinen Großvater nicht töten können. Und doch bist du da.

Diese Komplikationen interessieren jedoch den Philosophen des Massachusetts Institute of Technology, Agustin Rayo, denn die Paradoxien stellen nicht nur Kausalität und Chronologie in Frage. Sie lassen auch den freien Willen verdächtig erscheinen. Wenn die Physik besagt, dass man in der Zeit zurückreisen kann, warum kann man dann nicht seinen Großvater töten? „Was hält dich davon ab?“ er sagt. Bist du nicht frei?

Rayo vermutet jedoch, dass Zeitreisen mit dem freien Willen vereinbar sind. „Was Vergangenheit ist, ist Vergangenheit“, sagt er. „Wenn mein Großvater also tatsächlich lange genug überlebt hat, um Kinder zu bekommen, wird eine Zeitreise in die Vergangenheit daran nichts ändern. Warum werde ich scheitern, wenn ich es versuche? Ich weiß es nicht, weil ich nicht genug Informationen darüber habe.“ die Vergangenheit. Was ich weiß ist, dass ich irgendwie scheitern werde.

Mit anderen Worten, wenn Sie Ihren Großvater töten würden, würden Sie unterwegs vielleicht auf einer Banane ausrutschen oder den Bus verpassen. „Es ist nicht so, dass man von einer Spezialeinheit dazu gezwungen wird, es nicht zu tun“, sagt Costa. „Aus völlig banalen Gründen würden Sie daran scheitern.“

Im Jahr 2020 arbeitete Costa mit Germain Tobar, damals sein Student an der University of Queensland in Australien, an der Mathematik, die einer ähnlichen Idee zugrunde liegen würde: dass Zeitreisen ohne Paradoxien und mit Wahlfreiheit möglich sind.

Goldberg stimmt ihnen in gewisser Weise zu. „Ich falle definitiv in die Kategorie, in der ich denke, dass wenn es Zeitreisen gibt, diese so konstruiert sein werden, dass sie eine in sich konsistente Sicht auf die Geschichte ergeben“, sagt er. „Denn auf diese Weise scheinen alle anderen physikalischen Gesetze aufgebaut zu sein.“

Niemand weiß, wie die Zukunft der Zeitreisen in die Vergangenheit aussehen wird. Und bisher ist noch kein Zeitreisender gekommen, der uns davon erzählt hat.

Sarah Scoles ist eine in Colorado ansässige Wissenschaftsjournalistin, Autorin bei WIRED Science, Redakteurin bei Popular Science und Autorin der Bücher „Making Contact: Jill Tarter and the Search for Extraterrestrial Intelligence“ (Pegasus Books, 2017) und „They Are Schon Here“: UFO-Kultur und warum wir Untertassen sehen (Pegasus Books, 2020). Bildnachweis: Nick Higgins

Paul Sutter und LiveScience

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